Адаптивная система сейсмозащиты объектов Российский патент 2025 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а также строительства и горного дела, а именно к системам и устройствам активной сейсмозащиты критически важных, в том числе стратегических, объектов различного назначения, размещаемых в защитных сооружениях, например, промышленных реакторов, платформ или металлоконструкций с оборудованием и персоналом (поверхностных или заглубленных) для центров обработки данных - дата-центров большой массы и т.п., от пространственных ударно-сейсмических и импульсных механических воздействий кинематического характера.

Для обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений, особенно при их возведении в сейсмически-опасных районах применяются системы сейсмозащиты, обеспечивающие снижение инерционных сейсмических нагрузок посредством сейсмоизоляции и демпфирования колебаний.

Известна система амортизации контейнера (патент US 5353677 С1, F41F 3/04, опубл. 11.10.1994), содержащая коробчатый, т.е. имеющий коробчатую форму, эластомерный амортизатор с прорезями и жесткую пластину, скрепленную снаружи с днищем амортизатора, не обладает требуемой энергопоглощающей способностью в радиальном направлении объекта - контейнера, т.к. амортизирующий эффект таких амортизаторов достигается в основном за счет деформации сжатия эластомера с обеспечением приблизительно постоянной жесткости с небольшим нарастанием при достижении предельных деформаций.

Известны «Аппарат, поглощающий энергию удара» (патент RU 2624966 С2, B61G 11/18, Головач О.Н., Карпов С.Л., опубл. 20.07.2015), содержащий опорную плиту и эластомерный амортизатор, перемещающийся во втулке корпуса, а также «Корабельная пусковая установка для ракет в транспортно-пусковом контейнере с минометным стартом» (патент RU 2657634 C1, F41F 3/04, Алашеев В.И., Васильев Б.М. и др., опубл. 14.06.2018), оснащенная продольной системой амортизации (СА) с заданным ходом подвижной части пусковой установки (ПУ) с жестко закрепленным в ней контейнером с ракетой, причем ПУ снабжена амортизатором из эластомерного материала для поглощения нагрузок при старте ракеты. Поглощающий эффект таких устройств проявляется в процессе деформации сжатия эластомера с нарастанием упруго-демпфирующей силы при ограниченном рабочем ходе. Недостатком этого устройства является невозможность получения заданной силовой характеристики ввиду высокой упругой жесткости при ограниченном демпфировании из-за малых относительных деформаций эластомерного материала, а также большой разброс динамических характеристик.

Известна также «Амортизирующая система контейнера» (патент RU 2163996 C1, F41F 3/04, Барынин В.А., Даштиев И.З. и др., опубл. 10.03.2001), содержащая коробчатый эластомерный амортизатор, снабженный жесткой пластиной, скрепленной с днищем, и ограничителем перемещений в виде рамки, скрепленной с боковыми стенками по соразмерному контуру коробчатого эластомерного амортизатора со сквозными прорезями в углах между боковыми стенками и утонениями на боковых стенках с образованием по всему периметру ослабленного сечения. Такое решение позволяет получить при динамических воздействиях характеристики, обеспечивающие увеличенный ход за счет использования потери устойчивости стенок в местах их утонения при сжатии эластомерного амортизатора.

К недостаткам этого известного устройства следует отнести:

- неконтролируемое снижение эффективности при продолжительной эксплуатации элементов системы сейсмоизоляции - коробчатых эластомерных амортизаторов - в условиях их применения под постоянной нагрузкой вследствие явления ползучести материала - полимера, сопровождаемого также ускоренным старением, и, как следствие, деформации эластомерного амортизатора с потерей им упруго-демпфирующих свойств, что, в конечном счете, существенно ограничивает межрегламентный срок эксплуатации защищаемого объекта (до замены амортизаторов);

- ограниченную эффективность снижения нагрузок, действующих на защищаемый объект, при одновременно возникающих сдвиговых формах изгиба и сжатия коробчатых эластомерных амортизаторов вследствие пространственного характера внешнего воздействия.

Адаптивные системы сейсмозащиты начали разрабатываться в СССР с начала 60-х годов 20 века и конструктивно могут быть представлены двумя типами связей: выключающимися связями и включающимися связями.

Выключающиеся связи представляют собой конструктивные элементы (обычно раскосы, панели и т.д.) малой жесткости, которые при землетрясении разрушаются. При их отсутствии конструкция становится менее жесткой, а значит, собственные частоты уменьшаются. При кажущейся простоте и удобстве устройства таких связей у них имеются два значительных недостатка. Первый заключается в том, что для безопасной эксплуатации сооружения сразу же после землетрясения разрушенные связи необходимо восстановить, а это является не всегда возможным. Второй недостаток в том, что частотный спектр при землетрясении постоянно меняется с течением времени, а значит новая частота конструкции (с уже выключившимися связями) может в какой-то последующий момент опять оказаться в диапазоне преобладающих частот землетрясения.

Включающиеся связи - это такие связи, которые не участвуют в работе конструкции до начала землетрясение. Включаются в работу эти связи лишь при землетрясении, когда перемещения конструкции достигают определенных, наперед заданных значений. Данные связи (обычно односторонние) могут быть осуществлены специальными упорами-ограничителями, установленными с зазорами, или, например, провисающими растяжками.

Известно «Устройство амортизации» (патент RU 2786579 С2, F16F 15/04, F16F 7/12, Бригадин И.В. и др., опубл. 03.10.2022) со свойствами адаптивной системы сейсмозащиты, состоящее из рессорного блока и дополнительно между объектом и грунтом жестко установленных одноразовых разрушаемых элементов, включая демпфер, и обеспечивающее снижение перегрузок на амортизируемый объект. Однако оно не предусматривает регулировок и настроек силовой характеристики - диаграммы нагружения «сила-перемещение» (увеличения хода, достижения требуемой переменной жесткости) к динамике воздействия и предназначено исключительно для одноразового применения.

Известен также «Способ сейсмоизоляции объектов и амортизационное устройство (варианты) для его осуществления» (патент RU 2787418 C1, F16F 1/34, Забегаев А.И., Даштиев И.З., Тихомиров И.В. и др., опубл. 09.01.2023), где амортизационное устройство (в различных вариантах) предназначено для групповой установки в сейсмоизолирующем слое между основанием защитного сооружения или опорного контура и опорной поверхностью объекта. Оно содержит эластомерный амортизатор коробчатой (цельнолитой) формы (далее - эластомерный амортизатор), например, в виде цилиндра, а также жесткую плоскую пластину для контакта с плоской опорной поверхностью объекта и ограничитель перемещений в виде пластины-рамки для крепления к основанию, скрепленные соответственно сверху и снизу с торцами боковых стенок эластомерного амортизатора, выполненных со сквозными продольными прорезями, а также с утонением и образованием ослабленного сечения по всему периметру боковых стенок. Достижение большого хода на рабочих участках силовой характеристики при работе в вертикальном направлении обеспечивается за счет процессов «потери устойчивости» боковых стенок при прямом ходе (сжатии) эластомерного амортизатора.

Для исключения деформации эластомерного амортизатора вследствие явлений ползучести и ускоренного старения эластомерного материала под нагрузкой, приводящих к постепенной потере его упруго-демпфирующих свойств, предусматривается компенсация весовой нагрузки со стороны объекта в обычных условиях эксплуатации посредством установки разгружающих опор - в амортизаторе либо независимо - в форме телескопической стойки или штанги-опоры, разрушаемой или складываемой при превышении заданного порога нагрузки на амортизационное устройство при сейсмическом воздействии, т.е. функционально представляющей собой выключающуюся связь.

Компенсация боковых смещений объекта относительно основания с возвратом его в исходное положение при воздействии пространственных внешних нагрузок, в том числе при сверхвысоких уровнях воздействия, как на сжатие, так и при поперечных (сдвиговых) формах, т.е. рецентрирование, в указанном амортизационном устройстве обеспечивается специальным узлом, включающем осевой стержень, взаимодействующий с эластомерной мембраной - ограничителем его горизонтального перемещения (варианты - с интегрированным исполнением элементов - опоры и осевого стержня - как единой конструкции - телескопической штанги-опоры, и с независимыми опорами и дополнительной горизонтальной установкой амортизаторов). Для повышения эффективности механизма рецентрирования на контактирующие (скользящие) плоские поверхности - опорную поверхность объекта и поверхность жесткой пластины амортизационного устройства - нанесено антифрикционное покрытие либо установлены антифрикционные элементы.

Однако этому устройству присущи следующие существенные недостатки.

Во-первых, сложность конструкции, высокая трудоемкость и стоимость изготовления разгружающих опор, что в совокупности с другими дополнительными элементами, введенными в амортизационное устройство для обеспечения рецентрирования, в том числе в варианте интегрированного исполнения, приводит к росту стоимости и снижению надежности амортизационных устройств и системы в целом.

Во-вторых, установка разрушаемых или складывающихся разгружающих опор телескопического типа, особенно в вариантах их установки внутри амортизационных устройств, требует проведения сложных и длительных восстановительных работ после каждого их срабатывания (что актуально для сейсмоопасных районов), т.е. обуславливает их низкую ремонтопригодность, а также ограничивает потенциально возможный ход сжатия.

В-третьих, следствием ограниченной универсальности принятой конструкции эластомерных амортизаторов - цельнолитой коробчатой формы - является необходимость построения модельного типоряда амортизаторов (по параметрам грузоподъемности и рабочих ходов) с учетом разнообразия типов объектов (по массе, габаритам, месту установки и т.д.) и динамических характеристик ожидаемого воздействия, что обуславливает ограниченные возможности адаптации силовых характеристик к новой модели воздействия и изменениям весовых параметров объекта, а также унификации изделия, и, как следствие, высокую стоимость производства.

Известно «Амортизационное устройство для сейсмоизоляции объектов (варианты)» (патент RU 2799276 C1, E02D 27/34, Тихомиров И.В. опубл. 04.07.2023), которое посредством групповой установки в сейсмоизолирующем слое позволяет построить систему амортизации опорного типа и в соответствии с силовой характеристикой входящих в его состав коробчатых эластомерных амортизаторов ограничивает величину передаваемых на объект нагрузок. При этом предложен вариант конструкции амортизационного устройства по принципу опор фрикционно-подвижного маятникового типа со сферической поверхностью скольжения и встроенным в жесткую пластину подвижным шарнирным ползуном для обеспечения рецентрирования, т.е. компенсации бокового сдвига объекта относительно основания при внешнем пространственном воздействии. Кроме того, для адаптации силовых характеристик применительно к вариантам конструкции предложены коаксиальные схемы - параллельная, последовательная и комбинированная - групповой установки амортизаторов. Эти решения в определенной степени позволяют повысить надежность работы за счет упрощения и унификации конструкции, а также эффективность сейсмозащиты за счет увеличения рабочего хода и достижения требуемой переменной жесткости при пространственных разнонаправленных воздействиях.

Однако этому амортизационному устройству присущи следующие существенные недостатки.

Во-первых, сложность конструкции, высокая трудоемкость изготовления, что приводит к снижению надежности и росту стоимости амортизационного устройства и системы в целом.

Во-вторых, следствием особенности используемой конструкции эластомерных амортизаторов - цельнолитой коробчатой формы - является необходимость построения модельного типоряда амортизационных устройств (по параметрам грузоподъемности и рабочих ходов) с учетом разнообразия типов объектов (по массе, габаритам, месту установки и т.д.) и динамических характеристик ожидаемого воздействия, что обуславливает ограниченные возможности унификации изделий и их высокую стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемым техническим решениям является «Адаптивная система сейсмозащиты объектов (варианты)» (патент RU 2820180 C1, Е04Н 9/02, Тихомиров И.В. опубл. 30.05.2024, бюл. №16), представляющее собой основное изобретение по отношению к заявляемому (зависимому) и позволяющее обеспечить требования по техническим параметрам - грузоподъемности, длине хода, переменной жесткости силовой характеристики - для различных объектов и широкого спектра прогнозируемых характеристик воздействия при повышении надежности работы и снижении стоимости за счет упрощения и унификации или симплификации конструкции устройств, обеспечении ремонтопригодности и снижении трудоемкости обслуживания и эксплуатационных затрат. Результат обеспечивается в рамках построения адаптивной системы сейсмозащиты объектов как системы амортизации опорного типа, предусматривающей независимую групповую установку в сейсмоизолирующем слое между защищаемым объектом и основанием защитного сооружения разгружающих опор из жесткого или слабо деформируемого материала, например, из металла, выключающихся в условиях сейсмического воздействия, и связанных с основанием амортизационных устройств с повышенным демпфированием, работающих на сжатие. При этом в отличие от других аналогов решение достигается тем, что амортизационное устройство содержит эластомерный амортизатор коробчатой бочкообразной формы с боковой стенкой или стенками, образованной разделенными или отдельными унифицированными упругими элементами - лепестками с зазорами между ними, форма профиля которых имеет начальную выпуклость, обеспечивающую требуемый вид силовой характеристики. При этом для формирования или адаптации силовой характеристики (грузоподъемности, длины хода, требуемой переменной жесткости) под параметры объекта и тип конструкции амортизационных устройств, а также под прогнозируемые характеристики воздействия могут варьироваться параметры лепестков - их размер, количество, конфигурация установки, степень начальной выпуклости и др.

Кроме того амортизационное устройство выполняется в виде фрикционно-подвижной маятниковой опоры со скользящей поверхностью в виде прокладки из твердого материала с антифрикционным вкладышем в форме шарового сегмента, неподвижно закрепленной на жесткой пластине в ее центре и при горизонтальном смещении основания скользящей по сферическому участку или сегменту на опорной поверхности объекта и создающей усилие для рецентрирования.

Однако этой системе присущи следующие существенные недостатки.

1. Система теряет свои адаптивные свойства после первого применения при сейсмическом воздействии вследствие выключения (складывания) разгружающих опор. Далее при эксплуатации происходит неконтролируемое снижение эффективности элементов системы сейсмоизоляции - эластомерных лепестковых амортизаторов коробчатой бочкообразной формы в условиях их применения под постоянной нагрузкой вследствие явления ползучести материала - полимера, сопровождаемого также ускоренным старением, и, как следствие, деформации эластомерного амортизатора с потерей им упруго-демпфирующих свойств, что, в конечном счете, существенно ограничивает межрегламентный срок эксплуатации защищаемого объекта (до замены амортизаторов). Для восстановления адаптивных свойств системы необходимо проведение ремонтно-восстановительных работ с выведением объекта из эксплуатации.

2. Многие защищаемые объекты имеют существенные пространственные ограничения по групповому размещению элементов системы в сейсмоизолирующем слое, что делает ее практическую реализацию трудноосуществимой и часто невозможной, при этом вследствие ограниченного доступа существенно снижается ее ремонтопригодность.

3. Использование разгружающих опор предлагаемых типов (разрушаемых, складывающихся, падающих) существенно усложняет систему и повышает ее стоимость, а также снижает надежность ее работы.

Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, состоит, во-первых, в достижении компактности конструкций для обеспечения их размещения в ограниченном рабочем пространстве сейсмоизолирующего слоя и доступа к ним в соответсвии с требованиями по ремонтнопригодности, снижения трудоемкости обслуживания и эксплуатационных затрат, во-вторых, в обеспечении автоматизации процесса восстановления адаптивных свойств системы в условиях многократного сейсмического воздействия, в-третьих, в снижении себестоимости оборудования, и, в-четвертых, в обеспечении высокой надежности работы системы.

Результат обеспечивается в рамках построения адаптивной системы сейсмозащиты объектов опорного типа за счет того, что в системе исключается использование разгружающих опор как самостоятельных конструкций, а их функции выполняются унифицированными гибридными опорно-амортизационными устройствами с лепестковыми эластомерными амортизаторами бочкообразной формы, где лепестки установлены по кругу и в исходном положении переведены в режим стопорения, для чего введен разгружающий элемент - стопор, устанавливаемый непосредственно в амортизационном устройстве. Стопорение достигается тем, что лепестки эластомерных амортизаторов установлены без зазоров между собой и в средней части снаружи обжаты с заданным усилием кольцом или обручем в виде гибкой (металлической) ленты, поддерживаемой или удерживаемой в заданном положении с помощью упоров в лепестках, и концы которой соединены с помощью фиксатора или штифта, срезаемого при превышении определенной или заданной нагрузки вследствие сжатия амортизатора.

При этом для автоматического оперативного восстановления адаптивных свойств системы при срабатывании после сейсмического воздействия предложен механизм автоматического восстановления рабочего состояния гибридного опорно-амортизационного устройства, для чего сверху первого обруча размещены резервные обручи, концы которых соединены аналогично рабочему обручу, причем в процессе сжатия лепестков обеспечивается их соскальзывание вверх, а при восстановлении исходного положения лепестков - поочередное за счет собственного веса размещение на рабочем месте вместо отработавшего или разъединенного обруча, падающего в процессе деформации лепестков и ленты обруча.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-13), графиками (фиг. 14), фотографиями (фиг. 15).

На фиг. 1 - фиг. 2 показана конфигурация размещения гибридных опорно-амортизационных устройств адаптивной системы сейсмозащиты объектов в сейсмоизолирующем слое.

На фиг 3 - фиг. 4 показан основной элемент эластомерного бочкообразного амортизатора - лепесток в исходном и сжатом состоянии.

На фиг. 5 - фиг. 7 показаны общий вид и чертежи конструкции гибридного опорно-амортизационного устройства в рабочем цикле.

На фиг. 8 - фиг. 10 показаны общий вид и чертежи восстанавливаемой конструкции гибридного опорно-амортизационного устройства в рабочем цикле.

На фиг. 11 показан чертеж конструкции гибридного опорно-амортизационного устройства в сборе в виде фрикционно-подвижной маятниковой опоры с механизмом рецентрирования.

На фиг. 12 приведены экспериментальные силовые характеристики -диаграммы нагружения (сжатия) «усилие - перемещение» гибридного опорно-амортизационного устройства.

На фиг. 13 приведены фотографии образца лепесткового эластомерного амортизатора в процессе испытаний на сжатие.

Адаптивная система сейсмозащиты объектов (фиг. 1, фиг. 2) строится в сейсмоизолирующем слое 1 между основанием 2 защитного сооружения (опорного контура) и опорной поверхностью объекта 3 посредством группового размещения гибридных опорно-амортизационных устройств 4 на базе лепесткового эластомерного амортизатора коробчатой бочкообразной формы, в котором основной рабочий элемент амортизатора -унифицированный лепесток 5 (фиг. 3, 4 - в различных состояниях сжатия).

В исходном положении до начала воздействия весовая нагрузка от объекта 3 распределена между гибридными опорно-амортизационными устройствами 4, находящимися в застопоренном состоянии (фиг. 5). Фиксация их положения под весовой нагрузкой от объекта 3 обеспечивается посредством того, что лепестки 5 боковой стенки эластомерных амортизаторов установлены по кругу без зазоров между собой в жестких пластинах - верхней 6 и нижней 7 и в средней части снаружи обжаты кольцом или обручем 8 - стопором сжатия в виде гибкой (металлической) ленты, поддерживаемой или удерживаемой в заданном положении с помощью упоров 9 в лепестках 5. При этом происходит взаимная компенсация горизонтальных составляющих нагрузки, что позволяет существенно ограничить эффект ползучести. Концы ленты соединены с помощью силового элемента - фиксатора или штифта 11, срезаемого при превышении определенной или заданной нагрузки на сжатие при сейсмическом воздействии. При этом выключается режим стопорения гибридных опорно-амортизационных устройств 4 и они переходят в сжатое положение (фиг. 6) с демпфированием сейсмических колебаний. Разъединенный обруч 8 деформируется и при восстановлении лепестков 5 после окончания воздействия (фиг. 7) падает на основание 2. При этом гибридное опорно-амортизационное устройство 4 будет находится в расстопоренном состоянии под весовой нагрузкой от объекта 3 до проведения ремонтно-восстановительных работ по установке нового кольца или обруча 8 - стопора сжатия.

Для обеспечения восстановления гибридного опорно-амортизационного устройства 4 в рабочем положении после прекращения сейсмического воздействия наверху кольца или обруча 9 свободно установлены или размещены резервные кольца или обручи 12 и 13, составляющие вместе блок фиксаторов (приведен пример блока фиксаторов из рабочего и двух резервных колец или обручей, их количество может быть увеличено), концы которых соединены аналогично рабочему обручу 9. При этом в процессе сжатия или деформации или выгибания лепестков 6 (фиг. 4) обеспечивается их нерабочее положение посредством соскальзывания вверх, а при восстановлении исходного положения лепестков 6 (фиг. 5) за счет собственного веса - их поочередное размещение на рабочем месте вместо отработавшего или разъединенного обруча 9, самоудаляемого или падающего за счет собственного веса в процессе выгибания лепестков 6 и их взаимодействия с деформированной лентой кольца или обруча 9.

Кроме того, для обеспечения надежности процесса смены рабочего обруча на резервный, в том числе с учетом определенной деформации лепестков вследствие остаточной ползучести, между обручами установливаются технологические кольцевые проставки 14 из легко разрушаемого материала, прикрепленные или приклеенные к нижележащему обручу и фиксирующие или центрирующие положение вышележащего обруча (оптимальный размер - ширина кольцевых проставок 14, исходя из ограничения по размещению блока фиксаторов, определяется по результатам моделирования или испытаний).

Модели пространственного разнонаправленного сейсмического воздействия предполагают движение основания 2 относительно защищаемого объекта 3 как в вертикальном направлении (нагружение на сжатие), так и в горизонтальной плоскости. Для реализации механизма рецентрирования, обеспечивающего восстановление положения объекта 3 на основании 2 после воздействия, гибридное опорно-мортизационное устройство 4 выполняется как фрикционно-подвижная маятниковая опора (фиг. 9) со скользящей поверхностью в виде прокладки 15 из твердого материала с антифрикционным вкладышем в форме шарового сегмента 16, неподвижно закрепленной на жесткой пластине 17 в ее центре и при горизонтальном смещении основания 2 скользящей по сферическому участку или сегменту 18 на опорной поверхности 19 объекта 3, и создающей усилие для рецентрирования. Для повышения эффективности механизма рецентрирования, а также виброзащиты, дополнительно может устанавливаться вставка 20 из упругого виброизоляционного материала (например, резины).

Примечание. Установка элементов механизма рецентрирования позволяет также расширить свободное пространство для смещения резервных колец или обручей при максимальном сжатии лепестков 6.

На фиг. 10 приведены экспериментальные диаграммы нагружения: - статическая диаграмма 21 для образца лепесткового бочкообразного эластомерного амортизатора, динамическая диаграмма 22 для предлагаемого гибридного опорно-амортизационного устройства, где позиции 23 - теоретическая часть диаграммы (пунктиром), 24 - точка выключения стопора или расфиксации (срезание штифта), 25 - вес защищаемого объекта.

Технико-экономический эффект предлагаемых решений в целом заключается в следующем.

1. Достигается высокая компактность конструкций устройств системы, что позволяет не менее, чем в 2 раза сократить занимаемую ими площадь и обеспечить их эффективное размещение в ограниченном рабочем пространстве сейсмоизолирующего слоя и доступ к ним при монтаже и обслуживании.

2. Исключается необходимость проведения восстановительных работ после каждого сейсмического воздействия (что особенно актуально для сейсмоопасных районов), снижается трудоемкость обслуживания и эксплуатационные затраты за счет автоматизации процесса восстановления адаптивных свойств системы после сейсмического воздействия.

3. Снижается себестоимость оборудования, создаются условия для унификации элементов адаптивной системы сейсмозащиты посредством построения и серийного производства унифицированных модулей для различных типовых объектов.

4. Упрощается конструкция устройств системы и повышается надежность их работы.

5. За счет перераспределения и взаимной компенсации вертикальных и горизонтальных весовых нагрузок в лепестках эластомерного амортизатора, установленных без зазоров и зафиксированных в исходном положении кольцом или обручем - стопором сжатия, существенно ограничивается негативный эффект ползучести и обеспечивается поддержание на требуемом уровне упруго-демпфирующих свойств амортизатора в течение достаточно длительного срока эксплуатации.

В настоящее время созданы опытные образцы бочкообразных эластомерных амортизаторов на базе упругих элементов или лепестков различной грузоподъемности, длины рабочего хода и формы профиля выпуклости, а экспериментальные исследования (в т.ч. статические и динамические испытания, см. фиг. 11) подтвердили их работоспособность и эффективность.

Использованные термины:

Адаптивные системы сейсмозащиты - специальные конструкции в здании, которые непосредственно во время землетрясения меняют динамические характеристики конструкций, в том числе и собственные частоты. Если какие-то из собственных частот здания или сооружения близки к преобладающим частотам воздействия, то благодаря работе адаптивных систем эти частоты меняются и "уходят" из зоны преобладающих частот землетрясения, исключая тем самым возникновение резонанса, и как следствие значительных разрушений.

Амортизатор - устройство, защищающее машины, механизмы от ударных и вибрационных нагрузок за счет совместного действия упругой (возвращающей в исходное положение деформируемый элемент) и диссипативной (гасящей механические колебания) сил (Р 50.1.042-2002 Определитель наименований сборочных единиц общемашиностроительных класса 30 Классификатора ЕСКД), или устройство, уменьшающее сейсмическую нагрузку за счет изменения периодов и форм собственных колебаний сооружения (СП 268.1325800.2016 Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования), или устройство для смягчения ударов в машинах и сооружениях, для защиты от сотрясений и ударных нагрузок (БЭС, изд-во "Большая Российская энциклопедия", Москва, 1998 г.), или устройство, предназначенное для рассеивания энергии, чтобы уменьшить отклик механической системы на ударное воздействие (ГОСТ Р ИСО 2041-2012 Вибрация, удар и контроль технического состояния. Термины и определения).

Амортизационное устройство (сейсмоизолятор) - устройство, обладающее необходимыми характеристиками для сейсмической изоляции, а именно: способностью выдерживать нагрузку от собственного веса части конструкции (объекта), расположенной выше или вне системы сейсмоизоляции (амортизации), и способностью обеспечивать вертикальные и горизонтальные перемещения. Устройства могут обеспечивать диссипацию энергии и содействовать способности системы сейсмоизоляции к рецентрированию (см. также ГОСТ Р 57364-2016/EN 15129: 2010 Устройства антисейсмические. Правила проектирования). Амортизационное устройство представляет собой конструкцию, включающую в свой состав один или несколько амортизаторов и узлы связи с объектом и взаимодействующую с сооружением и объектом.

Объект - сейсмоизолируемая (амортизируемая) конструкция: реакторный блок, ракета или торпеда в транспортно-пусковом контейнере или пусковом стакане, металлоконструкция с оборудованием и персоналом для дата-центров большой массы и т.п.

Ползучесть - 1. Увеличение с течением времени деформации под действием постоянной нагрузки или механического напряжения. Примечание - Мгновенная деформация исключается (ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения). 2. Увеличение деформации во времени под действием постоянной нагрузки (ГОСТ Р 58033-2017 Здания и сооружения. Словарь. Часть 1. Общие термины).

Сейсмическая волна - упругая волна, распространяющаяся в геологической среде от искусственных или естественных источников колебаний. Примечания: 1. Источниками искусственного возбуждения упругих волн являются взрывы или механическое воздействие на исследуемую среду импульсного или вибрационного характера с помощью специальных технических средств. 2. Естественными источниками упругих волн являются землетрясения, извержения вулканов, горные удары (обвалы, лавины, сели и др.) (ГОСТ Р 54363-2011 Полевые геофизические исследования. Термины и определения).

Сейсмическое воздействие - подземные удары и колебания грунтового массива и поверхности, вызванные естественными и искусственными причинами, например, землетрясениями, воздействием промышленных и других взрывов, работой ударно-взрывных машин на заглубленное или поверхностно расположенное защитное сооружение, в котором размещен амортизируемый объект.

Сейсмоизоляция объектов - комплекс инженерных конструкций, устраиваемых, как правило, в фундаменте (или на фундаменте) сооружений и обеспечивающих снижение колебаний изолируемого объекта относительно сейсмических колебаний грунтов и основания, а также элементы и системы, обеспечивающие регулирование (сдвиг) значений собственных частот колебаний сооружения в желаемую область (см. также ГОСТ Р 56257-2014 Характеристика факторов внешнего природного воздействия. Общая классификация).

Сейсмоизолирующий слой - слой, разделяющий субструктуру и суперструктуру, в пределах которого устраивается система сейсмоизоляции, как правило, в основании здания («Пособие по проектированию зданий с системами сейсмоизоляции и системами динамического регулирования сейсмической реакции». ФАУ «ФЦС». 01.01.2020, разработано в развитие положений СП 14.13330, 2018).

Системы с повышенным демпфированием - это конструкции, в которые были введены специальные элементы, увеличивающие рассеивание энергии. Увеличение диссипации энергии ведет к уменьшению сейсмических ускорений, а значит и инерционных нагрузок.

Система сейсмоизоляции - совокупность устройств, используемых для обеспечения сейсмоизоляции, в том числе повышающих периоды собственных колебаний здания относительно преобладающего периода сейсмического воздействия (гибкие стойки; качающиеся опоры; резинометаллические опоры, пружинные опоры и др.), а также увеличивающих поглощение (диссипацию) энергии сейсмических колебаний здания (демпферы сухого трения; скользящие пояса; гистерезисные; вязкоупругие демпферы и др.).

Сооружение (защитное сооружение, опорный контур) - ограждающая конструкция, выполняющая функции сохранения контура сооружения при действии на нее сейсмоударных волн в упруго-слитно-пластической среде - массиве грунта. Сооружение имеет основание, на котором установлен амортизируемый объект.

Старение - необратимое изменение структуры полимеров с течением времени в результате воздействия химических или физических факторов, приводящее к ухудшению эксплуатационных свойств изделий (ГОСТ 32794-2014. Композиты полимерные. Термины и определение).

Центр обработки данных, или дата-центр - специализированный объект, представляющий собой связанную систему ИТ-инфраструктуры и инженерной инфраструктуры, оборудование и части которых размещены в здании или помещении, подключенном к внешним сетям, как инженерным, так и телекоммуникационным (ГОСТ Р 58811-2020. Центры обработки данных. Инженерная инфраструктура. Стадии создания).

Эластомер - полимер или материал на его основе, находящийся в высокоэластическом состоянии (т.е. обладающий способностью к значительной обратимой деформации при приложении небольшого механического напряжения). К эластомерам относятся каучуки, резиновые смеси, резины и термопластичные эластомеры (ГОСТ 32794-2014. Композиты полимерные. Термины и определения).

Изобретение относится к области машиностроения, а также строительства и горного дела, а именно к системам и устройствам активной сейсмозащиты критически важных, в том числе стратегических, объектов различного назначения, размещаемых в защитных сооружениях, например, промышленных реакторов, платформ или металлоконструкций с оборудованием и персоналом (поверхностных или заглубленных) для центров обработки данных - дата-центров большой массы и т.п., от пространственных ударно-сейсмических и импульсных механических воздействий кинематического характера. Адаптивная система сейсмозащиты объектов, предусматривающая установку в сейсмоизолирующем слое между основанием и защищаемым объектом амортизационных устройств, содержащих эластомерные амортизаторы коробчатой формы с жесткими пластинами для контакта с опорной поверхностью объекта и для крепления к основанию, скрепленными соответственно сверху и снизу с торцами боковых стенок эластомерного амортизатора. На контактирующие поверхности объекта и амортизационного устройства нанесено антифрикционное покрытие, либо установлены антифрикционные элементы, а также установку разгружающих опор из жесткого или слабо деформируемого материала, выполненных разрушаемыми или складываемыми в условиях сейсмического воздействия. Каждый эластомерный амортизатор имеет бочкообразную форму с боковыми стенками, образованными унифицированными упругими элементами - лепестками, которые установлены рядами по параллельной квазикоаксиальной схеме по кругу и форма профиля которых имеет начальную выпуклость, обеспечивающую требуемый вид силовой характеристики. Каждое амортизационное устройство выполнено как фрикционно-подвижная маятниковая опора со скользящей поверхностью в виде прокладки из твердого материала с антифрикционным вкладышем в форме шарового сегмента, неподвижно закрепленной на жесткой пластине в ее центре и при горизонтальном смещении основания скользящей по сферическому участку или сегменту на опорной поверхности объекта и создающей усилие для рецентрирования. Конструктивно и функционально каждые амортизационное устройство и разгружающая опора совмещены в гибридном опорно-амортизационном устройстве, в котором лепестки эластомерных амортизаторов установлены в боковой стенке без зазоров и зафиксированы или застопорены в исходном положении посредством обжатия в средней части с заданным усилием кольцом или обручем - стопором в виде гибкой металлической ленты, поддерживаемой или удерживаемой в заданном положении с помощью упоров или наружных выступов в лепестках, и концы которой соединены с помощью фиксатора или штифта, срезаемого при превышении определенной или заданной нагрузки вследствие сжатия амортизатора. Технический результат состоит в обеспечении достижения компактности конструкций для обеспечения их размещения в ограниченном рабочем пространстве сейсмоизолирующего слоя и доступа к ним в соответсвии с требованиями по ремонтнопригодности, снижении трудоемкости обслуживания и эксплуатационных затрат, обеспечении автоматизации процесса восстановления адаптивных свойств системы в условиях многократного сейсмического воздействия, снижении себестоимости оборудования, обеспечении высокой надежности работы системы. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Адаптивная система сейсмозащиты объектов, предусматривающая установку в сейсмоизолирующем слое между основанием и защищаемым объектом амортизационных устройств, содержащих эластомерные амортизаторы коробчатой формы с жесткими пластинами для контакта с опорной поверхностью объекта и для крепления к основанию, скрепленными соответственно сверху и снизу с торцами боковых стенок эластомерного амортизатора, причем на контактирующие поверхности объекта и амортизационного устройства нанесено антифрикционное покрытие либо установлены антифрикционные элементы, а также установку разгружающих опор из жесткого или слабо деформируемого материала, выполненных разрушаемыми или складываемыми в условиях сейсмического воздействия, при этом каждый эластомерный амортизатор имеет бочкообразную форму с боковыми стенками, образованными унифицированными упругими элементами - лепестками, которые установлены рядами по параллельной квазикоаксиальной схеме по кругу и форма профиля которых имеет начальную выпуклость, обеспечивающую требуемый вид силовой характеристики, при этом каждое амортизационное устройство выполнено как фрикционно-подвижная маятниковая опора со скользящей поверхностью в виде прокладки из твердого материала с антифрикционным вкладышем в форме шарового сегмента, неподвижно закрепленной на жесткой пластине в ее центре и при горизонтальном смещении основания скользящей по сферическому участку или сегменту на опорной поверхности объекта и создающей усилие для рецентрирования, отличающаяся тем, что конструктивно и функционально каждые амортизационное устройство и разгружающая опора совмещены в гибридном опорно-амортизационном устройстве, в котором лепестки эластомерных амортизаторов установлены в боковой стенке без зазоров и зафиксированы или застопорены в исходном положении посредством обжатия в средней части с заданным усилием кольцом или обручем - стопором в виде гибкой металлической ленты, поддерживаемой или удерживаемой в заданном положении с помощью упоров или наружных выступов в лепестках, и концы которой соединены с помощью фиксатора или штифта, срезаемого при превышении определенной или заданной нагрузки вследствие сжатия амортизатора.

2. Адаптивная система по п. 1, отличающаяся тем, что обеспечивается восстановление каждого амортизационного устройства в рабочем положении после прекращения сейсмического воздействия за счет установки или размещения над кольцом или обручем группы или блока резервных обручей, у которых концы соединены аналогично нижнему - рабочему - обручу, а все кольца или обручи установлены друг над другом посредством кольцевых блоков-фиксаторов из легко разрушаемого материала, обеспечивающих фиксацию или центрирование положения резервных обручей, причем каждый вышележащий резервный обруч имеет увеличенный диаметр относительно нижележащего, при этом в процессе сжатия, или деформации, или выгибания лепестков обеспечивается перемещение или соскальзывание резервных обручей вверх, а при восстановлении исходного положения лепестков поочередное их размещение за счет собственного веса на месте отработавшего или разъединенного обруча, самоудаляемого или падающего в процессе деформации лепестков.