Poutres mixtes amorties contre les vibrations
Dans le domaine du bâtiment, le système statique est en général une poutre à travée unique dont le comportement vibratoire peut être simplifié par un balancier à masse unique (figure 1 : modèle dynamique). Pour les constructions mixtes standards, l’amortissement propre (décrément logarithmique) est uniquement de d = 0,06.
En ce qui concerne l’amortissement propre relativement faible, il est nécessaire d’augmenter la fréquence propre du système afin d’éviter des vibrations perceptibles. Les structures portantes sous des salles accueillant des spectacles de danse ou sous des gymnases et des halls d’exposition devraient présenter une fréquence propre f d’au moins 5 Hz sans que des mesures n’aient été prises en vue d’amortir les vibrations. Afin de répondre à ces exigences en matière de vibrations, les profilés de base devront par exemple être renforcés par des semelles de recouvrement de masse considérable dans les constructions de longue portée (figure 1).
Il est cependant beaucoup plus efficace de réduire les vibrations perceptibles en limitant les amplitudes d’accélération plutôt qu’en augmentant la fréquence propre f du système :
La valeur seuil de l’amplitude d’accélération a pour les individus sur le lieu de travail indiquée dans les publications scientifiques est de 0,03 m/s².
Afin de réduire les amplitudes d’accélération a, l’amortissement d doit être considérablement augmenté, ce qui peut être réalisé en utilisant des amortisseurs de vibrations (figure 2). Le comportement vibratoire est nettement amélioré et des fréquences propres moins élevées f sont admissibles. Les amortisseurs supplémentaires augmentent cependant les coûts, exigent un espace de construction supplémentaire et sont gênants d’un point de vue optique.
L’idée de la poutre mixte amortie contre les vibrations (figure 3) consiste par conséquent à amortir les vibrations en utilisant les masses déjà présentes dans la structure porteuse.
Brève description
Le système statique d´une poutre mixte amortie contre les vibrations correspond à une poutre sous-tendue. Le tirant est solidaire de la poutre au niveau des extrémités et supporte ainsi une partie de la charge. Au niveau des points intermédiaires, le tirant est suspendu à des ressorts qui ont eux-mêmes un amortissement. Le tirant agit en tant que masse d’amortissement et augmente ainsi l’amortissementddu système de façon décisive.
Les poutres mixtes amorties contre les vibrations peuvent être réalisées de diverses façons :
- poutres sous-tendues « véritables »
- poutres à treillis
- poutres maîtresses à âme pleine
Exemple :
Lors de la deuxième phase de construction du hall d’exposition A à deux étages à Berlin, nous avons installé 229 poutres mixtes amorties contre les vibrations.
Afin d’améliorer la fréquence propre et de la faire passer à 5 Hz, nous avons renforcé, au cours de la première phase de construction, la semelle inférieure des poutres avec une semelle de recouvrement supplémentaire, si bien que la quantité d’acier utilisée est passée à environ 18 tonnes par poutre. Malgré la fréquence propre de 5,2 Hz obtenue, le comportement vibratoire perçu par les personnes n’était pas optimal en raison du faible auto-amortissement.
C’est pourquoi nous avons privilégié une autre solution lors de la deuxième phase de construction : pour la première fois, nous avons utilisé les poutres mixtes amorties contre les vibrations
La poutre optimisée avec une fréquence propre de 3,8 Hz a donné lieu, en raison de l’amélioration de l’amortissement du système par l’amortisseur de vibrations, à un comportement dynamique optimal sans vibrations perceptibles. Le poids de l’acier a été réduit d’environ 45 pour cent et représente environ 10 tonnes par poutre.
Les poutres maîtresses à âme pleine sont esthétiques sur le plan architectural, par ex. sous forme de poutres lenticulaires comme celles utilisées pour le projet de construction Rudower Strasse à Berlin. Elles peuvent également être réalisées sous forme de poutres soudées pourvues de semelles parallèles. Le tirant passe soit sous la semelle inférieure, soit des deux côtés de l’étançon. La deuxième option est tout particulièrement appropriée pour fixer facilement un habillage coupe-feu en forme de caisson pour l’ensemble de la section transversale de la poutre.
Le système des poutres mixtes amorties contre les vibrations peut être individuellement adapté aux exigences esthétiques et économiques du projet de construction.
Nos poutres mixtes amorties contre les vibrations sont protégées par un brevet.
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