Противоударное сейсмическое устройство

 

Изобретение относится к устройствам, поглощающим горизонтальные и вертикальные волны, а также силы кручения при землетрясениях. Задачей настоящего изобретения является повышение надежности зашиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий с различным характером распространения колебаний, снижение затрат на строительство сейсмостойких зданий и сооружений и доступность использования технического решения в массовом, в том числе жилищном строительстве. Эта задача решается тем, что в противоударном сейсмическом устройстве, содержащем цилиндр, прикрепленный к нижнему опорному фланцу, поршень, верхний опорный фланец и демпфирующие элементы, к верхнему опорному фланцу прикреплен цилиндр, кинематически связанный с нижним опорным фланцем и имеющий диаметр больше диаметра нижнего цилиндра. Поршень имеет верхнюю и нижнюю заглушки, при этом верхняя заглушка расположена ниже верхнего края поршня и на ней размещены стальные шары, контактирующие с верхним опорным фланцем. Демпфирующие элементы выполнены в виде пружин, установленных между нижней заглушкой поршня и нижним опорным фланцем. Пространство между шарами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном. Пространство между пружинами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном или техническим вазелином. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам, поглощающим горизонтальные и вертикальные волны, а также силы кручения при землетрясениях, и может быть применено в сейсмостроительстве зданий и сооружений, в частности накопительных резервуаров, технологических трубопроводов, опор мостов, эстакад.

Известно антисейсмическое опорное устройство, включающее размещенные между фундаментом и надфундаментной конструкцией упругий элемент, верхнюю и нижнюю опорные пластины, ограничитель горизонтальных перемещений и фрикционный материал (авторское свидетельство СССР № 1604937, МПК Е 02 D 27/34, 1989).

Известно также противоударное сейсмическое устройство, включающее установленный между фундаментом и объектом цилиндр с верхним и нижним фланцами (заявка ФРГ № 1634364, МПК Е 02 D 27/3, 1972).

Основным недостатком известных устройств является неэффективность снижения сейсмических нагрузок.

Наиболее близким аналогом является противоударное сейсмическое устройство, содержащее прикрепленный к нижнему опорному фланцу цилиндр с размещенным в нем поршнем, верхний опорный фланец, промежуточный фланец, являющийся одновременно верхним фланцем цилиндра, установленный на промежуточном фланце гофрированный компенсатор, заполненный незамерзающей жидкостью. Компенсатор имеет шаровую головку, а верхний опорный фланец выполнен с шарообразным углублением под нее (патент РФ № 2078871, МПК E 02 D 27/34, 1995).

Недостатком данного устройства является малоэффективная защита объектов от сейсмических воздействий. Устройство не позволяет в достаточной степени ослабить вертикальные колебания из-за жесткого характера связи сваи или фундамента с несущей конструкцией здания или сооружения, а также горизонтальные колебания и силу кручения вследствие того, что шаровые поверхности компенсатора и опорного фланца оказывают большое сопротивление срезу.

Кроме того, устройство имеет сложную конструкцию и требует значительных затрат на его изготовление.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий с различным характером распространения колебаний. Другими задачами изобретения являются снижение затрат на строительство сейсмостойких зданий и сооружений, доступность использования технического решения в массовом, в том числе жилищном строительстве.

Эта задача решается тем, что в противоударном сейсмическом устройстве, содержащем цилиндр, прикрепленный к нижнему опорному фланцу, поршень, верхний опорный фланец и демпфирующие элементы, к верхнему опорному фланцу прикреплен цилиндр, кинематически связанный с нижним опорным фланцем и имеющий диаметр больше диаметра нижнего цилиндра, поршень имеет верхнюю и нижнюю заглушки, при этом верхняя заглушка расположена ниже верхнего края поршня, и на ней размещены стальные шары, контактирующие с верхним опорным фланцем, а демпфирующие элементы выполнены в виде пружин, установленных между нижней заглушкой поршня и нижним опорным фланцем.

Пространство между шарами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном. Пространство между пружинами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном или техническим вазелином.

Технический результат выражается в том, что устройство имеет достаточно большую свободу перемещения как в продольном, так и в поперечном направлениях и возможность кручения.

Снижение затрат на строительство и доступность использования предлагаемого устройства в массовом строительстве обеспечиваются простотой элементов устройства, использованием недифицитных материалов, возможностью вторичного использования деталей и конструкций (например, бывших в употреблении вагонных рессор в качестве пружин, автопокрышек в качестве кольцевых упругих элементов и т. д.).

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в разрезе, вариант с кольцевыми упругими элементами; на фиг.2 - то же, вариант с демпфирующим кольцом.

Устройство содержит цилиндр 1, прикрепленный к опорному фланцу 2. В цилиндре установлен поршень 3, имеющий нижнюю 4 и верхнюю 5 заглушки из толстой листовой стали. Внутри поршень 3 усилен ребрами жесткости 6 из стальных пластин. Верхняя заглушка 5 расположена в полости поршня 3 ниже его верхнего края, а по периметру и в центре заглушки 5 размещены стальные шары 7. Глубина расположения заглушки 5 относительно верхнего края поршня 3 составляет, например, 3/4 диаметра шаров 7. Пространство между шарами 7 заполнено пенополиуретаном до краев борта. Между нижней заглушкой 4 поршня 3 и опорным фланцем 2 установлены пружины 8 (обычно в количестве 3-4), смазанные графитовой мастикой, а пространство между ними заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном или густой незамерзающей смазкой (техническим вазелином). На шарах 7 установлен опорный фланец 9, к которому прикреплен цилиндр 10, имеющий диаметр, больший диаметра цилиндра 1.

Устройство может содержать дополнительные демпфирующие элементы, например, снаружи цилиндра 1 на его опорном фланце 2 могут быть размещены установленные в вертикальный ряд кольцевые упругие элементы 11, наружный диаметр которых не превышает внутренний диаметр верхнего цилиндра 10 (фиг.1). Полости упругих элементов 11 целесообразно заполнить пенополиуретаном. Вместо кольцевых упругих элементов 11 возможно применение демпфирующего кольца 12, которое устанавливается внутри верхнего цилиндра 10 с зазором между внутренним диаметром кольца 12 и наружным диаметром поршня 3 не меньше возможного смешения поршня при сейсмическом воздействии С (фиг.2).

Для соединения устройства в единую конструкцию цилиндр 10 кинематически связан с опорным фланцем 2 посредством стальных тяг 13, имеющих шарнирное соединение с цилиндром 10 через косынки 14 и с натяжным пружинным устройством 15 на опорном фланце 2. На опорном фланце 9 размещается опорная подушка 16 несущей конструкции 17. Опорный фланец 2 устройства приваривается к закладному элементу 18 сваи или фундамента 19.

Устройство работает следующим образом.

Мощный толчок при землетрясении передается через сваю или фундамент 19 объекта противоударному устройству, в результате чего поршень 3 будет сжимать пружины 8, амортизируя вертикальные ударные волны. Часть этой нагрузки воспримет на себя материал, заполняющий пространство между пружинами 8. Горизонтальные сейсмические волны и силы кручения в конструкции будут поглощаться путем качения шаров 7 по поверхности опорного фланца 9 с одновременной амортизацией поршня 3 на пружинах 8. Кроме того, дополнительную амортизацию вертикальных ударных волн могут создавать в случае их установки кольцевые упругие элементы 11 с материалом, заполняющим их полости, а горизонтальных волн - боковые поверхности кольцевых упругих элементов 11 или демпфирующее кольцо 12.

Формула изобретения

1. Противоударное сейсмическое устройство, содержащее цилиндр, прикрепленный к нижнему опорному фланцу, поршень, верхний опорный фланец и демпфирующие элементы, отличающееся тем, что к верхнему опорному фланцу прикреплен цилиндр, кинематически связанный с нижним опорным фланцем и имеющий диаметр больше диаметра нижнего цилиндра, поршень имеет верхнюю и нижнюю заглушки, при этом верхняя заглушка расположена ниже верхнего края поршня и на ней размещены стальные шары, контактирующие с верхним опорным фланцем, а демпфирующие элементы выполнены в виде пружин, установленных между нижней заглушкой поршня и нижним опорным фланцем.

2. Противоударное сейсмическое устройство по п.1, отличающееся тем, что пространство между шарами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном.

3. Противоударное сейсмическое устройство по п.1, отличающееся тем, что пространство между пружинами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном или техническим вазелином.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2