СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩАЯ ОПОРНАЯ ЧАСТЬ

Область техники, к которой относится полезная модель
Заявляемая полезная модель относится к строительству, а именно, мостостроению и может быть использована при сооружении мостов, путепроводов и эстакад транспортной инфраструктуры в сейсмических районах до девяти баллов включительно.
Сейсмоизолирующая опорная часть предназначена для передачи эксплуатационных вертикального и горизонтальных усилий от действия постоянных и временных нагрузок сооружения на опору с обеспечением проектных углов поворота в вертикальной плоскости и защиты сооружения (пролётного строения) от критических горизонтальных нагрузок, вызываемых сейсмическим воздействием.
Уровень техники
Известно устройство, описанное в патенте SU № 1106868 A дата публикации 07.08.1984г., МПК E01D19/04. Опорная часть моста, содержащая шарнирно соединённые верхний и нижний балансиры, укреплённые соответственно на пролётном строении и опоре моста, отличающаяся тем, что, с целью снижения сейсмических воздействий на пролётное строение моста, по крайней мере один из балансиров снабжён расположенными между ними и пролётным строением или опорой моста пакетом горизонтальных листов, каждый вышележащий лист которого соединён посредством высокопрочных болтов с контактирующим с ним нижележащим листом пакета, причём листы выполнены с овальными отверстиями под болты, ориентированными большей осью в наиболее вероятном направлении опасного сейсмического воздействия. Такое устройство позволяет снизить сейсмическое воздействие на пролётное строение моста.
Недостатком является низкая надёжность конструкции, вызванная высоким коэффициентом трения шарнирного соединения металл-металл, а также отсутствие возможности продольного эксплуатационного перемещения.
Наиболее близким по технической сущности является Сдвиговой упор, описанный в патенте РФ №180848 дата публикации 28.06.2018 г., МПК E01D 19/04 включающий верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролётном строении и опоре, продольные и поперечные ограничительные планки, сердечник и плиты, взаимодействующие с касанием и поворотной подвижностью с закреплённым в центре нижней плиты прямоугольным сердечником, который в поперечной оси двумя своими противоположными вертикальными поверхностями с углублениями и с закреплёнными в них антифрикционными пластинами взаимодействует с ответными полированными поверхностями продольных ограничительных планок, охватывающих сердечник с двух сторон и прикреплённых к верхней плите. В продольной оси сердечник взаимодействует двумя другими своими вертикальными полированными поверхностями с ответными им плоскими поверхностями антифрикционных пластин, закреплённых в углублении на балансирах, которые фиксируются с помощью сухарей на поперечной ограничительной планке и контактирует с ним своей обратной поверхностью цилиндрической формы. Поперечные ограничители также прикреплены к верхней плите, и расположены по обе стороны в продольной оси сердечника.
Недостатком сдвигового упора является то, что он не предусматривает защиту пролётного строения от сейсмического воздействия, а именно превышающих допустимые значения горизонтальных нагрузок.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей полезной модели является защита пролётного строения от воздействия сейсмической нагрузки.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей опорной части (сдвигового упора) путём обеспечения подвижности её элементов при повышенных горизонтальных сейсмических нагрузках для снижения или исключения их воздействия на пролётное строение.
Указанный технический результат достигается тем, что
сейсмоизолирующая опорная часть, включающая верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролётном строении и опоре, продольные и поперечные ограничительные планки, с закреплённым в центре нижней плиты прямоугольным сердечником, в поперечной оси ограничительные планки охватывающие сердечник с двух сторон а в продольной оси поперечные ограничители расположены по обе стороны сердечника, при этом
по крайней мере одна из опорных плит снабжена пакетом горизонтальных листов, где вышележащий и нижележащий листы стянуты с заданным усилием посредством высокопрочного крепежа и сжимают расположенный между ними центральный лист образуя две контактные плоскости обеспечивающие требуемое усилие сопротивления трению с возможностью смещения центрального листа при превышении расчётной нагрузки.
Указанный результат достигается также тем, что плоскости листов обработаны с обеспечением заданного коэффициента трения. На обработанные плоскости нанесено защитное фрикционное покрытие, обеспечивающее заданный коэффициент трения и защиту от коррозии. Диаметр и количество элементов высокопрочного крепежа зависит от воспринимаемой горизонтальной нагрузки и коэффициента трения, определяемого видом обработки поверхностей или фрикционным покрытием. В центральном листе в местах расположения высокопрочного крепежа в направлении возможного смещения выполнены овальные отверстия. Длина овальных отверстий обеспечивает возможность смещения центрального листа на необходимую величину относительно вышележащего и нижележащего листов. Вышележащий и нижележащий горизонтальные листы пакета ограничены от взаимного смещения удерживающим устройством. Между вышележащим листом и сердечником расположен шаровой сегмент, имеющий на одной своей плоской стороне антифрикционную пластину а на противоположной стороне полированную сферическую поверхность. В сердечнике выполнена выемка, ответная выпуклой сферической полированной поверхности сегмента, с установленной в нее антифрикционной пластиной. На одной из боковых поверхностей установлено устройство слежения за перемещениями.
Сущность полезной модели поясняется чертежами
На фиг.1 показан главный вид неподвижной сейсмоизолирующей опорной части.
На фиг.2 показан вид А неподвижной опорной части.
На фиг.3 показана выноска Б сейсмоизолирующей опорной части.
На фиг.4 показана выноска В сейсмоизолирующей опорной части.
На фиг.5 показан главный вид односторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части.
На фиг.6 показан вид А односторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части.
На фиг.7 показан главный вид всесторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части.
На фиг.8 показан вид А всесторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части.
Осуществление полезной модели
Предлагаемая полезная модель сейсмоизолирующей опорной части (фиг.1-фиг.8), воспринимающая вертикальную нагрузку Nвертик горизонтальные поперечную Nпопер и продольную Nпрод нагрузки состоит из верхнего листа 1, центрального листа 2, нижнего листа 3, сердечника 4, шпонки 5 и нижнего балансира 6. К опоре 15 при помощи, например, фундаментных болтов крепится нижняя плита 6, которая может быть любая по конструкции, и изготовлена либо цельной, либо сборной, в том числе и с рёбрами жёсткости. На нижнем балансире 6 имеется углубление, в которое входит силовая шпонка 5, а на неё своей нижней стороной, также с углублением, установлен прямоугольный сердечник 4.
Сердечник 4 заведён между ограничителей 7 и 9, расположенных в выемке центрального листа 2. Ограничители 7 или 9 прикрепляются к центральному листу 2 или выполнены с ним как единое целое.
Пакет, включающий в себя центральный лист 2, расположенный между верхним листом 1 и нижним листом 3, стянут с помощью, например, высокопрочных болтов или винтов 14 с заданным усилием. Контактирующие между собой поверхности трения листов 1, 2, 3 имеют заданный коэффициент трения. Для обеспечения заданного коэффициента трения поверхности обработаны, например, абразивоструйной очисткой, а на обработанные поверхности нанесен фрикционный защитный слой, например на основе цинка. В центральном листе 2 в местах расположения высокопрочных болтов 14 выполнены сквозные пазы 23, расположенные вдоль предполагаемого смещения от сейсмического воздействия. Верхний лист 1 с помощью, например, высокопрочных болтов, прикреплён к пролётному строению 16. Верхний лист 1 и нижний лист 3 зафиксированы от взаимного смещения ограничителем 13. Ограничителей 13 может быть два и более. Нижний лист 3 также имеет сквозное окно, расположенное а районе выемки центрального листа 2 и превышающее размеры указанной выемки на величину предполагаемого смещения от сейсмического воздействия. На нижнем листе 3 закреплён указатель 24, а на нижнем балансире 6 отметка, указывающая «нулевое» смещение.
Во всесторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части в продольной оси ограничители 9 и в поперечной оси ограничители 7 расположены симметрично относительно сердечника 4 на расстоянии Д3 и Д5 соответственно (фиг.7-8). Указанные расстояния Д3 и Д5 допускают перемещения на проектную величину в продольной и поперечной осях соответственно. Перемещение пролётного строения происходит совместно с пакетом состоящим из верхнего листа 1, нижнего листа 3 и центрального листа 2 без восприятия горизонтальных усилий.
В односторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части (фиг.5-6) в продольной оси ограничители 9 расположены симметрично на расстоянии Д3, от сердечника 4, равном температурному и эксплуатационному перемещению пролётного строения. В поперечной оси ограничители 7 расположены на расстоянии В2, исключающем поперечные перемещения. При этом, для исключения контакта металл-металл и уменьшения коэффициента трения, на ограничителе 7 выполнена полированная поверхность 18, которая контактирует плотным касанием с антифрикционной пластиной 17, закреплённой в углублении на боковой поверхности сердечника 4 а продольный размер поверхности 18 превышает размер пластины 17 на величину эксплуатационного температурного перемещения не менее чем на 5 мм в каждую из сторон.
У неподвижной сейсмоизолирующей опорной части (фиг.1-2) в продольной оси ограничители 9 и в поперечной оси ограничители 7 расположены симметрично относительно сердечника 4 с зазорами В2 и В1 соответственно и исключают горизонтальные перемещения. При этом на боковой поверхности ограничителя 9 со стороны сердечника 4 выполнены два прямоугольных углубления, в которые установлены сухари 20 и на них своими пазами, с зазором фиксируется балансир 19. Со стороны, контактирующей с ограничителем 9 (фиг.4), балансир 19 имеет цилиндрическую поверхность для обеспечения возможности поворота пакета, состоящего из верхнего листа 1, центрального листа 2 и нижнего листа 3 совместно с пролётным строением 16, относительно нижнего балансира 6 в вертикальной плоскости. На другой стороне балансира 19, противоположной выпуклой, выполнено плоское углубление для антифрикционной пластины 22. Антифрикционная пластина 22 при воздействии горизонтальной поперечной нагрузки Nпопер с плотным касанием контактирует с полированной поверхностью 21 сердечника 4. Также полированная поверхность 21 может располагаться на балансире 19, а антифрикционная пластина 22 в углублении на сердечнике 4. В продольной оси на ограничителе 7 выполнена полированная поверхность 18, которая контактирует с антифрикционной пластиной 17, закреплённой в углублении на сердечнике 4. Также возможно противоположное расположение элементов: полированная поверхность 18 расположена на сердечнике 4, а антифрикционная пластина 17 в углублении на ограничителе 7.
Между верхним листом 1 и сердечником 4 располагается шаровой сегмент 10. Верхний лист 1 с закреплённым листом скольжения 12 опирается на плоскую сторону шарового сегмента 10. Шаровой сегмент 10, со стороны прилегающей к верхнему листу 1 имеет антифрикционную пластину 8. Другой своей выпуклой полированной стороной шаровой сегмент 11 опирается в ответную ей сферическую выемку в сердечнике 4. В выемке сердечника 4 закреплена антифрикционная пластина 11.
При воздействии эксплуатационных горизонтальных продольных Nпрод и/или поперечных Nпопер нагрузок от пролётного строения 16 в неподвижной сейсмоизолирующей опорной части (фиг.1-2) они передаются на верхний лист 1 посредством например болтов прикрепления к пролетному строению 16. Ограничители 13 обеспечивают взаимную неподвижность верхнего листа 1 и нижнего листа 3, равномерно распределяя горизонтальную нагрузку Nпрод. и Nпопер.. В местах соприкосновения верхнего листа 1 с центральным листом 2 и центрального листа 2 с нижним листом 3 образуются 2 плоскости трения, работающие совместно. Усилие сжатия поверхностей трения от натяжения высокопрочных болтов 14, благодаря заданному коэффициенту трения, удерживает центральный лист 2 неподвижным.
Таким образом эксплуатационная горизонтальная нагрузка в продольной оси Nпрод передаются через ограничители 9 центрального листа 2, цилиндрическую поверхностью балансира 19, и антифрикционную пластину 22, установленную в прямоугольном углублении балансира 19, посредством плотного касания, на полированную поверхность 21 сердечника 4.
В поперечной оси нагрузка Nпопер. передаётся через ограничитель 7 на полированную поверхность 18. Затем посредством плотного касания через антифрикционную пластину 17, закреплённую в углублении на сердечнике 4, на сам сердечник. Далее нагрузка Nпопер. также через вертикальные поверхности углубления сердечника 4 и силовой шпонки 5 передаётся на нижний балансир 6 и, посредством например фундаментных болтов - на опору 15.
В односторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части (фиг.5-6), при воздействии поперечной горизонтальной нагрузки Nпопер., она передаётся через ограничитель 7 на полированную поверхность 18 и посредством плотного касания через антифрикционную пластину 17, закреплённую в углублении на сердечнике 4, на сам сердечник. Далее нагрузка также передаётся на нижний балансир 6. При этом зазор Д1 допускает смещение стянутого пакета листов в продольной оси без восприятия продольной горизонтальной нагрузки на проектную величину.
Во всесторонне-подвижной сейсмоизолирующей опорной части (фиг.7-8) зазоры Д1 и Д3 допускают перемещения в продольной и поперечной осях на проектную величину без восприятия горизонтальных усилий.
Вертикальная нагрузка от пролётного строения 16 передаётся через верхний лист 1 через сегмент 10 на сердечник 4. Сферическая поверхность сегмента 10 позволяет осуществлять угловые перемещения и поворот на проектный угол, принятый как правило не менее 0,013 рад при вертикальном смещении (прогибе) пролётного строения 16. При этом происходит вертикальное перемещение ограничителя 9 на величину Д4.
Требуемое усилие до момента начала страгивания обеспечивается обработкой контактных поверхностей с целью получения стабильного коэффициента трения. В ходе проведенных экспериментов было определено, что наиболее прогнозируемый результат достигается при механической обработке металлической поверхности до неплоскостности 0,1мм, абразивоструйной очистке до шероховатости Rz 40-60 и покрытии указанной поверхности антикоррозионной композицией ЦВЭС. При такой обработке коэффициент трения стабилен для каждой партии композиции и составляет порядка μ=0,73-0,74. Величина страгивания определяется по формуле (1) и подтверждается экспериментально с помощью образцов для каждой партии композиции и крепежа, подготовленных и затянутых с заданным усилием при помощи динамометрического ключа.
Q = 2 ⋅ ( P ⋅μ ) (1),
где Q - усилие сдвига,
2 - количество контактирующих поверхностей,
Р - нормативное усилие натяжения высокопрочного крепежа,
μ - коэффициент трения контактирующих поверхностей.
При воздействии превышающей расчётную сейсмическая горизонтальная нагрузка в сейсмоизолирующей опорной части от опоры 15 посредством фундаментных болтов передаётся на нижний балансир 6. Далее нагрузка через углубление в нижнем балансире 6, силовую шпонку 5, сердечник 4 через ограничители 7 и 9 передаётся на центральный лист 2.
При этом в неподвижной сейсмоизолирующей опорной части от ограничителя 9 нагрузка Nпрод передаётся через балансир 19, антифрикционную пластину 22 и поверхность скольжения 21 на сердечник 4. А в односторонне-подвижной и всесторонне-подвижной сейсмоизолирующих опорных частях при сейсмическом воздействии сначала происходит эксплуатационное смещение элементов и уменьшение зазоров Д1 и Д3 между сердечником 4 и ограничителями 7 или 9 вплоть до их контакта. Затем нагрузка также от сердечника 4 через ограничители 7 или 9 передаётся на центральный лист 2.
Сейсмическая нагрузка, переданная на центральный лист 2, преодолевая силу трения в плоскостях между листов 1, 2, 3, за счёт инерции пролётного строения, приводит к смещению центрального листа 2 относительно взаимно неподвижных нижнего листа 3 и верхнего листа 1, прикреплённого к пролётному строению 16 на величину Д2. Для обеспечения возможности смещения центрального листа 2 в местах расположения высокопрочных болтов 14, в зависимости от предполагаемого направления, выполнены сквозные продольные либо поперечные пазы, равные по величине проектному допускаемому смещению Д2. Указатель 24, закреплённый на нижнем листе 3 смещается вместе с самим листом относительно нижнего балансира 6. Перемещение указателя 24 обозначает смещение от нулевого положения в пакете листов по фрикционным слоям.
Таким образом, за счёт подвижности элементов сейсмоизолирующей опорной части, происходит гашение импульса и сейсмическое воздействие на пролётное строение не передаётся.