ВИБРОИЗОЛЯТОР ДЛЯ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ, РАБОТАЮЩИХ В СЕЙСМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ РАЙОНАХ

Полезная модель относится к средствам защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является техническое решение по патенту РФ №138848 (прототип), содержащее корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции за счет недостаточного вязкого демпфирования.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет увеличения демпфирования колебаний на низких частотах при сохранении габаритов виброизолятра.
Это достигается тем, что в виброизоляторе, содержащим корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом, корпус жестко связан с основанием, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент из эластомера с осевым цилиндро-коническим отверстием, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины, ось которой перпендикулярна основанию, при этом пружина взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан и верхнюю, охватывающую пружину, крышку, которая жестко соединена с осесимметричной пружине резьбовой втулкой, а на крышке закреплен верхний ограничитель хода пружины, выполненный в виде цилиндрической втулки, охватывающей сверху крышку, при этом верхний ограничитель служит верхним упруго-демпфирующим элементом и выполнен из эластомера, а в резьбовой втулке закреплен винт для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом, при этом корпус в верхней части соединен с крышкой, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель динамического хода объекта, выполненный из эластомера, а в крышке, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола, а внутри пружины, коаксиально ей, размещен демпфер из эластомера.
На фиг. 1 изображен фронтальный разрез виброизолятора для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, на фиг. 2 представлен общий вид резинового демпфера с цилиндрическим эластомером; на фиг. 3 представлен общий вид резинового демпфера с эластомером гофрированной формы.
Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах содержит корпус 8 (фиг. 1), жестко связанный с основанием 1, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент 4 из эластомера с осевым цилиндро-коническим отверстием 2, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины 12. Внутри пружины, коаксиально ей, размещен демпфер из эластомера (фиг. 2-3).
Упругий элемент виброизолятора выполнен из пружины 12, ось которой перпендикулярна основанию 1. Пружина 12 взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан 13 и верхнюю, охватывающую пружину, крышку 9, которая жестко соединена с осесимметричной пружине 12 резьбовой втулкой 6. На крышке 9 закреплен верхний ограничитель хода пружины 12, выполненный в виде цилиндрической втулки 5, охватывающей сверху крышку 9. Верхний ограничитель служит верхним упруго-демпфирующим элементом и выполнен из эластомера. В резьбовой втулке 6 закреплен винт 7 для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом (на чертеже не показано). Корпус 8 в верхней части соединен с крышкой 10, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель 11 динамического хода объекта, выполненный из эластомера. В крышке 10, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие 3 для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола.
3
3
В осевом цилиндро-коническом отверстии 2 нижнего цилиндрического упруго-демпфирующего элемента 4 из эластомера коаксиально между собой и соосно корпусу, расположены два дополнительных демпфирующих элемента, один из которых, имеющий форму в виде цилиндро-конической втулки 14, выполнен из полиуретана, а другой 15, расположенный внутри первого, и имеющий цилиндрическую форму, выполнен упругим сетчатым элементом. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см…2,0 г/см, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.
Демпфер из эластомера (фиг. 2-3) содержит корпус, который выполнен в виде двух оппозитно расположенных фланцев 16 и 17, имеющих форму, конгруэнтную форме опорных поверхностей эластомера 18, и жестко связанных с эластомером, причем на фланцах закреплены элементы крепления 19 и 20 в виде резьбовых стержней, расположенных перпендикулярно фланцам 16 и 17 и соосно эластомеру 18, причем профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, что обеспечивает равночастотность упругого элемента виброизолятора во всех направлениях. Профиль боковой поверхности эластомера может быть выполнен цилиндрическим (фиг. 2) или коническим (на чертеже не показано). Кроме того, профиль боковой поверхности эластомера может быть выполнен гофрированным (фиг. 3). Отношение высоты виброизолятора h к диаметру D опорной поверхности эластомера, находится в оптимальном соотношении величин: h/D=0,45…1,55.
3
3
Возможен вариант когда демпфер, размещенный внутри пружины 12, коаксиально ей, выполнен сетчатым, при этом плотность сетчатой структуры упругих сетчатых элементов находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см…2,0 г/см, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм, а витки пружины 12 покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.
Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, работает следующим образом.
При приложении статической нагрузки на объект, он опускается вниз, сжимая пружину 12, которая воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на основание 1, установленное на межэтажном перекрытии здания или шасси транспортного средства (на чертеже не показано). Нелинейное демпфирование в системе осуществляется за счет наличия нижнего 4 и верхнего 5 ограничителей хода пружины 12, выполненных из эластомера. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного (с зазором) расположения нижнего опорного стакана 13 пружины 12 и верхней, охватывающей пружину, крышки 9.
Два дополнительных демпфирующих элемента 14 и 15, выполненные соответственно из полиуретана, и сетчатой структуры способствуют расширению частотного диапазона гашения сейсмических волн, и повышают эффективность защиты зданий от сейсмотолчков.
При приложении динамической нагрузки со стороны объекта, например работающего оборудования, вибрация гасится пружиной 12 и упруго-демпфирующими элементами 4 и 5, жесткость которых рассчитывается на работу сложной системы «перекрытие - упругие элементы - объект» в зарезонансном режиме.
Демпфер из эластомера работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта, эластомер 18 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения эластомера, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей эластомера гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, позволяет обеспечить равнопрочность, равночастотность и экономичность эластомера, например, резины или полиуретана. За счет оппозитного расположения фланцев 16 и 17 упрощается монтаж и эксплуатация системы виброизоляции в целом.
Выполнение демпфера, размещенного внутри пружины 12 сетчатым, позволяет повысить эффективность демпфирования на резонансе, а покрытие витков пружины 12 вибро-демпфирующим материалом способствует увеличению демпфирования в широком диапазоне частот.
Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством, которое может быть использовано для защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки.