НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ С УВЕЛИЧЕННЫМ ДЕМПФИРОВАНИЕМ ЗА СЧЕТ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2014 года по МПК E04B1/18 

Изобретение относится к несущей конструкции по меньшей мере с одним несущим элементом согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Несущей конструкцией может быть, например, высотный дом, дымовая труба, башня или мост.

Несущая конструкция состоит из несущих элементов, например стержней, балок, щитов или плит. Несущая конструкция в области строительной инженерии имеет по меньшей мере одну опору. В качестве опоры могут служить опорные части или фундаментные конструкции.

В несущих конструкциях вследствие динамических воздействий (землетрясений, ветра, пешеходов на мосту и т.п.) могут возбуждаться колебания. Существуют различные методы уменьшения колебаний.

Изменение распределения частоты:

для уменьшения колебаний в качестве контрмеры предлагается сдвиг собственной частоты, так чтобы интервал до собственной частоты стал возможно большим.

Изоляция колебаний:

на собственную частоту несущей конструкции и тем самым на уменьшение колебаний можно воздействовать путем регулирования массы, демпфирования и жесткости опоры.

Гасители колебаний с вязкостной характеристикой демпфирования:

под гасителем колебаний понимается дополнительная масса, подсоединяемая к несущей конструкции посредством пружины и демпфирующего элемента.

Демпфер:

под демпфером понимается дополнительная масса, подсоединяемая к несущей конструкции посредством пружины.

Изменение демпфирования за счет конструкции:

сила демпфирования имеет решающее влияние на уменьшение колебаний в области резонанса. Различают демпфирование в стройматериале, демпфирование в строительных элементах и соединительных средствах и демпфирование за счет опоры и основания сооружения.

Изменение распределения частот - это отличный метод уменьшения колебаний, если известна собственная частота, например при заданной частоте работы машины. В строительстве стремятся сдвигать собственную частоту пешеходных мостиков и трибун из диапазона частот, возбуждаемых пешеходами или скоплениями людей.

Изоляция колебаний требует больших дополнительных затрат на изоляцию сооружения и на восприятие больших горизонтальных сдвигов, происходящих, например, в виброизолированном сооружении при землетрясении.

Гасители колебаний и демпферы - это конструкции, требующие больших затрат на монтаж и техническое обслуживание.

Улучшение демпфирования за счет конструкции - это лучший способ уменьшения колебаний несущих конструкций в области резонанса и рассеяния энергии, например, при воздействии землетрясения.

Энергия, вводимая за счет землетрясения, вызывает колебания в несущей конструкции. Отказ несущей конструкции может быть предотвращен, если произойдет эффективное поглощение энергии путем рассеяния вводимой энергии в возможном большем количестве мест и одновременно будет обеспечено устранение вертикальной нагрузки (собственного веса и полезных нагрузок). В стальных несущих конструкциях к балке могут, например, эксцентрично подсоединяться раскосы. При боковом отклонении несущей конструкции вследствие нагрузки под действием землетрясения в балках образуются пластические шарниры, в которых энергия рассеивается за счет циклических пластических деформаций.

В статье Кристиана Петерсена «Поглотители колебаний в инженером строительстве», издательство «Общество с ограниченной ответственностью Маурер и сыновья и Ко.», коммандитное товарищество, Мюнхен 2001, глава 2, стр. 43 и 44 (Christian Petersen, Schwingungsfämpfer im Ingenieurbau, Verlag Maurer Söhne GmbH & Co. KG, München 2001, Kapitel 2, S. 43 und 44) описана мера по повышению демпфирования за счет конструкции для подвесок и мостов с гибкой аркой. На подвеске (несущем элементе) фиксируются и в нескольких местах посредством бандажей подвижно соединяются с подвеской два стальных арматурных стержня. При колебательном нагружении силы трения в бандажах вызывают явное улучшение демпфирования за счет конструкции. Петерсен (Petersen) пишет, что описанное им решение является технически сложным для реализации, и, в частности, проблемной является защита от коррозии.

Задачей настоящего изобретения является создание несущей конструкции с высоким демпфированием, которая имеет простую конструкцию и не требует повышенных затрат на проведение мер по защите от коррозии.

Эта задача решается с помощью несущей конструкции с отличительными признаками пункта 1 формулы изобретения.

Несущая конструкция согласно изобретению содержит по меньшей мере один несущий элемент по меньшей мере с одной полостью и по меньшей мере один стержень, сообщающийся с полостью. Полость заполнена веществом, причем при деформации несущего элемента стержень может смещаться вдоль своей продольной протяженности относительно несущего элемента, причем стержень по меньшей мере в одном месте зафиксирован без возможности смещения относительно несущего элемента и выполнен таким образом, что он рассеивает энергию при возникновении относительного смещения относительно несущего элемента. Под «рассеиванием» понимается переход одного вида энергии в тепло.

В одном из вариантов выполнения изобретения несущий элемент имеет по меньшей мере одну полость, в которой расположен по меньшей мере один стержень. Общая площадь поперечных сечений всех стержней, расположенных в полости, меньше площади поперечного сечения этой полости, а остающийся объем полости заполнен веществом. При деформации несущего элемента стержень может смещаться вдоль своей продольной протяженности относительно несущего элемента. При этом варианте выполнения может достигаться большое рассеяние энергии. Кроме того, для хорошей деформируемости стержня может быть предусмотрено, чтобы стержень фиксировался без возможности смещения относительно несущего элемента только в одном месте и был выполнен таким образом, чтобы он рассеивал энергию при возникновении относительного смещения относительно несущего элемента.

В особенно просто реализуемом варианте выполнения несущей конструкции согласно изобретению стержень выполнен трубчатым и определяет в своем внутреннем пространстве полость, заполняемую веществом, причем вещество представляет собой жидкость, причем стержень при деформации несущего элемента изменяет объем полости, вследствие чего происходит сдвиг (смещение) между веществом и стержнем.

«Стержень» в статике сооружений определяется так, что он может воспринимать лишь растягивающие или сжимающие усилия. В стержне, конечно, могут возникнуть также изгибающие моменты, однако значительно меньшего порядка по сравнению с балкой. В качестве стержней в смысле изобретения фигурируют стальные стержни круглого или прямоугольного поперечного сечения, пряди натяжных проволок, стальные тросы, обладающие значительной жесткостью, (круглые и многоугольные) полые профили из стали и стержни, пряди и проволоки из волокнистых композитных материалов.

Вследствие фиксации стержня относительно несущего элемента в одном-единственном месте и выполнения стержня с возможностью продольного смещения (сдвига) относительно несущего элемента в случае деформаций несущего элемента между стержнем и несущим элементом могут возникать относительные смещения (сдвиги). Эти относительные сдвиги равны нулю в том месте, где стержень зафиксирован относительно несущего элемента. По мере удаления от этого места фиксации относительные сдвиги между стержнем и несущим элементом увеличиваются. При динамическом воздействии на несущую конструкцию циклические относительные сдвиги между стержнем и несущим элементом будут происходить в каждом месте стержня.

Между поверхностью стержня и несущим элементом могут передаваться напряжения соединения, например, с помощью трения или через вещество, находящееся в полости. Циклическое прохождение отношений напряжения соединения/относительный сдвиг обеспечивает возможность рассеяния энергии. В зависимости от варианта выполнения стержня и напряжений соединения, вызываемых относительными сдвигами, энергия рассеивается вдоль стержня. Для хорошего рассеяния рекомендуются стержни из металлического материала или волокнистого композитного материала.

Для увеличения трения между стержнем и внутренней поверхностью полости и тем самым для стимулирования рассеяния предпочтительно, чтобы поверхность стержня и/или внутренняя поверхность полости имела/имели ребристость, резьбу, профилирование, выступы или уступы. Этой же цели могут служить закрепленные на поверхности стержня полосовидные, призматические или цилиндрические элементы.

Для достижения значительного рассеяния в одном из усовершенствованных вариантов изобретения предусмотрено, чтобы длина полости была по меньшей мере в десять раз больше ее максимального диаметра. В этом контексте благоприятной оказалась цилиндрическая или призматическая форма полости.

Диаметр, соответственно, высота поперечного сечения стержней составляет, например, 10-200 мм, а радиус инерции тем самым 2,5-58 мм.

Вещество, которым заполнен объем полости между поверхностью стержня и несущим элементом, предпочтительно может состоять из жидкости, гранулированного материала, газа или смесей вышеупомянутых веществ.

Если в качестве вещества для заполнения используется жидкость, то при возникновении относительных сдвигов между стержнем и несущим элементом в жидкость передаются напряжения сдвига. Возникновение напряжений сдвига и связанного с ними трения между элементарными струйками жидкости ведет к рассеиванию энергии. При этом как при ламинарном, так и при турбулентном течении, кинетическая энергия течения переводится в тепло.

В качестве вещества для заполнения полого пространства пригодны жидкости с различными вязкостями, в частности с кинематическими вязкостями между 10^-6 и 1 [м²/сек]. Использоваться может, например, вода с кинематической вязкостью 10^-6 [м²/сек] при комнатной температуре или масло для гидравлических систем с кинематической вязкостью 10^-2 [м²/сек] при комнатной температуре.

Предпочтительным наполнителем для демпфирующих элементов является силиконовое масло. Силиконовые масла изготавливаются для широкой сферы применения с кинематическими вязкостями 10^-6-1 [м²/с]. Особое значение имеют полидиметилсилоксановые жидкости. Они бесцветны, не имеют запаха, нетоксичны и являются водоотталкивающими. Они обладают высокой стойкостью к кислотам и щелочам. При окружающих температурах они практически нелетучи. Температура плавления равна -50°С, температура вспышки составляет 250°С, и температура воспламенения составляет около 400°С. Плотность составляет около 970 кг/м³.

Полидиметилсилоксановые жидкости имеют большой диапазон вязкости и малую зависимость вязкости от температуры. Другим признаком является высокая сжимаемость. Благодаря этому даже при очень большой сжимающей нагрузке никакой опасности отверждения силиконового масла не существует.

Веществами из гранулированного материала для заполнения полости являются песок, гравий, стальные шарики, шарики из пластмасс, шарики из алюминия или металлические шарики с пластмассовым покрытием. В качестве вещества для наполнения полости годится также комбинация твердых наполнителей, например, из гранулированного материала с жидкостями.

В качестве газообразных наполнителей, среди прочего, могут использоваться также воздух или азот.

В качестве наполнителя могла бы быть использована также тиксотропная жидкость. В некоторых неньютоновских жидкостях вязкость при механической нагрузке уменьшается. После прекращения действия нагрузки снова восстанавливается исходная вязкость.

Для поддержания несущей конструкции согласно изобретению в исправном состоянии стержень и/или вещество могут быть заменяемыми.

Для предотвращения коррозии или проникновения в полость грязи предпочтительно, чтобы полость герметично закрывалась.

Дополнительного повышения рассеяния за счет стержня добиваются, если по меньшей мере один участок полости, в которой проходит стержень, имеет изгиб.

В одном предпочтительном варианте выполнения несущей конструкции согласно изобретению полость в несущем элементе расположена с интервалом относительно оси центра тяжести несущего элемента. Чем больше выбран интервал, тем больше относительная смещаемость стержня и тем самым рассеяние.

Хорошего демпфирования колебаний в несущей конструкции согласно изобретению добиваются, если габариты несущей конструкции вдоль ее оси центра тяжести по меньшей мере в десять раз больше, чем у поперечных сечений, расположенных перпендикулярно оси центра тяжести, и если несущий элемент расположен примерно параллельно и с интервалом от оси центра тяжести несущей конструкции.

В одном из благоприятных вариантов выполнения изобретения несущий элемент состоит из бетона или каменной кладки, причем полость выполнена посредством трубчатой оболочки. Трубчатая оболочка вводится в бетон или в каменную кладку во время изготовления несущего элемента.

Для дальнейшего увеличения трения предпочтительно, чтобы поверхность трубчатой оболочки, обращенная к полости, и/или поверхность трубчатой оболочки, обращенная к несущему элементу, имели ребристость, профилирование, выступы или уступы.

Один другой вариант выполнения несущей конструкции согласно изобретению отличается тем, что стержень расположен за пределами несущего элемента в полом профиле, причем полый профиль расположен рядом с несущим элементом и жестко соединен с ним по меньшей мере в трех местах, причем площадь поперечного сечения стержня меньше внутренней площади поперечного сечения полого профиля, и при этом остающийся объем в полом профиле заполнен веществом.

Ниже несущая конструкция согласно изобретению более подробно поясняется на примерах выполнения, изображенных на чертежах, на которых:

фиг. 1 - разрез несущей конструкции с полостью, расположенной в несущем элементе,

фиг. 2 - сечение по линии II-II на фиг. 1,

фиг. 3 - разрез несущей конструкции 1 на фиг. 1 со встроенным в несущий элемент стержнем, имеющим анкерное крепление на опоре несущей конструкции 1,

фиг. 4 - разрез несущей конструкции на фиг. 3 в деформированном состоянии,

фиг. 5 - характеристика относительного сдвига Δ между стержнем и несущим элементом вдоль стержня,

фиг. 6 - характеристика напряжения ΐ сдвига вдоль стержня,

фиг. 7 - характеристика растягивающего усилия Z вдоль стержня,

фиг. 8 - отношение напряжение ΐ сдвига - относительный сдвиг Δ для вещества, рассеивающего энергию в каждом нагрузочном цикле, причем отношение ΐ-Δ характеризуется эластично-пластическим характером,

фиг. 9 - отношение напряжение ΐ сдвига - относительный сдвиг Δ для вещества, рассеивающего энергию в каждом нагрузочном цикле, причем отношение ΐ-Δ характеризуется вязкостным характером,

фиг. 10 - сечение по линии X-X на фиг. 3,

фиг. 11 - разрез несущей конструкции, соответствующий фиг. 3, с фиксацией стержня на верхнем конце,

фиг. 12 - разрез несущей конструкции на фиг. 11 в деформированном состоянии,

фиг. 13 - другой вариант выполнения несущей конструкции с расположенным за пределами несущей конструкции полым профилем, в котором находится стержень,

фиг. 14 - разрез несущей конструкции на фиг. 13 в деформированном состоянии,

фиг. 15 - сечение по линии XV-XV на фиг. 13,

фиг. 16 - другой вариант выполнения несущей конструкции со стержнем с фиксацией посредине стержня и

фиг. 17 - сечение по линии XVII-XVII на фиг. 16,

фиг. 18 - несущая конструкция, состоящая из опор, балок и изогнутого стержня, встроенного в стенку,

фиг. 19 - несущая конструкция, соответствующая фиг. 18, с пятью встроенными в стенку стержнями,

фиг. 20 - сечение по линии XX-XX на фиг. 19,

фиг. 21 - сечение по линии XXI-XXI на фиг. 20,

фиг. 22 - арочный мост,

фиг. 23 - подвеска арочного моста с подсоединенным полым профилем, в котором расположен стержень,

фиг. 24 - сечение по линии XXIV-XXIV на фиг. 22 или фиг. 23,

фиг. 25 - другая несущая конструкция с расположенным внутри несущей конструкции полым профилем, в котором находится стержень,

фиг. 26 - разрез несущей конструкции на фиг. 25 в деформированном состоянии,

фиг. 27 - сечение по линии XXVII-XXVII на фиг. 25,

фиг. 28 - другая несущая конструкция, состоящая из опор, балок и изогнутого стержня, встроенного в стенку,

фиг. 29 - другая несущая конструкция, состоящая из опор, балок и изогнутого трубчатого стержня, встроенного в стенку,

фиг. 30 - сечение по линии XXX-XXX на фиг. 29 и

фиг. 31 - сечение по линии XXXI-XXXI на фиг. 30.

При последующем пояснении прежде всего делается ссылка на фиг. 1-10.

На фиг. 1 изображена несущая конструкция 1 для восприятия силы F_(t), действующей на верхний конец, в недеформированном состоянии (F_(t)= 0). Несущие элементы 2 этой несущей конструкции 1 состоят из стержней и балок. В несущем элементе 2, выполненном в виде стальной трубы, имеется полость 5. Ось центра тяжести несущей конструкции 1 обозначена позицией 9, а ось центра тяжести несущего элемента 2 - позицией 8. В качестве опоры 21 несущей конструкции служит фундамент 16. На фиг. 2 изображен разрез несущего элемента 2 с полостью 5.

На фиг. 3 изображен разрез несущей конструкции согласно фиг. 1 с встроенным стержнем 4 и с заполнением остающегося объема полости 5 веществом 6. Стержень 4 закреплен без возможности сдвига на опоре 21 посредством анкерного крепления 3. Исходя от анкерного крепления 3, для лучшего понимания вдоль стержня 4 введена координата x пути. Длина стержня 2 на фиг. 3 обозначена позицией «1».

На фиг. 4 несущая конструкция 1 деформирована под действием силы F_(t), имеющей величину, изменяющуюся во времени. Несущий элемент 2 со встроенным стержнем 4 деформируется согласно изображению на фиг. 4, вследствие чего он вытягивается и тем самым удлиняется. При силе F_(t), действующей в противоположном направлении, несущий элемент 2 сжимался бы и тем самым укорачивался. Если бы полость 5 не была заполнена веществом 6, а трение между стержнем 4 и несущим элементом 2 было бы равно нулю, то стержень 4 при деформации несущего элемента 2 лишь изгибался бы вместе с ним, не изменяя своей длины, а лишь обнаруживая вследствие вынужденной деформации зависимые от этого напряжения изгиба. Сумма нормальных напряжений в каждом поперечном сечении стержня была бы равна нулю, т.е. нормальная сила в стержне 4 была бы равна нулю. В зависимости от величины напряжений, вызываемых в веществе 6 при деформации несущего элемента 2 и стержня 4, в стержне 2 создаются нормальные напряжения. Сумма, или интеграл, этих нормальных напряжений на любой площади поперечного сечения стержня 4 соответствует нормальной силе в стержне 4, и она была бы неравна нулю.

На фиг. 4 стержень 4 в несущем элементе 2 окружен веществом 6. При нагрузке несущей конструкции 1 силой F_(t) возникают как нормальные силы в стержне 4, так и относительные сдвиги Δ(x) между стержнем 4 и несущим элементом 2.

Возможная характеристика относительных сдвигов Δ(x) вдоль стержня 4 изображена на фиг. 5. Напряжение ΐ(x) сдвига на поверхности стержня 4, возникающее вследствие относительных сдвигов Δ(x), изображено на фиг. 6. Интегрирование напряжений ΐ(x) сдвига по поверхности стержня 4 дает характеристику нормальной силы N(x) вдоль стержня 4, изображенную на фиг. 7. В примере, показанном на фиг. 4, нормальной силой N(x) является растягивающая сила.

Возможная связь между относительным сдвигом Δ и напряжением ΐ сдвига для нагрузочного цикла изображена на фиг. 8. Соотношение ΐ-Δ, изображенное на фиг. 8, отражает эластично-пластический характер материала. При циклически возникающем относительном сдвиге Δ энергия рассеивается. Величина поверхности А в рамках отношения ΐ-Δ в нагрузочном цикле является мерой рассеянной энергии. При линейном отношении ΐ-Δ никакой энергии не рассеивалось бы.

Другая возможная связь между относительным сдвигом Δ и напряжением ΐ сдвига изображена на фиг. 9. Отношение ΐ-Δ, изображенное на фиг. 9, отражает вязкостный характер материала.

На фиг. 10 показано поперечное сечение стержня 4, несущего элемента 2 и вещества 6. На действительный вид отношения ΐ-Δ масштабно воздействует состояние поверхностей стержня 4 и несущего элемента 2, а также выбор материала для вещества 6. Отношения ΐ-Δ, изображенные на фиг. 8 и 9, следует понимать лишь как примеры моделей материала. С помощью варьирования материала и поверхности стержня 4 и несущего элемента 2 можно получить множество различных отношений ΐ-Δ.

Второй вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению изображен на фиг. 11 и 12. Анкерное крепление 3 для реализованной без возможности сдвига фиксации стержня 4 и несущего элемента 2 в этом примере расположено на верхнем конце несущего элемента 2. При деформации несущей конструкции 1 под действием силы F_(t) устанавливается относительный сдвиг ∆ между стержнем 4 и несущим элементом 2. Максимальная величина относительного сдвига Δ достигается в точке x=0.

Третий вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению изображен на фиг. 13-15. Несущая конструкция состоит из стенки 15 и нагружается на верхнем конце горизонтально действующей силой F_(t). Несущая конструкция 1 состоит из одного-единственного несущего элемента 2, образуемого щитом. С правой наружной стороны несущей конструкции 1 подсоединен полый профиль 10 с фиксаторами 11. В полом профиле 10 расположен стержень 4, соединенный посредством анкерного крепления 3 с фундаментом 16. Вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению, показанный в этом примере, мог бы быть получен путем последующего присоединения полого профиля 10 стержня и с веществом 6 к существующему несущему элементу 2. Полый профиль 10 может состоять из стальной или пластмассовой трубы.

Четвертый вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению изображен на фиг. 16 и 17. Несущая конструкция 1 состоит из одного единственного несущего элемента 2, образуемого балкой. Поэтому оси 8, 9 центров тяжестей несущего элемента 2 и несущей конструкции 1 в этом примере идентичны. С помощью трубчатой оболочки 7 в несущей конструкции 1, состоящей из железобетона, создается полость 5. Трубчатая оболочка 7 может состоять из обычной в строительстве железобетонных конструкций ребристой или волнистой трубы из стального листа. На фиг. 16 показан собранный вид после ввода стержня 4 в полость 5. Стержень 4 без возможности сдвига соединен посредине посредством анкерного крепления 3 с несущим элементом 2. На более позднем этапе монтажа, не показанном на фиг. 16 и 17, полость 5 могла бы быть заполнена веществом 6.

Пятый вариант выполнения несущей конструкции согласно изобретению изображен на фиг. 18. Несущая конструкция 1 состоит из нескольких несущих элементов 2, а именно из стенки 15, соответственно, щита, из опор 13 и из балок 14. В стенке 15 имеется полость 5, содержащая несколько изгибов. Стержень 4, расположенный в изогнутой полости 5, при деформациях несущей конструкции 1 подвергается воздействию сил трения между стержнем 4 и несущим элементом 2. При динамических нагрузках на несущую конструкцию 1, например в результате землетрясения, энергия рассеивается за счет сил трения. Для правильного функционирования несущей конструкции 1, изображенной на фиг. 18, важно, чтобы диаметр полости 5, а также осевая жесткость и жесткость на изгиб стержня 4 были согласованы друг с другом, чтобы в нагрузочных циклах нормальные силы сжатия в стержне 4 не допускали никакого изгиба стержня 4 под действием продольной нагрузки. Стержень 4 при сжимающей нагрузке должен приспосабливаться к поверхности несущего элемента, а не разрушаться в результате локального изгиба под действием продольной нагрузки.

Шестой вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению изображен на фиг. 19-21. Несущие элементы 2 несущей конструкции, изображенной на фиг. 19, соответствуют несущей конструкции на фиг. 18. В стенке 15 расположены пять полостей 5, созданных при изготовлении стенки 15 из железобетона путем закладки трубчатых оболочек 7. В полостях 5 уложены стержни 4, к которым приварены металлические листы 12. Как видно на фиг. 21, в металлических листах имеются отверстия для создания более высоких напряжений ΐ сдвига при относительных сдвигах Δ между стержнем 4 и несущим элементом 2. Трубчатые оболочки 7 с обеих сторон снабжены ребрами, чтобы, с одной стороны, обеспечить соединение без возможности сдвига между трубчатой оболочкой 7 и несущим элементом 2, соответственно, стенкой 15, а, с другой стороны, чтобы создавать более высокие напряжения ΐ сдвига при относительных сдвигах Δ между стержнем 4 и несущим элементом 2.

Седьмой вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению в виде арочного моста 17 изображен на фиг. 22-24. На фиг. 22 изображен арочный мост 17, состоящий из мостовой балки 19, арки 18, подвесок 20 и опор 21. Подвеска 20 состоит из круглого стального профиля, соединенного с полым профилем 10 фиксаторами 11. В полом профиле 10 расположены стержень 4 и вещество 6. Стержень 4 соединен без возможности сдвига с мостовой балкой 19 посредством анкерного крепления 3. Высокое демпфирование за счет конструкции, происходящее при относительном сдвиге Δ между стержнем 4 и несущим элементом 2, соответственно, подвеской 20, уменьшает колебания подвески 20 под действием ветра.

Восьмой вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению изображен на фиг. 25-27. Отличие несущей конструкции 1, изображенной на фиг. 25-27, от несущей конструкции 1, изображенной на фиг. 11 и 12, состоит в том, что внутри несущего элемента 2 установлен полый профиль 10, не соединенный с несущим элементом 2. Таким образом, при деформации несущей конструкции 1 под действием силы F_(t) возникают относительные сдвиги Δ между стержнем 2 и полым профилем 10, являющиеся постоянными по длине стержня. Вследствие относительных сдвигов Δ постоянной величины, возникающих вдоль стержня 2 в зависимости от отношения ΐ-Δ, которое, в свою очередь, зависит от свойств вещества 6 и поверхности стержня 2 и полого профиля 10, по длине стержня может происходить большее рассеяние энергии, чем в примере на фиг. 11 и 12 с переменными относительными сдвигами Δ по длине стержня.

Другой вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению, аналогичный варианту на фиг. 18, изображен на фиг. 28. Несущая конструкция 1 состоит из нескольких несущих элементов 2, а именно из стенки 15, соответственно, щита, из опор 13 и из балок 14. В стенке 15 установлена труба 7, имеющая несколько изгибов и полость. В полости трубы 7 установлен стержень 4. Этот стержень 4, как показано, может иметь форму поперечного сечения стержня 4 с металлическими листами, изображенного на фиг. 20. В порядке альтернативы стержень 4 может иметь форму поперечного сечения, показанную на фиг. 10. Как труба 7, так и стержень 4, зафиксированы с обоих концов посредством анкерных креплений 3. Труба 7 заполнена веществом 6. В отличие от варианта выполнения на фиг. 18 в этом варианте выполнения вещество 6 при динамической нагрузке сдвигается относительно трубы 7 и стержня 4, вследствие чего энергия рассеивается. Веществом 6 предпочтительно является жидкость или вязкий материал.

В свою очередь, другой вариант выполнения несущей конструкции 1 согласно изобретению изображен на фиг. 29-31. Эта несущая конструкция 1 также состоит из нескольких несущих элементов 2, а именно из стенки 15, соответственно, щита, из опор 13 и из балок 14. В стенке 15 установлена труба 7, имеющая несколько изгибов. Труба 7 заполнена жидким веществом 6. В этом отношении этот вариант выполнения аналогичен варианту на фиг. 28. Труба 7 с одного конца зафиксирована анкерным креплением 3, но она может быть зафиксирована также с обоих концов. Другие анкерные крепления могут быть предусмотрены, например, в местах перегиба. Можно также, например, забетонировать трубу 7 в несущий элемент 2, поскольку при этом при динамической нагрузке на несущий элемент 2 также происходят меньшие относительные сдвиги между трубой 7 и несущим элементом 2. В отличие от варианта выполнения на фиг. 28 в данном варианте выполнения труба 7 выполняет также функцию стержня 4. Другими словами, труба 7 может рассматриваться как трубчатый стержень 4. При динамической нагрузке трубчатый стержень 4 деформируется со стенкой 15 и растягивается и/или сжимается. При этом вещество 6 смещается (сдвигается) относительно трубчатого стержня 4, поскольку объем жидкого вещества 6 остается постоянным, в то время как объем полости в трубе 7, соответственно, трубчатом стержне 4, изменяется.

Перечень позиций

1. Несущая конструкция

2. Несущий элемент

3. Анкерное крепление

4. Стержень

5. Полость

6. Вещество

7. Трубчатая оболочка

8. Ось центра тяжести несущего элемента

9. Ось центра тяжести несущей конструкции

10. Полый профиль

11. Фиксатор полого профиля

12. Металлический лист

13. Опора

14. Балка

15. Стенка

16. Фундамент

17. Арочный мост

18. Арка

19. Мостовая балка

20. Подвеска

21. Опора

Изобретение относится к несущей конструкции по меньшей мере с одним несущим элементом, способной уменьшать колебания вследствие динамических воздействий. Несущая конструкция по меньшей мере с одним несущим элементом, содержащим по меньшей мере одну полость, в которой расположен по меньшей мере один стержень, причем общая площадь поперечных сечений всех расположенных в полости стержней меньше, чем площадь поперечного сечения этой полости, а оставшийся объем полости заполнен веществом, причем, когда несущий элемент деформируется, стержень может смещаться вдоль своей продольной протяженности относительно несущего элемента, причем стержень только в одном месте зафиксирован без возможности смещения относительно несущего элемента и выполнен таким образом, что он при возникновении относительного смещения относительно несущего элемента рассеивает энергию, причем вещество состоит из газа, а полость выполнена с возможностью герметичного закрытия. 13 з.п. ф-лы, 31 ил.

1. Несущая конструкция (1) по меньшей мере с одним несущим элементом (2), отличающаяся тем, что несущий элемент (2) содержит по меньшей мере одну полость (5), в которой расположен по меньшей мере один стержень (4), причем общая площадь поперечных сечений всех расположенных в полости (5) стержней (4) меньше, чем площадь поперечного сечения этой полости (5), а оставшийся объем полости (5) заполнен веществом (6), причем, когда несущий элемент (2) деформируется, стержень (4) может смещаться вдоль своей продольной протяженности относительно несущего элемента (2), причем стержень (4) только в одном месте зафиксирован без возможности смещения относительно несущего элемента (2) и выполнен таким образом, что он при возникновении относительного смещения относительно несущего элемента (2) рассеивает энергию, причем вещество (6) состоит из газа, а полость (5) выполнена с возможностью герметичного закрытия.

2. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что длина полости (5) по меньшей мере в десять раз больше ее максимального диаметра.

3. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что полость имеет форму цилиндра или призмы.

4. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что стержень (4) состоит из металлического материала или волокнистого композитного материала.

5. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что поверхность стержня (4) и/или внутренняя поверхность полости (5) имеет/имеют ребристость, резьбу, профилирование, выступы или уступы.

6. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности стержня (4) закреплены полосовидные, призматические или цилиндрические элементы.

7. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что газ представляет собой воздух или азот.

8. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что стержень (4) и/или вещество (6) являются заменяемыми.

9. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один участок полости (5) имеет изгиб.

10. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что полость (5) в несущем элементе (2) расположена с интервалом от оси (8) центра тяжести несущего элемента (2).

11. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что габариты несущей конструкции (1) вдоль ее оси (9) центра тяжести по меньшей мере в десять раз больше, чем у поперечных сечений, расположенных перпендикулярно оси (9) центра тяжести, и что несущий элемент (2) расположен примерно параллельно и с интервалом от оси центра тяжести несущей конструкции (1).

12. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что несущий элемент (2) состоит из бетона или каменной кладки, а полость (5) образована посредством трубчатой оболочки (7).

13. Несущая конструкция (1) по п.12, отличающаяся тем, что поверхность трубчатой оболочки (7), обращенная к полости (5), и/или поверхность трубчатой оболочки (7), обращенная к несущему элементу (2), имеют ребристость, профилирование, выступы или уступы.

14. Несущая конструкция (1) по п.1, отличающаяся тем, что стержень (4) расположен за пределами несущего элемента (2) в полом профиле (10), что полый профиль (10) расположен рядом с несущим элементом (2) и жестко соединен с ним по меньшей мере в трех местах (11), причем площадь поперечного сечения стержня (4) меньше внутренней площади поперечного сечения полого профиля (10) и при этом остающийся объем в полом профиле (10) заполнен веществом (6).