特表 2015-509562 緊張ケーブルを振動から保護する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2015-509562(P2015-509562A)

(43)【公表日】2015年3月30日

(54)【発明の名称】緊張ケーブルを振動から保護する方法

(51)【国際特許分類】

   E01D 19/16 20060101AFI20150303BHJP

   E01D 1/00 20060101ALI20150303BHJP

   E01D 21/00 20060101ALI20150303BHJP

【ＦＩ】

   E01D19/16

   E01D1/00 Z

   E01D1/00 K

   E01D21/00 C

【審査請求】有

【予備審査請求】有

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-560390(P2014-560390)

(86)(22)【出願日】2013年3月8日

(85)【翻訳文提出日】2014年10月29日

(86)【国際出願番号】EP2013054716

(87)【国際公開番号】WO2013132059

(87)【国際公開日】20130912

(31)【優先権主張番号】12158673.9

(32)【優先日】2012年3月8日

(33)【優先権主張国】EP

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC

(71)【出願人】

【識別番号】510304715

【氏名又は名称】ザ ヨーロピアン ユニオン、リプレゼンテッド バイ ザ ヨーロピアン コミッション

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎ，ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】特許業務法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ティレッリ，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】アントイーネ，アルメーレ

【テーマコード（参考）】

2D059

【Ｆターム（参考）】

2D059AA41

2D059GG05

2D059GG65

(57)【要約】

片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤを備えた装置を、装置（特に装置の形状記憶合金ワイヤの片側ばね）が振動する緊張ケーブルがスイッチ位置（ＳＰ）を越えたときにだけ緊張ケーブルに作用する取付け位置で、緊張ケーブルに垂直に取り付けるステップを含む、緊張ケーブルを振動から保護するための受動的方法、緊張ケーブルを振動から保護するための装置、および建造物におけるそのような装置の使用を提供する。
【選択図】図１５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤを備えた装置を取付け位置で緊張ケーブルに垂直に取り付けることを含む、緊張ケーブルを振動から保護するための受動的方法であって、
式（１）：
ＳＰ（Ａ_ｏｐｔ）＝Ａ_ｏｐｔ（１−２／（１＋Ｒ_ｋ））
によって決定されたスイッチ位置（ＳＰ）を振動する緊張ケーブルが越えたときにだけ、前記装置が前記緊張ケーブルに作用し、
・Ａ_ｏｐｔは、装置がＳＰ_ｏｐｔで最適化された状態で緊張ケーブルが到達する振幅であり、
・Ｒ_ｋは、装置付きの緊張ケーブル（Ｋ_ｓｓｉ）と片側ばね無しの緊張ケーブル（Ｋ_{ｃａｂｌｅ}）との間の動的剛性比であり、
Ｒ_ｋは、ケーブルのみの共振振動数ｆ_ｃ（ｉ）および恒久的に接続されたケーブルの振動数ｆ_{（ｃ＋ｓ）（ｉ）}を測定することによって、決定することができ、
Ｒ_ｋは、式（２）：
Ｒ_ｋ＝（ｆ_{（ｃ＋ｓ）（ｉ）}／ｆ_{（ｃ）（ｉ）}）^２
または、式（３）：
Ｒ_ｋ＝１＋ｋ_ｓ・ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）^２／ｋ_{（ｃ）（ｉ）}
のいずれかによって定められ、Ｋ_ｓは、前記片側ばねの剛性または前記形状記憶合金ワイヤのオーステナイト相の剛性であり、ｉは共振モード数に対応し、Ｌはケーブル長であり、ａｐは前記装置の取付け位置であることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記緊張ケーブルへの前記装置の取付け位置は０．０５×Ｌから０．２５×Ｌの範囲内にあり、Ｌは前記緊張ケーブルの長さを表すことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記装置の取付け位置は０．１０×Ｌから０．２０×Ｌの範囲内にあり、Ｌは前記緊張ケーブルの長さを表すことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記装置の取付け位置は０．１５×Ｌであり、Ｌは前記緊張ケーブルの長さを表すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記緊張ケーブルへの前記装置の取付け位置は、緩和される振動の面内に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記装置は形状記憶合金ワイヤを備え、前記形状記憶合金は好ましくはニッケルおよびチタンの金属合金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記金属合金にニッケルおよびチタンが均等な原子百分率で存在することを特徴とする請求項６に記載の方法。

【請求項8】

橋などの構築物の緊張ケーブルを振動から保護するための装置であって、前記緊張ケーブルに垂直に取り付けられ、且つ、前記緊張ケーブルに対し恒久的に作用しない片側ばね又は形状記憶合金ワイヤを備えたことを特徴とする装置。

【請求項9】

前記片側ばねの各端に接続された２つのスターラップをさらに備え、第１のスターラップは下側スターラップであり、前記構築物または地面に接続され、第２のスターラップは上側スターラップであり、前記緊張ケーブルに接続されることを特徴とする請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記上側スターラップは剛性固定装置を介して前記緊張ケーブルに接続されることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。

【請求項11】

間隙調整用のねじ機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項12】

前記下側スターラップは、前記間隙調整用のねじ機構を介して、地面または前記構築物に接続されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の装置。

【請求項13】

前記装置は形状記憶合金ワイヤを備え、前記形状記憶合金は好ましくはニッケルおよびチタンの金属合金であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の装置。

【請求項14】

ニッケルおよびチタンは前記金属合金に均等な原子百分率で存在することを特徴とする請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

風、雨、地震、または交通によって生じるような振動から緊張ケーブルを保護するための請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の装置の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は一般的に、緊張ケーブル（ｔａｕｔ ｃａｂｌｅ）を風、雨、地震、または交通によって生じる振動から保護することを可能にする方法に関する。本発明はまた、緊張ケーブルを振動から保護するのに有用な装置にも関する。

【背景技術】

【0002】

風、雨、交通、および（より稀に）地震に曝された橋梁ケーブルは、床版振動に対応してときどき重要な運動を呈する。共振現象は、疲労損傷および最悪の場合はケーブル破断あるいは極端な状況では橋の崩落につながるこれらの危険な運動の原因である。共振現象とは、「全ての粒子が同一振動数で同期高調波運動（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｏｔｉｏｎ）すること」と定義することができる。共振とは、システムが同一振動数で他より大きい振幅で振動する傾向である。共振は、入力エネルギが主として構築物の１つの振動モード、すなわちある特定の値の振動周期に集中した場合に発生する。新しい周期毎に入力エネルギは前周期の入力エネルギに加算される。この加算により、共振と呼ばれる高レベルの振動に到達する。こうして、ケーブルの振動は、橋に対して非常に有害な結果をもたらすことがある。これに鑑みて、ケーブルの（過度の）振動を軽減または防止するために幾つかの解決策が考慮されかつ提案されてきた。

【0003】

提供された解決策の大部分は、一般的に減衰と呼ばれる同じ概念に基づいている。減衰は、共振現象の原因ではなく結果に作用して、振動系における振動の振幅を低減する効果に対応するものである。減衰はエネルギの観点から説明することができる。入力エネルギ（例えば風、雨、地震、または交通によって引き起こされる振動）は構造体の運動（振動）を引き起こし、それは構造体の運動エネルギによって測定することができる。ダンパと呼ばれる装置をケーブルに接続することによって、運動エネルギの一部は劣化してこれらの装置の内部を様々なメカニズムによって加熱する。ダンパは、ケーブルの振動を減弱、抑止、または低減する装置である。このようにして、エネルギは主構造体からダンパに取り除かれ、そこで粘性流体、または粘弾性材料、または磁性流体もしくはヒステリシス材料（ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）がエネルギを変換する。この減衰方法により、動的運動の形状は変化しないが、モードの振幅は、装置によって達成される減衰によって低減される。使用されるダンパの大部分は、それらの実際の適用、それらのコスト軽減、およびそれらの頑健性のため、受動装置である。ケーブルの場合、ダンパはケーブルの定着部の近くに挿置されることが最も多い。この技術は比較的単純であるが、ケーブルにおけるそれらの位置のため効率が限定される。最大減衰増大率（ｄａｍｐｉｎｇ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｆａｃｔｏｒ）は約２であり、かつ数モードに対してだけである。別の不都合として、使用する材料または液体が絶えず作動しているので、場合によってはダンパの経年劣化がある。この問題のため、ダンパは、構造体の寿命期間中にダンパの効率が低下した場合に、何度も交換しなければならない。時には、定着部付近でダンパが受ける力のため、ダンパは一般的に重要な寸法を有するので、ダンパは橋の設計に対して侵襲的でもある。

【0004】

この観点から、同じ制振プロセスを使用する新規の受動システムが開発された。前記新規の受動システムは、一般的にニッケルおよびチタン製のワイヤである形状記憶合金（ＳＭＡ）材料の使用を含む。古典的装置に関する利益は、本質的にそれらの最小限のクラッタ（ｃｌｕｔｔｅｒ）である。これらのシステムでは、減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）は形状記憶合金材料のヒステリシス挙動に由来する。

【0005】

さらに、この１０年間に、受動的解決策の大部分は、様々な手順およびアルゴリズムを用いるダンパ（ｄａｍｐｅｒ）の能動的または半能動的制御を導入することによって、劇的に改善された。これらの技術は振動減衰に様々な改善をもたらした。しかし、ダンパの能動的および半能動的制御を実現することは簡単ではない。加えて、それらは電力供給および電子的サポートを必要とする。したがって、頻繁な保守が必要であり、コストが増大することから、橋梁建設者は依然として受動的解決策を選好し、例外的な構造体のみにダンパの能動的および半能動的制御を使用している。

【0006】

構造体が構造体の固有振動数の１つに対応する所与の力に恒常的に曝される場合に、同調質量ダンパ（Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ，ＴＭＤ）と名付けられた別の種類の解決策を使用することができる。ばねを介して小さい質量を構造体に接続することにより、逆相で運動する小さい質量によって構造体の運動の一部に対抗することが可能である。このようにして、エネルギの一部は、構造体に加えられた新しい自由度に伝達される。１つのモードの代わりに小さい振幅の２つの新しいモードが現れ、一般的にダンパは加えられた質量に関連付けられ、運動を制限する。こうして、メカニズムは一般的に、運動を制限するために加えられる質量に関連付けられるダンパを含む。大抵の場合広帯域の励振スぺクトルは、形成された新しいモードの１つを励振し得るので、このメカニズムは一般的にケーブルには適用されない。特定の振動数が予想される場合に、これらの装置は、床版の下の橋梁自体に適用されることが多い。しかし、これらの装置の欠点は、追加される重量およびそれらの位置に関係する。

【0007】

ケーブルに使用される１つのさらなる特定のシステムは、最も良くある場合として、幾つかのケーブルをひとまとめに接続する鋼棒または緊張材から作られたクロスタイ緊張材（ｃｒｏｓｓ ｔｉｅ ｔｅｎｄｏｎ）である。その効果は、各単一ケーブルの振動振幅を劇的に低減することである。不都合は、タイ間の新しい局所モード、および最適化が必ずしも容易ではないクロスタイの設計である。さらなる不都合な点として、クロスタイは、それらがケーブルの振動の波腹に位置し、したがって定着部から離れている場合にだけ役に立つことから、橋の設計に関する解決策の審美性がある。したがって、この種の装置は目立ち、橋の設計に影響する。

【0008】

その結果、依然として、大幅な保守を必要とせず、かつ審美的に目立ちすぎる装置の使用を含まずに、振動を効率的に中和して緊張ケーブルを保護するための新しい方法を開発する必要がある。

【発明の概要】

【0009】

本発明の態様は、ケーブルにおける共振の増大の原因に基づいて振動を低減する新しい概念を導入して、緊張ケーブルを振動から保護するための受動的方法を提供する。前記受動的方法は、片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤを備えた装置を緊張ケーブルの取付け位置（または定着位置）に垂直に取り付けることを含み、振動（運動）する緊張ケーブルが次式（１）：
ＳＰ（Ａ_ｏｐｔ）＝Ａ_ｏｐｔ（１−２／（１＋Ｒ_ｋ））
によって決定されるスイッチ位置（ＳＰ）を超えたときにだけ、装置が緊張ケーブルに作用する（または緊張ケーブルへの取付けが生じる）ことを特徴とし、
式中、
Ａ_ｏｐｔは、装置がＳＰ_ｏｐｔで最適化された状態で緊張ケーブルが到達する振幅であり、
Ｒ_ｋは、装置付きの緊張ケーブル（Ｋ_ｓｓｉ）と片側ばね無しの緊張ケーブル（Ｋ_{ｃａｂｌｅ}）との間の動的剛性比（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ）である。

【0010】

動的剛性比Ｒ_ｋは，ケーブルだけの共振振動数ｆ_ｃ（ｉ）および恒常的に接続されたケーブルの振動数ｆ_{（ｃ＋ｓ）（ｉ）}の現場測定によって算出することができ、Ｒ_ｋは次式（２）：
Ｒ_ｋ＝（ｆ_{（ｃ＋ｓ）（ｉ）}／ｆ_{（ｃ）（ｉ）}）^２
によって定義することができる。

【0011】

この実験的方法を（何らかの理由で）実行することができない場合、ＳＰは代替的に、ガレルキン法を用いて別の特定の式によって近似することができる。この場合、Ｒ_ｋは次式（３）：
Ｒ_ｋ＝１＋ｋ_ｓ・ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）^２／ｋ_{（ｃ）（ｉ）}
によって定義される。安全であるが効率的な軽減を得るための適切な剛性増分に対応する１．１＜Ｒ_ｋ＜１．４の場合、Ｋ_ｓは片側ばねの剛性またはオーステナイト相（弾性相）の形状記憶合金ワイヤ（例えばニチノールワイヤ）の剛性であり、ｉは共振モード数に対応し、Ｌはケーブルの長さであり、ａｐは装置の取付け（または定着）位置である。その結果、ＳＰの方程式はここで、方程式（１）のＲ_ｋを方程式（３）に置き換えることによって、次式（４）：
ＳＰ（Ａ_ｏｐｔ）＝Ａ_{（ｏｐｔ）}［１−（２／（２＋ｋ_ｓ・ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）^２／ｋ_{（ｃ）（ｉ）}））］
の通り、定着位置（または取付け位置）（ａｐ）に結びつけられる。

【0012】

一般的にケーブル設計者は、ケーブル長Ｌ、軽減すべきモードｉのためのケーブル剛性ｋ_{（ｃ）（ｉ）}、および設置を容易にするための装置定着部（ａｐ）の最大距離の値を提供する。ｋ_ｓが、ＳＰの値を正確に得るために、利用可能なばね剛性（またはニチノールのようなＳＭＡワイヤ）によって既定されている場合、設計者によって許可された最大距離（ａｐ）を取り、かつ係数Ｒ_ｋ約１．４を得るために利用可能なばねの組の間で選択することが好ましい。最適振幅に対する最適スイッチ位置の限度は、方程式（４）のＲ_ｋを１．１（最小限）および１．４（最大限）で置き換えることによって、次式（５）のように書くことができる。
０．０５＊Ａ_ｏｐｔ＜ＳＰ（Ａ_ｏｐｔ）＜０．１７＊Ａ_ｏｐｔ

【0013】

この結果から、ＳＰは、定着（または取付け）位置ａｐにおけるケーブルの振動の最大振幅の１７％未満となることに注目することができる。それは常に零から遠くない小さい値であり、したがって調整のために精度が要求される。この理由から、上で説明した実験的方法は一般的に好適である。

【0014】

その結果、ＳＰは２通りの方法で、すなわち次のいずれかを使用することによって決定することができる。
Ｒ_ｋを実験的方法によって決定することができる場合、方程式（１）および（２）。
振幅軽減率がケーブルだけの場合に対して約３倍であるので、Ａ_ｏｐｔ≒Ａ_ｍａｘ／３として、方程式（３）および（４）。また、Ａ_ｍａｘは、ケーブル設計者によってまたはケーブル監視の責任者によって与えられる、定着（または取付け）位置（ａｐ）のケーブルの振動の測定または計算された最大振幅の値である。

【0015】

本発明に係る方法は、緊張ケーブルに対する垂直取付け、およびこの緊張ケーブルに対する装置の非恒久的な（随時の）作用を含む。それは、装置が緊張ケーブルに恒久的に作用するわけではないことを意味する。換言すると、装置は緊張ケーブルに対し散発的に作用するだけである。しかし、緊張ケーブルに対する装置の垂直な取付けは恒久的である一方、装置の作用、特に片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤの作用は非恒久的（すなわち散発的または随時）である。公知の方法は、主構造体に恒久的に作用する装置を使用する。緊張ケーブルを振動から保護するための公知の方法とは対照的に、本発明の方法は、緊張ケーブルに対する装置の恒久的作用（または取付け）を要求しない。片側ばねまたは形状記憶合金のワイヤを含むこの装置は、ケーブルが外部からの励振により過度に動き始めたときに、ケーブルに接続される。実際、装置の片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤは、緊張ケーブルがスイッチ位置を超える位置に達したときに、緊張ケーブルに対し働くだけである。ケーブルの運動は振動の全時間中擬似周期的であるので、それは作用し（または接続され）、それがＳＰを超えるたびに自動的に作用を停止する（または切り離される）。この特定の機能は、システムに主ケーブルの動的特性（ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を交互に変化させ、こうして振動軽減の独自の概念をもたらす。

【0016】

実際、緊張ケーブルのスイッチ位置は、増大する振動によって生じる緊張ケーブルの運動中に最終的に到達する、緊張ケーブルの予め定められた位置に対応する。換言すると、装置は、スイッチ位置（ＳＰ）を超える（またはそれより高い）緊張ケーブルの運動が引き起こされ、緊張ケーブルに振動がもたらされたときに、緊張ケーブルに対して作用するだけである。

【0017】

緊張ケーブルを振動から保護するための公知の方法は全て、緊張ケーブルから他のケーブル（クロスタイの場合）または装置（ＴＭＤおよびダンパの場合）へのエネルギの移動という同一の概念に基づいている。実際、公知の方法は緊張ケーブルへの装置の恒久的作用（または取付け）を含み、振動エネルギの一部は構造体から装置（ダンパ、ＴＭＤ、またはクロスタイ）へ除去される。例えば、従来のダンパでは、エネルギの一部は構造体からダンパへ除去される。ＴＭＤでは、このエネルギ部分は、小さいダンパ付きの振動質量である追加的装置に移動する。クロスタイでは、エネルギの一部は、クロスタイ取付けによって他のケーブルに移送される。結果的に生じる運動は正弦運動、または正弦運動の組合せであり続ける。

【0018】

本発明に係る方法は、緊張ケーブルに対する装置の周期的作用（または取付け）を含む。本発明の概念では、「周期的作用（または取付け）」という表現は、緊張ケーブルがスイッチ位置に到達したときの装置の緊張ケーブルに対する作用を指す。実際、そうすることによって、装置は構造体からエネルギを除去するのではなく、その動的特性の変化を誘発する。公知の方法は全て、主構造体から１つの追加された（ＴＭＤまたはクロスタイ）にまたは装置自体（ダンパ）にエネルギを除去するものである。本発明に係る方法は片側ばねまたはＳＭＡワイヤを含むだけであり、エネルギは主ケーブルに維持される。ケーブルの運動はもはや特定の共振によって支配されず、多数のケーブルに分散され、それがケーブルによって達成される大域的な最大振幅の低減につながる。さらに、ばねは散逸要素（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）ではないので、エネルギはそこで変換されない。ばねがシステムに挿置された場合に、それが原構造体より多くのエネルギを劣化させることはできない。その結果、ケーブル振動の緩和の新しい概念が開発された。

【0019】

本発明の別の態様は、緊張ケーブルに垂直に取り付けられ、かつ非恒久的に（または随時に）前記緊張ケーブルに作用する（または非恒久的にそれに取り付けられる）、形状記憶合金を含む片側ばねを備えた、緊張ケーブルを振動から保護するための装置である。特に、前記装置はクラッタが軽減されるという利点を有する。「緊張ケーブルに垂直に取り付けられる」とは、装置が緊張ケーブルに対し約９０度（例えば＋／−１０度、好ましくは＋／−５度以下）の角度で接続されることを意味する。換言すると、緊張ケーブルと装置の交差によって形成される角度が約９０度である。「緊張ケーブルに対し非恒久的に（または随時）作用する」とは、緊張ケーブルがスイッチ位置を超えるか横切ったときにだけ、本発明に係る装置が緊張ケーブルに作用することを意味する。

【0020】

本発明の別の態様は、特に橋梁のような構築物における緊張ケーブルを振動から保護するための本発明に係る装置の使用に関する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】４つのスイッチ位置に対応する４つの張力で同一ケーブルに取り付けられたばね（この場合形状記憶合金ワイヤすなわちニチノールワイヤ）の挙動に対応する４つのグラフを示す。

【図2】本発明に使用することのできるねじ機構を示す。

【図3】図１に対応する４つのスイッチ位置について本発明に係る装置を装備したケーブルおよび本発明に係る装置を装備していない自由ケーブルの実験的運動を示す。

【図4】本発明に係る装置を装備したケーブルの運動スペクトル（最低ピーク、すなわち「ケーブル＋ＳＳＩｏｐｔ」と識別された曲線、ＳＳＩ装置は「状態スイッチインデューサ」装置を意味する）、および等価線形ばねを装備したケーブルの運動スペクトル（破線、すなわち「ケーブル＋ばね等価ＳＳＩ」と識別された曲線）を示す。

【図5】本発明に係る装置を装備したケーブルの実験的運動曲線（「ＳＳＩ最適化ケーブル」と識別された曲線）、および装置を装備していない自由ケーブルの運動曲線（「自由ケーブル」と識別された曲線）を示す。

【図6】スイッチ位置（４つの事例）および２つの入力レベルに関する低減係数の変化を示す。

【図7】長期の励振およびＬ／６における変位変換器に対する減衰比較を示す。第１のグラフは、装置が効率的である高振幅の場合を示し、第２のグラフは運動の全減衰を示す。

【図8】短期の励振および運動の全減衰のためのＬ／２における変位変換器に対する減衰比較を示す。

【図9】定着部から１０メートルの位置における７０ｋｇの質量の解放ならびに定着部から４０ｍ（第１グラフ）および２２．５ｍ（第２グラフ）における変位に対する減衰比較の例を示す。

【図10】本発明に係る装置を装備していない自由ケーブルの振幅、減衰、および振動数の変化を示す。

【図11】本発明に係る装置を装備したケーブルの振幅、減衰、および振動数の変化を示す。

【図12】本発明に係る装置を装備していないケーブルの大きい励振中の振動数、減衰、および力の変化を示す。

【図13】本発明に係る装置を装備したケーブルの大きい励振中の振動数、減衰、および力の変化を示す。

【図14】本発明に係る装置を装備したケーブルといかなる装置も装備していない自由ケーブルとの間のスペクトルの比較を示す。

【図15】本発明に係る装置の可能な実施形態を示す。

【図16】ケーブルとワイヤばねとの間の関係を示す（下述する方程式（８）を参照されたい；ｄはワイヤの直径である）。

【発明を実施するための形態】

【0022】

すでに示した通り、本発明の態様は、片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤを備えた装置を緊張ケーブルの取付け位置（または定着位置）に垂直に取り付けることを含む、緊張ケーブルを振動から保護するための受動的方法であって、緊張ケーブルが前述の方程式（１）によって決定されるスイッチ位置（ＳＰ）を超えたときにだけ、緊張ケーブルに対する装置の作用（または取付け）（特に形状記憶合金ワイヤの片側ばねの作用）が発生することを特徴とする方法である。

【0023】

実際には、Ｒ_ｋが装置の挿置前に定義される（Ｋ_{ｃａｂｌｅ}、Ｋ_ｓｓｉ、ａｐ）の関数である場合（ａｐは緊張ケーブルに対する装置の取付け位置または定着位置を指す）、Ａ＝Ａ_ｏｐｔのときに、最適ＳＰ_ｏｐｔは前述の方程式（１）を適用することによって求めることができる。

【0024】

たとえＡ_ｏｐｔが未知であっても、次の３つのテストを適用することによってＡ_ｏｐｔおよびＳＰ_ｏｐｔも近似することができる。
第１ステップ：第１テストは、自由ケーブルに対して予想される最大振幅に対応する入力（Ｉｍ）を決定することにある。
第２ステップ：第２テストは、剛性差が小さいので、Ａ_ｏｐｔに近い振幅Ａ_０を得るために、零に等しいＳＰに対し前に定義されたＩｍを緊張ケーブルに適用することにある。ＳＰ（Ａ_０）の値は最適ＳＰよりわずかに大きい。剛性が等しいならば、システムは線形システムであるので、ＳＰ＝０であることに注目する必要がある。
第３ステップ：ＳＰ_ｏｐｔに非常に正確に接近するために、第３ステップは、ＳＰを零から上述の方程式を適用することによって計算されるＳＰ（Ａ_０）に移動しながら実行する必要がある。次いで、最大変位Ａ_ｏｐｔの値を得るために、緊張ケーブルを入力Ｉｍで励振しなければならない。その結果、上述の方程式により、ＳＰ_ｏｐｔに非常に近いＳＰの新しい値が算出される。

【0025】

本発明に係る方法は、緊張ケーブルに対する装置の垂直の取付けおよび非恒常的な（または随時の）作用を含む。実際、装置は、緊張ケーブルが緊張ケーブル全体の振動および共振を誘発する風、雨、交通、または地震のような外的作用を受けたときに、緊張ケーブルに作用する（または取り付けられる）。運動の軽減に効率的であるために、かつ共振は周期的または擬似周期的運動を引き起こすので、装置は、緊張ケーブルがスイッチ位置（ＳＰ、一般的にケーブルの静止位置に近い）と名付けられた予め定められた位置を超えたときにだけ、緊張ケーブルに作用しなければならない。このようにして、装置は、元の緊張ケーブルの振動の周期の一部分の間だけ作動する。

【0026】

本発明に係る方法は、緊張ケーブルに対する装置の随時の作用を含む。それは、装置が恒久的に緊張ケーブルに作用するわけではないことを意味する。実際、装置はそれにより散発的に、必要なときに緊張ケーブルに作用するだけである。構造体の動的特性の劇的な変化の原因は、この交替作用である。さらに、本発明に係る装置は散逸装置ではない（ばねまたはＳＭＡワイヤにすぎない）ので、緊張ケーブルからエネルギは引き出されない。したがって、構造体の運動はより複雑になる。

【0027】

実際、本方法の運動軽減の２つの明確な効果が観察された。

【0028】

運動軽減の最初の効果は、緊張ケーブルの線形挙動が双線形振動子挙動（Ｂｉｌｉｎｅａｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ）に変換されることである。それは、本発明に係る装置を装備した緊張ケーブルが線形システムとしてではなく、双線形振動子システムとして働くことを意味する。実際、緊張ケーブルは、所与の周期的時間または位置、すなわちスイッチ位置で、その動的特性を変化させられる。したがって緊張ケーブルは、その固有振動数の値の組を周期的に変えるように仕向けられる・

【0029】

事実、上に提示した公知の方法とは対照的に、緊張ケーブルからエネルギは引き出されない。運動エネルギは緊張ケーブルに維持される。

【0030】

ケーブルおよびばねまたはＳＭＡワイヤの静止位置から開始して、ケーブルが振動のために上昇するときに、ケーブルはばねを移動させ、ケーブルのエネルギの一部分（小さい）は、ばねまたはＳＭＡワイヤの運動エネルギに移転される。ケーブルが最大上方位置から戻るときに、ばねまたは細長いＳＭＡワイヤに保存されたポテンシャル弾性エネルギ（ｋ_ｓｘ^２／２）は、これがケーブルに及ぼす力によってケーブルに返される。ケーブルから引き出された運動エネルギは、図１の上左（直線）に示される通り、完全にケーブルの弾性エネルギに戻される。収支は零であり、それはエネルギが装置によって保存されないことを意味する。

【0031】

本発明に係る方法は元の緊張ケーブルの線形挙動を双線形振動子挙動に変換するので、振動の半周期は振幅の零軸に対して非対称になる。１自由度（ＤｏＦ）の双線形振動子の主特性は、それ自体の共振で多自由度（マルチＤｏＦ）運動が励起されることである。換言すると、双線形振動子はエネルギを構造体の超高調波および分数調波に再分散することができる。緊張ケーブルの振動モードは、本発明に係る方法によって変更される。さらに、励起されたモード数の近似された複製を観察することができる。その結果、本方法は、共振運動が唯一のものではなく、幾つかの小さい運動に分散されるように、振動モードの連続的変化を適用する。したがって、各振動モードが（風、雨、交通、または地震によって生じる）全入力エネルギの一部を捕捉するので、エネルギが多数のモードに分散されると、各モードがより小さい運動を呈し、共振現象は軽減される。

【0032】

本発明に係る方法の第２の効果は、モード連成効果（ｍｏｄａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）を利用することである。それは結果的に減衰効果を高め、したがって振動の時間を短縮するので、この効果は振動の減衰期間中に観察できる。実際、緊張ケーブルは往々にして風、雨、地震、または交通のような代替入力を受け、それらは数秒の強制期間をもたらし、振動の減衰期間（一般的により長い）がそれに続く。これらの期間中に、減衰が増大し振動時間が短縮されることは興味深い。しかし、本発明に係る方法の場合、弾性要素しか実現されないので、それは不可能である。それにもかかわらず、スイッチ位置は適切に設計されるので、かつ我々はビーティング状態（ｉｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅａｔｉｎｇ）にあるので、内部共振の反作用を使用することが可能である。それは、純粋な１つの状態にありしたがってビーティング（ｂｅａｔｉｎｇ）の無い振幅状態の信号を劇的に減少することにつながる。そうした信号は、通常のビーティング現象状態になるので、再び増加することはない。そのようにして、重要な減衰効果が、少なくとも振幅が大きい場合に、構造体に加えられるようになった。

【0033】

本発明の一実施形態では、緊張ケーブルへの装置の取付け位置（ａｐ）（または定着位置）は０．０５×Ｌおよび０．２５×Ｌの範囲内にあり、ここでＬは緊張ケーブルの長さを表す。特に、緊張ケーブルへの装置の取付け位置は、０．１０×Ｌおよび０．２０×Ｌの範囲内にある。本発明の好適な態様では、緊張ケーブルへの装置の取付け位置（ａｐ）は約０．１５×Ｌである。

【0034】

さらに、緊張ケーブルへの装置の取付け位置は振動の主モードのノード位置ではないことは理解されるであろう。ケーブルは２つの方向（面内および面外）に振動する。古典的な軽減システム（ダンパ、ＴＭＤ等）を使用すると、装置の取付け面は、それらが取り付けられるモードに影響するので、重要である。実際、ダンパは一般的に、両方向に効率的であるように、２つ１組で９０度に近くできるだけ大きい角度で挿置される。本発明に係る装置は、装置がケーブルと床版との間に設置されるので、垂直方向のケーブルの剛性を変化させるのに有効であるという特殊性を有する。しかし、ケーブル断面（ｃａｂｌｅ ｓｅｃｔｉｏｎ）の対称性のため、振動は常に面内および面外の両方向に存在するが、入力方向の振幅の方がより大きい。振動の軽減効果は剛性切替えおよび振幅に依存するので、水平剛性を弱く変化させるのはばねの軸線外の構成要素だけであるため、高振幅の場合、それは水平方向のみに存在する。一実施形態では、装置は、軽減しようとする振動の面内で緊張ケーブルに取り付けられる。

【0035】

本発明の特定の実施形態によると、方法は、形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤを含む装置の使用を含む。特に、形状記憶合金はニッケルおよびチタンの金属合金とすることができる。実際、形状記憶合金は、最も頻繁にはニッケルおよびチタンの会合によって構成される二元合金（ｂｉｎａｒｙ ａｌｌｏｙ）である。この種の形状記憶合金の一例はニチノールである。ＳＭＡは、冷却または加熱されるときだけでなく、応力場の存在下でも、それらの結晶配列を変化させる。結晶ジオメトリは例えば秩序化立方晶であるが、オーステナイトからマルテンサイトへの相変態後は応力下で屈曲する。その結果、サンプルの大きい弾性変形がもたらされるが、オーステナイト相に戻ったときに可逆である。合金が応力を受けたときに結晶構造が劣化しないこの特性は、材料のいわゆる超弾性挙動である。加えて、理論的応力歪み曲線で材料がたどる経路は、荷重段階で平坦な応力レベルを示す一方、荷重除去段階中に、より低い応力レベルの別の平坦部が現れる。２つの応力レベル間の差に対応する歪みを乗算することにより、ヒステリシスループで形状記憶合金によって吸収されるエネルギが得られる。したがって、形状記憶合金はその元の冷間鍛造形状を「覚えており」、加熱によって変形前の形状に戻る合金である。さらに、この材料は、液圧型、空気圧型、およびモータ系のシステムのような従来のアクチュエータに対する軽量の固体代替物である。形状記憶合金の別の利点は、単純なワイヤと共にばねおよびダンパとして提供できることである。ばねは材料の超弾性によるものであり、ダンパは大きい歪みを受けた材料によって示されるヒステリシスサイクルによるものである。実際、ＳＭＡ、例えばニチノールが強い運動を受けたときに、それはダンパのように動作する一方、弱い運動を受けたときに、ばねとして動作する。

【0036】

本発明の態様では、ニッケルおよびチタンは、金属合金中に均等な原子百分率で存在する。

【0037】

ワイヤの直径は広い範囲内で選択することができるが、ニチノールのワイヤの直径は好ましくは１から３ミリメートルの間であり、より好ましくは１から２ミリメートルの間である。ＳＭＡの細いワイヤを使用する主な理由は次の通りである。
本発明に係る装置の役割は、双線形振動子によって発生する調波がケーブルの他のモードを励起することを確実にするために、小さい量の動的剛性を変化させることである。
ワイヤの剛性が高すぎる場合、定着部の疲労に適さない高次すぎるモードを励起させることにつながり得る、強い双線形性を挙動に導入する。
モード連成振動数を達成するために、ＳＭＡワイヤの有無に関わらず、差または剛性差は小さくなければならない。
ヒステリシス挙動は動的運動のためのワイヤ直径に大きく依存し、ワイヤ直径が小さければ小さいほど、ヒステリシスサイクルが大きくなり、かつ例外的振幅に対する減衰効果が高くなる。

【0038】

例外的荷重に対してより大きい減衰効果を得ようとする場合、ＳＭＡの幾つかのワイヤから作られた装置を使用することが可能である。さらに、ＳＭＡワイヤは、構築物の審美性に貢献するほど細くすることが、橋梁の設計に対し目立ちすぎないので、有利である。

【0039】

本発明はまた、緊張ケーブルを振動から保護するための方法を実現するために必要な装置にも言及する。前記装置は形状記憶合金を含む片側ばね（ｕｎｉｌａｔｅｒａｌ ｓｐｒｉｎｇ）を備え、この装置は緊張ケーブルに垂直に取り付けられ、かつ前記緊張ケーブルに対し周期的に（または随時）作用する。「周期的に（または随時）作用する」とは、緊張ケーブルが緊張ケーブルに対し恒久的に作用するわけではなく、すなわち緊張ケーブルがスイッチ位置（ＳＰ）に達した（またはそれを越えるか横切った）ときにだけ作用することを意味する。

【0040】

本装置は、ケーブルの動的剛性を交互にわずかに変化させる（１０％乃至４０％）ことができる。本発明に係る装置の取付け位置を決定するための公式は、主に次の２つの状況、すなわち古典的ばねを使用する場合、および（ニチノールのような）ＳＭＡワイヤを使用する場合に分化することができる。

【0041】

［状況１：本発明に係る装置が片側ばねを含む場合］
この場合、ばね剛性は距離（ａｐ）に依存しない。剛性比の範囲は次の方式によって決定される。
剛性比の下限（１．１）は、（少なくともダンパとして有効であるために）自由ケーブルに対して振幅の動きをおよそ２倍低減するという装置の最小限の効率を達成するように定義される。
上限（１．４）は、装置がケーブルに取り付けられたときのモード分布変化を考慮に入れて、定着部で同一最大設計曲率を維持するように、ＥＬＳＡ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，欧州構造物評価研究所）で実験されたケーブルで得られた値である。したがって上限は推奨値であり、定着部における低い動的応力を維持するために、ケーブル設計者が変更することができる。この意味で、それは数学的値ではなく、安全係数である。
方程式（６）
１．１≦１＋ｋ_ｓ・ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）^２／ｋ_{（ｃ）（ｉ）}≦１．４

ばね剛性ｋ_ｓが（建設業者から）与えられた場合、かつケーブル剛性ｋ_ｃおよびケーブル長Ｌが橋梁設計者によってすでに定められている場合、装置は次の範囲内の位置（ａｐ）に取り付けることができる。
方程式（７）
（Ｌ／πｉ）＊Ａｒｃｓｉｎ（０．３２√（ｋ_{（ｃ）（ｉ）}／ｋ_ｓ））≦ａｐ≦（Ｌ／πｉ）＊Ａｒｃｓｉｎ（０．６３√（ｋ_{（ｃ）（ｉ）}／ｋ_ｓ））

［実施例］
ケーブル長＝Ｌ＝４５ｍ
モード数：１に対して測定されたケーブル剛性＝（ｃ）（１）ｋ＝３５．６ＫＮｍ（ケーブル張力：Ｔ＝２５０ＫＮ）
あらゆる機械的な測定および定着システムを用いて測定されたばね剛性（長さ４．２ｍおよび直径２．５ｍｍ用の弾性ＳＭＡ）＝４０ＫＮ
装置を設置するための取付け（または定着）位置として次の範囲が得られる。
４．４ｍ≦ａｐ≦９．１ｍ
この実験で装置を挿置するのに採用した位置は、８．２メートルの位置であった。

【0042】

［状況２：装置がＳＭＡワイヤを含む場合］
この場合、適切な解を得るためにケーブル上の様々な取付け位置（ａｐ）を試験することが高く推奨される。実際、ＳＭＡワイヤの剛性は（ａｐ）に依存するので、この状況はより複雑である。加えて、ワイヤはケーブルに垂直に装着され、ワイヤの長さは、ケーブルとワイヤばねとの間の関係を示した図１６の概略図に示される通り、ケーブル取付け部と橋の床版との間の距離より長くすることができない。
方程式（８）
（０．１）・４・ｔｇ（α）・ｋ_{（ｃ）（ｉ）}／π・Ｅ・ｄ_ｓ^２≦ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）／√ａｐ≦（０．４）・４・ｔｇ（α）・ｋ_{（ｃ）（ｉ）}／π・Ｅ・ｄ_ｓ^２

これは超越不等式（ｔｒａｎｓｃｅｎｄｅｎｔ ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ）になり、その解は、設計者によって与えられる以下のパラメータに応じて、数値計算するしかない。
ｉ＝軽減すべきモード数、ケーブル剛性ｋ（ｃ）（ｉ）、ケーブルの傾斜角度ｔｇ（α）、ＳＭＡワイヤの直径ｄｓ。
方程式（９）
３．５６＊１０^−９・ｔｇ（α）・ｋ_{（ｃ）（ｉ）}／ｄ_ｓ^２≦ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）／√ａｐ≦１４．２＊１０^−９・ｔｇ（α）・ｋ_{（ｃ）（ｉ）}／ｄ_ｓ^２

【0043】

本発明の一態様では、装置は、片側ばねの各端に接続される２つのスターラップ（ｓｔｉｒｒｕｐ）を含むことができ、第１は橋の床版または地面に接続される下側スターラップであり、第２は緊張ケーブルに接続される上側スターラップである。

【0044】

特に、上側スターラップは剛性固定装置を介して緊張ケーブルに接続される。ケーブルの基部と装置の上端との間の剛性固定は充分であり、単純な装置設計を可能にする。用語「剛性固定（ｒｉｇｉｄ ｆｉｘａｔｉｏｎ）」とは、ケーブルの定着（または取付け）位置（ａｐ）における横剛性（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）の少なくとも５０倍を超える剛性を示す固定を指す。

【0045】

装置は間隙調整用のねじ機構（ｓｃｒｅｗ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を含むことができる。用語「間隙調整」とは、ケーブルが静止しているときに、ばねの間隙または小さい張力を調整して、装置を最適化することが可能であることを意味する。例えば、ねじ機構は図２に示す通りである。ハンドルを回すことによって、上下のねじが出入りし、ばねのワイヤに対し、予想される最大振幅で効率的に働く最適なスイッチを得るために必要な所要張力または間隙をもたらす。ねじおよびハンドルは調整のためのドローイング（ｄｒａｗｉｎｇ）を構成する。しかし、同じ効果を得ることのできる他の種類のねじ機構またはドローイングを、本発明に係る装置で使用することもできる。それらは好ましくは、本発明に係る装置に補足的な歪みを加えないように、充分に剛性でなければならない。

【0046】

装置は、間隙調整のためのねじを介して、地面または橋の床版に接続される。

【0047】

本発明の一態様では、本装置は、片側ばねの一端に連結されたスターラップに接続された剛性固定装置を備えることができ、片側ばねの他端は、任意選択的に間隙調整用のねじ機構を介して地面または構築物（例えば橋の床版）に連結された別のスターラップに接続される。

【0048】

片側ばねまたはＳＭＡワイヤ（複数可）は、伸長または収縮した後その形状を回復する弾性装置である。一実施形態では、ＳＭＡはニチノールである。

【0049】

一実施形態では、ニチノールのワイヤの直径は、１から３ミリメートルの間、好ましくは１から２ｍｍの間とすることができる。

【0050】

装置は任意選択的に、ロードセルをさらに含むことができる。ロードセルは、力を測定可能な電気的出力に変換する変換器である。この変換は間接的であり、２段階で行われる。感知された力は機械的機構を介して歪みゲージを変形する。歪みはワイヤの有効電気抵抗を変化させるので、歪みゲージは変形（歪み）を電気信号として測定する。この場合、ロードセルは片側ばねの一端と下側スターラップとの間に接続される。

【0051】

好ましくは、装置は、チタンおよびニッケルの金属合金である形状記憶合金を含むＳＭＡワイヤを備える。好ましくは、ニッケルおよびチタンは金属合金中に均等な原子百分率で存在する。この材料の利点は、ばねおよびダンパとして一緒に単一のワイヤにモデル化することができることである。ばねは材料の超弾性によるものであり、ダンパは材料が大きい歪み下で示すヒステリシスサイクルによるものである。

【0052】

本発明はまた、緊張ケーブルを振動から保護するための装置の使用についても言及する。特に、本発明は、風、雨、交通、または地震によって生じる振動から緊張ケーブルを保護するための装置の使用について言及する。

【0053】

前述の全ての実施形態は個々に実現することができ、あるいは理に適った範囲で組み合わせることができる。

【0054】

［実験的試験］
外部励振中に、最適特性を持つよう設計され、かつケーブルの所与の位置に挿置された本発明に係る装置は、同一の自由ケーブル（すなわち装置無しのケーブル）と比較して３倍、等価線形剛性を持つケーブルに対して２倍の振動運動を低減することができる。実験結果（図３参照）は、自由ケーブル（グラフで「装置無し」と識別された最大振幅の曲線、すなわち凡例で最初に識別されたもの）と、動的剛性比Ｒｋ＝１．２９で様々なスイッチ位置（またはＳＭＡの静止時の張力）の本発明に係る装置を装備したケーブルとの間の運動の低減を示す。小さい振幅の「Ｆｓｍａ＝１００」の曲線（グラフの太線の曲線、すなわち凡例で最後に識別されたもの）によって示される運動は、１００Ｎで４０秒の励振に対して最適なスイッチ位置に対応する。２倍の値の励振（２００Ｎ）に対して、ＳＰ（１００Ｎ）の場合と同一調整は完全に最適ではないが、それでも非常に重要な低減をもたらした。様々なレベルの入力によるこれらの実験は、振動を緩和するこの方法の頑健さを示している。

【0055】

本発明に係る装置を装備したケーブル（ＳＳＩ，ｓｔａｔｅ ｓｗｉｔｃｈ ｉｎｄｕｃｅｒ（状態スイッチインデューサ）ケーブル）は、最も頻繁に双線形振動数と呼ばれる最高共振モードの振動数値Ｆｂｒによって特徴付けられる非線形構造体になる。本発明に係る装置を装備したケーブル（ＳＳＩケーブル）の運動を等価線形ケーブルと比較するために、自由ケーブルにばねを恒久的に追加しなければならず、それは自由ケーブルよりわずかに剛性が高いが常に線形挙動を持つケーブルになり、それはＦｂｒに等しい共振モードの振動数値Ｆｒを有する。我々はそれを等価ＳＳＩ線形ケーブルと呼んだ。図５に凡例の最後の１つとして示し、かつスペクトル比較のために図４に破線で示すのは、このケーブルの運動である。図５では、このレベルの励振に最適化された本発明に係る装置の場合、励振段階中の運動低減が３倍超であることが、この実験による曲線で確認することができる。ケーブルに追加された線形ばねとの比較は、本発明に係る装置による運動低減が２倍超であることを補間によって示す。図６のケーブル変位の実験によるエンベロープは、本発明に係る装置が作動している場合、ケーブルの振動中に２つの動的状態が存在することを示している。２つの状態（自由ケーブルおよび剛性ケーブル）の識別は、試験中にばねの力を測定することによって得られる。結果は明らかに、方程式（１）、すなわちＳＰ（Ａ_ｏｐｔ）＝Ａ_ｏｐｔ（１−２／（１＋Ｒ_ｋ））によって定義されるスイッチ位置の規則を示している。これは、状態１の運動が状態２の運動に等しいときに振動の振幅が最小になることを示す。

【0056】

減衰運動中に、振動周期は、装置無しのケーブルと比較して、または等価線形ケーブルと比較して、３分の１未満に短縮される。減衰率は装置無しのケーブルと比較して、または等価線形ケーブルと比較して３倍に増大する（図７）。ケーブルの実際の励振に対応する３種類の実験減衰が示されている。
ケーブルの共振で長い励振（＞３０秒または約６０サイクル）、次いで減衰。
ケーブルの共振で短い励振（＜５秒または１０サイクル）、次いで減衰。
非常に小さい振幅であるが全モードの励振に対応する、全ての試験（またはケーブル構成）で同一質量（７０Ｋｇ）の解放後の減衰の記録。本発明に係る装置を装備したケーブルの結果は、図７の下側の曲線に対応する。

【0057】

［ケーブルの長い励振］
ケーブルが到達する振幅レベルは自由ケーブルの振幅よりずっと小さいので、比較は両方の振幅が等しいとき（この場合は３５ｍｍ）にだけ行うことができる（図７）。

【0058】

変換器によって測定された距離（Ｌ／６付近）では、全ての主モードが信号に存在する。そうすると、特に、高次モードの割合が増大する本発明に係る装置を設けたケーブルの場合、減衰は全モード一緒の見かけの減衰を表すことができる。

【0059】

［ケーブルの短い励振］
減衰はここでは、減衰がケーブルのどこにでも存在することを示すために、ケーブルの中間スパンで測定される。その場合、主に１次モードのみの見かけの減衰が得られる。各システムの第１共振振動数で１０サイクルの短時間の励振後の結果は次の通りである（図７）。

【0060】

［質量（７０ｋｇ）の解放。ケーブルの非常に小さい変位での減衰の試験］

【0061】

荷重は定着部から１０メートルの距離に搭載され、ケーブルに沿った運動の最終的な不規則性を検出するために、変位がケーブルの様々なポイント（８、２２．５、３３、４０ｍ）で測定された。振動数範囲および測定の原理による誤差を回避するために、異なる種類の変換器も使用した（Ｔｒｏｎｉｘ、ワイヤ変換器、大きい変位）。（Ｇｅｆｒａｎ、電位差計変換器、小さい変位）。図９に示す結果は、自由ケーブル（グラフに「自由ケーブル」と識別された曲線、すなわち凡例に最初に示されたものに対応する）の減衰運動を本発明に係る装置を装備したケーブル（グラフで「ＳＳＩケーブル」曲線と識別されたケーブル、すなわち凡例で２番目に示したもの）を比較するものである。図７、図８、および図９から、様々な励振または振幅レベルの全ての場合に、かつケーブルで測定された全ての位置に対し、自由ケーブルと本発明に係る装置を設けたケーブルとの間の振動の時間の低減は、最悪の場合、すなわち減衰の全距離の場合、小さい振幅に対して本発明に係る装置は部分的に作動するだけであるか、あるいはまったく作動しないので、８５％（図７では比＝０．５４）であることが分かる。本発明に係る装置を設けたケーブルの最大振幅からこの振幅の１／３に振幅を低減する（３３ｍｍから１０ｍｍに）ことを考慮すると、その場合、本発明に係る装置は大きい振幅に対して最適化されるので、減衰の時間は、３３４％低減することができる。他の種類の減衰装置は設計者に容認できる小さい振幅レベルでは非常に迅速にケーブルを伝導するので、そうした種類の減衰装置と比較して、減衰低減のこの非線形性は本発明に係る装置の別の利点である。

【0062】

［本発明に係る装置の減衰率に対する効果］

【0063】

ケーブルの振動の減衰は様々な方法によって測定することができる。最も一般的な方法は、振動数ドメインのデータを処理し、様々な抽出方法（＊）の１つを使用して、ケーブルが正弦運動を示したときに、ケーブルの振動数、減衰、およびモード形状を得ることである。これは、自由ケーブルまたは恒久的に取り付けられたばねにより完全に緊張したケーブルの場合に当てはまる。（（＊）これらの方法の１つの著者は、Ｔｉｒｅｌｌｉ Ｄ．「Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｍａｌｌ ａｎｄ Ｍｅｄｉｕｍ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｂｙ Ｆａｓｔ Ｉｍｐａｃｔ Ｈａｍｍｅｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ（ＦＩＨＴ） Ｍｅｔｈｏｄ」、ＥＵＲ ２４９６４ ＥＮ．Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ（Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ）：Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｕｎｉｏｎ；２０１１．ＪＲＣ６６０５５にある）。

【0064】

ケーブルが本発明に係る装置を装備している場合、これは当てはまらなくなる。運動は常に正弦運動に近いが、完全な正弦運動ではない。それは線形構造体ではなく、双線形構造体である。しかし、得られたスペクトルは、実際の挙動に近い挙動を表すと推測することができるが、それは減衰および振動数の平均値を提供する。実験の全時間中の減衰の値を得るために、ウェーブレット分解として他の方法を、あるいはこのプロジェクト中にこの目的で開発されたＦｒａｃｔｉｏｎｎｅｄ Ｌｏｇａｒｉｔｍｉｃ Ｄｅｃｒｅｍｅｎｔ（ＦＬＤ）を適用する必要がある。この最後の方法は、図１０および図１１に示される通り、試験中の装置における力のデータを処理する補足信号を用いて、減衰時間中の減衰の漸進的変化をみることを可能にする。力の信号により、全てのスイッチ事象が測定され、どの状態（自由または取付け）にケーブルが属しているかを知ることができる。処理はケーブルの各状態で行われるので、この方法により得られた結果は運動が周期的になるまで正確である。図１０および図１１では、短い励振期間後の振動数および減衰の漸進的変化が、例えばＩｓｐｒａのケーブル１について示されている。平均減衰増加は約３．５／１．０７＝３．２である。本発明に係る装置は、中間振動の減衰率で３２０％の増加をもたらす。

【0065】

図１２および図１３に示す曲線で、減衰の漸進的変化のためのＦＬＤ法は、長く強い励振（２００Ｎ）後のケーブルの大きい変位に対して使用される。漸進的変化は、異なる曲線で２つのケーブル状態に対して行われることが分かる。点線で識別される曲線は、自由ケーブルの１つ（すなわち凡例で最初に識別される曲線）に対応し、破線で識別される曲線は取り付けられたケーブルの１つ（すなわち凡例で２番目に識別される曲線）に対応する。ケーブルが自由である場合、同一状態であるが、好循環および悪循環について解析が行われる。装置は取り付けられないので、力信号はノイズ（零）である。

【0066】

図１２で、本発明に係る装置が最適化されているときにだけ、減衰が増加する（７０秒の前）こと、およびこの期間中に２つの状態（自由ケーブルおよび取り付けられたケーブル）の振動数が非常に異なることを見るのは興味深い。その期間後に、システムは、１つの振動数および低い減衰率を持つ線形になる。大局的に、変位が大きい場合の減衰率は、自由ケーブルの減衰と本発明に係る装置を装備したケーブルとの間で２．５７倍に増大する（２３７％）。図１４には、スナップバック試験（解放）に対する自由ケーブルと本発明に係る装置を装備したケーブル（ＳＳＩケーブル）とのフーリエスペクトルの比較が示される。ピークが平坦であることは非常に明瞭である。ピークの厚さは減衰を表すことを記録しており、この減衰の増加は、全てのモードで（それらは結合されているので）観察することができる。

【0067】

本発明に係る装置は、その概念は振動運動を支配する卓越的変位に基づくので、共振にまで成長するあらゆる種類および任意のモード数に適用可能である。カオス理論は、入力または出力振幅が所与のレベルより高くなると、双線形振動子がそのアトラクタを変化させ、その場合、振動がより高次のモード数に飛ぶことを示す。そのようにして、同一運動を接合するために必要なエネルギが高くなるので、システムの安定性は確保される。

【0068】

［本発明に係る装置の可能な実施形態の例。］
図１５は本発明に係る装置の可能な実施形態を示す。図１５は、振動の問題にさらされる緊張ケーブルに設置することのできる装置設計を示す。受動装置は緊張ケーブルに垂直に取り付けられる。図示する通り、装置と緊張ケーブルの交差によって形成される角度は約９０度である。装置の作動は、緊張ケーブルがスイッチ位置を超えたときに発生する。本発明に係る装置は、鋼製クラウン（ｓｔｅｅｌ ｃｒｏｗｎ）（１）および鍛造鋼製アイボルト（２）を介して緊張ケーブルに取り付けられる。装置はまた、２つの鋼製円板（３）およびニチノールワイヤ取付けのための立方体の鋼製部品（４）を含むそれぞれ２つのねじの間に架設されたニチノール（７）の細いワイヤをも備える。ねじの１つは緊張ケーブルに接続される（上側のねじ）一方、もう１つ（下側のねじ）は橋の床版に連結される。下側のねじは、ねじ緊張材（６）に接続された鍛造アイボルト（２）を介して、橋の床版に接続される。最後に、ねじ緊張材（６）が長い鋼製ボルト（５）を介して橋の床版に接続される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6-1】

【図6-2】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【手続補正書】

【提出日】2014年10月29日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

片側ばねまたは形状記憶合金ワイヤを備えた装置を取付け位置で緊張ケーブルに垂直に取り付けることを含む、緊張ケーブルを振動から保護するための受動的方法であって、
式（１）：
ＳＰ（Ａ_ｏｐｔ）＝Ａ_ｏｐｔ（１−２／（１＋Ｒ_ｋ））
によって決定されたスイッチ位置（ＳＰ）を振動する緊張ケーブルが越えたときにだけ、前記装置が前記緊張ケーブルに作用し、
・Ａ_ｏｐｔは、装置がＳＰ_ｏｐｔで最適化された状態で緊張ケーブルが到達する振幅であり、
・Ｒ_ｋは、装置付きの緊張ケーブル（Ｋ_ｓｓｉ）と片側ばね無しの緊張ケーブル（Ｋ_{ｃａｂｌｅ}）との間の動的剛性比であり、
Ｒ_ｋは、ケーブルのみの共振振動数ｆ_ｃ（ｉ）および恒久的に接続されたケーブルの振動数ｆ_{（ｃ＋ｓ）（ｉ）}を測定することによって、決定することができ、
Ｒ_ｋは、式（２）：
Ｒ_ｋ＝（ｆ_{（ｃ＋ｓ）（ｉ）}／ｆ_{（ｃ）（ｉ）}）^２
または、式（３）：
Ｒ_ｋ＝１＋ｋ_ｓ・ｓｉｎ（ｉ・π・ａｐ／Ｌ）^２／ｋ_{（ｃ）（ｉ）}
のいずれかによって定められ、Ｋ_ｓは、前記片側ばねの剛性または前記形状記憶合金ワイヤのオーステナイト相の剛性であり、ｉは共振モード数に対応し、Ｌはケーブル長であり、ａｐは前記装置の取付け位置であることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記緊張ケーブルへの前記装置の取付け位置は０．０５×Ｌから０．２５×Ｌの範囲内にあり、Ｌは前記緊張ケーブルの長さを表すことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記装置の取付け位置は０．１０×Ｌから０．２０×Ｌの範囲内にあり、Ｌは前記緊張ケーブルの長さを表すことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記装置の取付け位置は０．１５×Ｌであり、Ｌは前記緊張ケーブルの長さを表すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記緊張ケーブルへの前記装置の取付け位置は、緩和される振動の面内に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記装置は形状記憶合金ワイヤを備え、前記形状記憶合金は好ましくはニッケルおよびチタンの金属合金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記金属合金にニッケルおよびチタンが均等な原子百分率で存在することを特徴とする請求項６に記載の方法。

【請求項8】

橋などの構築物の緊張ケーブルを振動から保護するための装置であって、前記緊張ケーブルに垂直に取り付けられ、且つ、スイッチ位置（ＳＰ）を越える前記緊張ケーブルの運動を引き起こす振動に前記緊張ケーブルが曝されたときにだけ前記緊張ケーブルに作用する片側ばね又は形状記憶合金ワイヤを備えたことを特徴とする装置。

【請求項9】

前記片側ばねの各端に接続された２つのスターラップをさらに備え、第１のスターラップは下側スターラップであり、前記構築物または地面に接続され、第２のスターラップは上側スターラップであり、前記緊張ケーブルに接続されることを特徴とする請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記上側スターラップは剛性固定装置を介して前記緊張ケーブルに接続されることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。

【請求項11】

間隙調整用のねじ機構をさらに備えたことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項12】

前記下側スターラップは、前記間隙調整用のねじ機構を介して、地面または前記構築物に接続されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の装置。

【請求項13】

前記装置は形状記憶合金ワイヤを備え、前記形状記憶合金は好ましくはニッケルおよびチタンの金属合金であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の装置。

【請求項14】

ニッケルおよびチタンは前記金属合金に均等な原子百分率で存在することを特徴とする請求項１３に記載の装置。

【請求項15】

風、雨、地震、または交通によって生じるような振動から緊張ケーブルを保護するための請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の装置の使用。

【国際調査報告】