УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Российский патент 1996 года по МПК E02D27/44 E04B1/98 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при разработке систем виброизоляции и виброзащиты конструкций, машин и механизмов, имеющих динамическую или сейсмическую ответственность.

Известна виброизолированная конструкция, включающая фундаментный короб с жестко закрепленными на нем кронштейнами с направляющими для поступательного движения, фундаментный блок, установленный в фундаментном коробе с зазором, ползуны, каждый из которых установлен в соответствующей направляющей и жестко соединен одним концом с фундаментным блоком, и амортизаторы, размещенные между фундаментным коробом и фундаментным блоком. При этом каждый амортизатор выполнен в виде вертикально расположенной втулки с радиальными стержнями, вертикальных верхнего и нижнего жгутов и горизонтальных упоров, взаимодействующих с радиальными стержнями, причем радиальные стержни жестко прикреплены к боковой поверхности втулки, а верхний и нижний жгуты скручены в противоположных направлениях и прикреплены соответственно одним концом к верхнему и нижнему основаниям втулки, а другим к кронштейну фундаментального короба и ползуна [1]
Недостатком его является сложность конструктивного решения, невозможность регулирования динамическими параметрами, повышенная материалоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, взятым заявителем за прототип, является конструкция [2] включающая наружный короб, в котором посредством пружинных и дополнительных связей подвешен опорный блок под оборудование, и демпферы, размещенные между боковой поверхностью опорного блока и короба. Кроме того, фундамент снабжен механизмом для регулирования натяжения связей, а дополнительные связи выполнены в виде нитей или стержней, причем пружинные связи напряжены до величины, назначаемой из условия обеспечения горизонтальности опорного блока при стационарном положении оборудования, а гибкие напряжены до величины, назначаемой из условия обеспечения горизонтальности опорного блока при среднем относительно возможных перемещений положении оборудования.

Недостатками этого устройства являются невозможность регулирования динамическими характеристиками системы в широком диапазоне, игнорирование жесткостных характеристик наружного короба, приводящее к нерациональному размещению материалов, использование демпферов и других пружин, что ставит под сомнение применение его в условиях повышенных и низких температур.

Целью изобретения является обеспечение защиты конструкции от динамических воздействий, повышение эффективности устройства и уменьшение его материалоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты строительных конструкций от вибродинамического воздействия, включающее короб и подвешенную в нем посредством гибких параллельных связей, имеющих шарниры на концах, платформу, на которой установлено оборудование, возбуждающее вибродинамические нагрузки, имеет короб, установленный на опорах, изгибная жесткость которого в поперечных сечениях, совпадающих с местами крепления к нему гибких связей, определяется из соотношения:
E_oI_o≅ y_o-θ_oxjR где E_oI_o изгибная жесткость оболочки-короба в продольном направлении;
E_o модуль деформации 1-го рода материала оболочки;
I_o момент инерции поперечного сечения оболочки;
μ коэффициент передачи динамической составляющей силы, передаваемой неуравновешенной частью оборудования на опорную конструкцию;
М масса вращающихся частей оборудования, оболочки короба и гибких связей;
Р частота вынужденных колебаний вибратора, входящего в состав оборудования;
c_i коэффициент жесткости гибкой связи;
y_o, θ_o прогиб и угол поворота левой наружной торцовой стенки короба;
N количество гибких связей;
R_i реакции в гибких связях от единичной силы, приложенной в центре масс системы;
r_i, х_j расстояния по горизонтали от левой наружной торцовой стенки короба до гибкой связи и до места определения изгибной жесткости короба соответственно.

Сущность изобретения заключается в том, что соединение в устройстве основных конструктивных элементов в параллельно-последовательную систему жесткости с соответствующим выбором конструктивных параметров короба может обеспечить оптимальный режим работы системы виброгашения путем защиты конструкции от динамических воздействий.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 механическая модель устройства.

Предлагаемое устройство защиты строительных конструкций от вибродинамического воздействия содержит конструктивно ортотропную оболочку-короб 1, опертую на опоры 2, платформу-раму 3 с расположенным на ней динамическим оборудованием 4, которая посредством гибких связей 5 через шарниры 6 крепится к оболочке 1.

Механическая модель устройства представляется в виде устройства с одной степенью свободы, интегральный коэффициент жесткости которой определяется формулой:
c где C интегральный коэффициент жесткости системы;
С_о коэффициент жесткости оболочки-короба;
C_i коэффициент жесткости гибкой связи;
N количество гибких связей.

Изменяя коэффициент жесткости оболочки С_о, можно в широком диапазоне изменять коэффициент жесткости системы, так при C_o __→ 0; C __→ 0 при С_о= ΣС_i; C= 0,5 ΣC_i, а при C_o __→ ∞ C= ΣC_i. Чем меньше коэффициент жесткости оболочки, тем меньше коэффициент жесткости системы.

В известных устройствах аналога и прототипа рассматривается только случай, когда С_о__→ ∞ т. е. оболочка-короб заведомо считается абсолютно жесткой и ее влияние на частоту собственных колебаний оценивается только ее массой. В предлагаемом устройстве оболочка-короб используется не только как присоединенная масса, но и как элемент конечной жесткости. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение существенно отличается от прототипа.

При работе предлагаемого устройства оболочка-короб 1, включаясь в общую схему жесткости устройства, влияет на частоту собственных колебаний системы. Принимая в качестве критерия, характеризующего эффективность виброизоляции, коэффициент передачи μ можно ограничить коэффициент жесткости системы и, учитывая, что оболочка-короб 1 и гибкие связи 5 образуют параллельно-последовательную систему, ограничить коэффициент жесткости оболочки-короба, что выразится зависимостями:
C ≅ MP C≅
Влияние жесткости оболочки-короба 1 на частоту собственных колебаний системы оценивается перемещением точек крепления к ней гибких связей 5. Совмещая начало системы координат с левым торцом оболочки-короба 1, определим перемещение j-той гибкой связи 5 в месте ее крепления к оболочке от единичной силы, приложенной в центре масс системы, выражением:
y_j=y_o+θx_j+ R
Величина, обратная перемещению y_i, есть коэффициент жесткости оболочки С_о. Тогда изгибная жесткость оболочки-короба 1 будет соответствовать заданному коэффициенту передачи, если
E_oI_o≅ y_o-θ_oxR
Задаваясь коэффициентом передачи μ ÷ и выбирая конструктивные параметры короба и места крепления гибких связей таким образом, чтобы удовлетворить полученному ограничению, можно защищать конструкцию от вибродинамического воздействия наиболее рационально, экономично расходуя при этом применяемые материалы.

Использование: защита строительных конструкций от вибродинамических воздействий. Сущность изобретения: устройство содержит короб, установленный на опорах. В коробе посредством гибких связей подвешена платформа. Гибкие связи расположены горизонтально и имеют на концах шарниры. Оборудование, возбуждающее вибродинамические нагрузки, размещено на платформе. Параметры короба назначены из условия, при котором обеспечивается оптимальный режим работы системы виброгашения. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, включающее короб и подвешенную в нем посредством гибких параллельных связей, имеющих шарниры на концах, платформу, на которой установлено оборудование, возбуждающее вибродинамические нагрузки, отличающееся тем, что короб установлен на опорах, а изгибная жесткость короба в поперечных сечениях, совпадающих с местами крепления к нему гибких связей, определена из соотношения


где E_oI_o - изгибная жесткость оболочки-короба в продольном направлении;
E_o - модуль деформации 1 рода материала оболочки-короба;
I_o - момент инерции поперечного сечения оболочки-короба;
μ - коэффициент передачи динамической составляющей силы, передаваемой неуравновешенной частью оборудования на опорную конструкцию;
M - масса вращающихся частей оборудования, оболочки-короба и гибких связей;
P - частота вынужденных колебаний вибратора, входящего в состав оборудования;
C_i - коэффициент жесткости гибкой связи;
y_o, θ_o - прогиб и угол поворота левой наружной торцевой стенки оболочки-короба;
N - количество гибких связей;
R_i - реакции в гибких связях от единичной силы, приложенной в центре масс системы;
r_i, x_j - расстояние по горизонтали от левой наружной торцевой стенки оболочки-короба до гибкой связи и до места определения изгибной жесткости оболочки-короба соответственно.