ПРОТИВОУДАРНОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК E02D27/34 E04H9/02 E04B1/36 

Изобретение относится к поглощающим продольные и поперечные волны бесприводным механическим устройствам и может быть применено в сейсмостроительстве зданий и сооружений.

Изобретение имеет целью также расширение сферы строительства, например атомных станций в сейсмических районах, путем установки теплоэнергетического оборудования не на фундаменты непосредственно, используя это устройство как промежуточную опору между фундаментом и агрегатом, а между фундаментом и несущей платформой, на которой монтируется теплотехнически связанное между собой оборудование. При этом возможно поагрегатное применение устройства.

Наиболее близким аналогом является противоударное сейсмическое устройство, включающее цилиндр с верхним и нижним фланцами (см. заявку Германии N 1634364, кл. E 02 D 27/34, 1972).

Недостатком известного решения является неэффективная защита объектов от сейсмических воздействий и повышенные затраты на возведение объектов в сейсмических зонах.

Цель уменьшение разрушительной силы удара при землетрясении, снижение затрат на строительство, расширение зоны строительства в сейсмически активных районах.

На чертеже изображен разрез комбинированного противоударного устройства.

Противоударное сейсмическое устройство состоит из сочетания двух устройств, объединенных в общую конструкцию: нижняя часть для ослабления ударной волны, вызывающей продольные волны, верхняя сильфонного типа компенсатор, заполненный незамерзающей жидкостью для ослабления горизонтальных колебаний.

Противоударное устройство имеет цилиндр 1, нижний опорный фланец 2, верхний промежуточный фланец 3 с иглой 4, штуцер 5 с запорным вентилем 6 для заполнения цилиндра сжатым воздухом (при необходимости большей компактности и разности условий работы), чугунный поршень 7 со сквозным отверстием в виде сопла. Диаметр узкой части сопла 8 (горловины) несколько больше диаметра цилиндрической части игольчатого клапана 4, под головкой которой установлена уплотнительная шайба из красной меди 9. К промежуточному фланцу 3 приварен гофрированный сильфонного типа компенсатор 10, имеющий шаровую головку 11 и пробку 12 для заливки жидкости с уплотнительной шайбой 13. Через тонкий слой графитной смазки 14 на шаровую головку 11 установлен верхний опорный колпачковый фланец 15, который крепится к опоре оборудования или фундаменту здания.

Для снятия чрезмерной нагрузки на компенсатор 10 при очень сильных горизонтальных колебаниях и восстановления исходного статического положения устройство имеет стальные тяги 16, которые имеют шарнирное соединение с шаровой головкой 11 через косынки 17, а также с пружинным натяжным устройством 18 нижнего фланца.

Таких тяг 16 по окружности должно быть расположено не менее трех. Несколько подпружиненных связей 19, расположенных по окружности, соединяют устройство в единую конструкцию.

Чтобы удельное давление в цилиндре 1 было в допустимых пределах, надо отдать предпочтение диаметру, а не высоте цилиндра 1.

Конструкция устройства компактна.

Ввиду того, что ударная волна может быть воспринята вначале только стенкой цилиндра 11, ее разрушительная сила будет в значительной степени подавлена.

Устройство работает следующим образом.

Мощный толчок при землетрясении через сваю или фундамент объекта передается противоударному устройству, в результате этого мгновенно, с большим ускорением, поршень 7 пойдет вверх, сжимая воздух в цилиндре 1 и создавая разрежение ниже поршня 7. Сжатый воздух из верхней полости цилиндра 1 через сопло 8 устремится в нижнюю полость, уменьшая давление над поршнем 7. Продолжая подниматься и сжимать воздух, поршень 7 приблизится к игольчатому клапану 4, который будет входить сперва конусной, а затем и цилиндрической частью в горловину сопла 8, образуя лишь кольцевой зазор для прохода воздуха. Возрастающее давление над поршнем 7 и разрежение под поршнем 7 безударно остановят его, отдав всю приобретенную от удара силу. Давление воздуха в полостях цилиндра 1 через кольцевой зазор в горловине сопла 8 постепенно выравняется, а поршень 7 плавно опустится в исходное положение.

Известно, что работа движущей силы тратится на изменение кинематической энергии тела и на преодоление силы сопротивления.

Из этого следует, что цилиндр 1 противоударного устройства и сама головка сваи или фундамент должны быть очень прочными.

Для достижения большей компактности противоударного устройства (при необхохимости) можно применить сжатый воздух, закачав его в цилиндр через вентиль 6.

Работа гидрокомпенсатора 10 устройства, амортизирующего горизонтальные толчки осуществляется следующим образом.

Известно, что жидкость почти не сжимаема, поэтому это устройство при осевой нагрузке ведет себя так же, как жесткая опора. При горизонтальном толчке инерция масс здания или сооружения сохранит состояние покоя из-за гибкости опоры и шарообразности сопряжения опорных деталей головки. Упругость гофр компенсатора 10 при помощи подпружиненных тяг 16 поставят шаровую головку 11 в прежнее положение.

Использование: изобретение относится к устройству, способному одновременно в значительной степени ослаблять разрушительные силы ударной волны и горизонтальных колебаний, и может быть применено в строительстве сейсмостойких зданий и сооружений, при этом особую значимость будет иметь оно в атомной энергетике в сейсмически опасных зонах. Сущность изобретения: в цилиндре с верхним и нижним фланцем размещен игольчатый клапан и поршень со сквозным отверстием в виде сопла. На верхнем фланце размещен заполненный незамерзающей жидкостью гофрированный компенсатор с шаровой головкой. На последней установлен опорный фланец с шарообразным углублением под шаровую головку. Верхний фланец соединен с опорным фланцем стальными подпружиненными связями и шарнирно с шаровой головкой компенсатора. Устройство снабжено средством для заполнения цилиндра сжатым газом. 1 ил.

Противоударное сейсмическое устройство, включающее цилиндр с верхним и нижним фланцами, отличающееся тем, что в цилиндре размещены игольчатый клапан и поршень, имеющий сквозное отверстие в виде сопла, причем на верхнем фланце цилиндра размещен заполненный незамерзающей жидкостью гофрированный компенсатор с шаровой головкой, на которой установлен опорный фланец с шарообразным углублением под шаровую головку, при этом устройство снабжено средством для заполнения цилиндра сжатым газом, а верхний фланец цилиндра посредством подпружиненных связей соединен с опорным фланцем и посредством стальных подпружиненных тяг шарнирно соединен с шаровой головкой компенсатора.