Каркас сейсмостойкого сооружения Советский патент 1984 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в конструкциях каркасов сейсмостой ких зданий и причальных сооружений эстакадного типа. Известен каркас сейсмостойкого здания, включающий стойки, ригели и размещенные в ячейках перекрестные диагональные связи 1. Недостатком такого каркаса является то, что при сейсмических нагру ках, превышающих расчетную величину в диагональных связях могут возник нуть остаточные удлинения, которые .не исчезнут при изменении действия сейсмических сил на обратное, так как при сжатии вштянутойдиагональной связи вследствие сравнительной ее гибкости она будет терять устой чивость и выпучиваться. В результа те остаточные удлинения диагональных связей будут нарастать с каждым нагружением, что может привести к разрыву связи, либо к повреждению конструкции каркаса. Наиболее близким к изобретению является каркас сейсмостойкого здания, включающий образующие ячейки стойки и ригели и размещенные в ячейках перекрестные диагональны(В связи, снабженные расположенным в центре ячейки прямоугольным стержневым контуром, к углам которого прикреплены концы диагональных свяоей 2. Недостатками известного каркаса являются сравнительно низкие энергоемкость и выносливость энергопоглотителя в виде прямоугольной рамки с жесткими узлами. Из-за высокого уровня концентрации напряжений в жестких угловых соединениях рамки развиваются трещины, приводящие к разрушению рамки после 3-5 циклов Цель изобретения - повышение сей смостойкости каркаса. Указанная цель достигается тем что в каркасе сейсмостойкого сооружения, включающем образующие ячейки стойки и ригели и размещенные в ячейках перекрестные диагональные связи, снабженные расположенным в центре ячейки прямоугольным стержневым контуром, к углам которой прикреплены концы диагональных связей, последние соединены с углами рамки шарнирно, а стержни рамки меж ду собой - посредством цилиндрических упругопластических шарниров, каждый из которых образован выполне нием конца одного из соединяемых стержней в виде корпуса, а конца другого стержня - в виде фигурного пальца, входящего в корпус первого стержня, при этом корпус имеет концентрические цилиндрические выемки средняя из которых выполнена с выступом, , а фигурный палец - соответ ствующие выемкам корпуса выступы, средний из которызь снабжен эксцентриком, взаимодействукнцим с выступом средней выемки корпуса и расположен в выемке корпуса с образованием полости, заполненной пластическим материалом, причем выступ корпуса и эксцентрик фигурного пальца ориентированы в одну сторону и выполнены симметричными относительно плоскости, проходящей через ось вращения цилиндрического шарнира и середину выступа и эксцентрика. На фиг. 1 изображена ячейка каркаса с диагональными связями и стержневой рамкой; на фиг. 2 - узел 1на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - то же, другой вариант; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг о 3; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 7 - сечение В-В на фиг. 2. Каркас сейсмостойкого сооружения включает образующие ячейки 1 стойки 2и ригели 3 и разме1ценные в ячейках 1 перекрестные диагональные связи 4, снабженные расположенным в центре ячейки 1прямоугольным стержневым контуром 5, к углам 6 которого шарнирно прикреплены концы диагональных связей 4. Уалы соединения стержней контура 5 между собой выполнены в виде и.илиндрических упругопластических шарниров 7. Каждый шарнир 7 образован выполнением конца одного из соединяемых стержней 8 в виде корпуса 9, имеющего концентрические цилиндрические выемки 10 - 12, а конца другого стержня - в виде фигурного пальца 13, имеющего выступы 14 - 16, соответствующие выемкам 10 - 12 корпуса 9 . В средней выемке 11 корпуса 9 образован выступ 17 ,а на среднем выступе 15 фигурного пальца 13 выполнен эксцентрик 18(Взаимодействующий с выступом 17 средней выемки 11. Средний выступ 15 пальца 13 расположен в средней выемке 11 корпуса 9 с образованием полости 19, заполненной пластичным материалом 20, например, свинцом. Взаимодействующие между собой поверхности корпуса 9, фигурного пальца 13 и заполнителя 20 покрыты тонким слоем консистентной смазки. Между кольцевыми поверхностями контакта корпуса 9 с фигурным пальцем 13 установлены кольцевые уплотнители 21 и 22. Неразъемность шарнира 7 обеспечена осевым болтом 23, имеющим на концах фиксаторы в виде стопорных шайб 24 или резьбового соединения. Узлы соединения стержней контура 5 с диагональными связями 4 выполнены в виде шарниров стандартной конструкции 25.

Диагональные связи 4 снабжены талрепами 26, преднаэначйнными для выбирания люфтов в шарнирных соединениях и для обеспечения предварительного натяжения диагональных связей .

Конструкция работает следующим образом.

При сейсмических колебаниях ячейка 1 каркаса деформируется. Возникающие в диагональных связях 4 растягивающие усилиявызовут перекос Стержневого контура 5, обусловленный вращением в шарнирах 7. Поворот пальца 13 относительно корпуса 9 сопровождается поглощением энергии, затраченной на вьщавливание пластичного заполнителя 20 либо через сужение, образованное выемкой 11 на корпусе 9 и эксцентриком 18 пальца 13, либо выступом 17 на корпусе 9 и средним выступом 15 на пальце 13 из той части объема, куда при повороте перемещается эксцентрик 18.

Поглощение энергии сейсмических колебаний в упругопластических щарнирах 7 приводит к уменьшению сейсмических сил, возникающих при землетрясении. Кроме того, при перегрузках обеспечивается сохранность диагональных связей 4, поскольку при удлинении диагонали ячейки 1, благодаря развитию в шарнирах 7 пластических деформаций, усилия в диагональной связи 4 не увеличиваются.

Параметры энергопоглотителя подбираются и условия, чтобы усилия, вызывающие остаточные повороты в упругопластических шарнирах 7, не могли вызвать остаточных удлинений диагональных связей 4, а также разру-. шения элементов стержневого контура 5 или узлов их соединения.

В другом варианте конструкции шарнира 7 (фиг. 4 и 6) эксцентрик 18 фигурного пальца 13 сопрягается с выемкой 11 корпуса 9, а сужение, через которое выдавливается пластичный заполнитель 20 при вращении шарнира 7, образовано выступом 17 на выемке 11 корпуса 9.

Возможны варианты конструкции шарниров 7, у которых для достижения более мягкой работы энергопоглотителя эксцентрик 18 (фиг. 5) или выступ 17 (фиг. 6) расположены в средней части высоты, заполненной пластичным материалом 20.

Конструкция каркаса обладает более высокими надежностью и выносливостью по сравнению с известной. Это достигается более эффективным поглощением энергии колебаний в yг yгoпластических шарнирах, а также большими возможностями в восприятии значительных перекосов стержневого контура без его повреждения. Анализ работы экструзионных поглотителей осевого типа позволяет предположить,

что основные показатели энергоемкости и долговечности (способность выдерживать бопее 3000 циклов без изменения свойств энергопоглотителя), а также диаграмма нагрузки, близкая

диаграмме Прандтля, имеют место и в предлагаемом упругопластическом шарнире (энергопоглотителе углового типа).

Фиа2

ФигЛ

б-б

Фиг. 5

КАРКАС СЕЙСМОСТОЙКОГО СООРУЖЕНИЯ, включающий образующие ячейки стойки и ригели и размещенные в ячейках перекрестные диагональные связи, снабженные расположенным в центре ячейки прямоугольным стержневым контуром, к углам которого прикреплены концы диагональных связей, отличающийся тем, что, с целью повышения сейсмостойкости каркаса, диагональные связи соединены с углами рамки шарнирно, а стержни рамки между собой - посредством цилиндрических упругопластических шарниров, каждый из которых образован выполнением конца одного из соединяемых стержней в виде корпуса,а конца другого стержня -в виде фигурного пальца, входящего в корпус первого стержня, при этом корпус имеет концентрические цилиндрические выемки, средняя из которых выполнена с выступом, а фигурный палец - соответствующие выемки корпуса выступы, средний из которых снабжен эксцентриком, взаимодействующим с выступом средней выемки корпуса и расположен в выемке корпуса с образованием полости, заполненной пластическим материалом, i причем выступ корпуса и эксцентрик фигурного пальца ориентированы в од(Л ну сторону и выполнены симметричными относительно плоскости, проходящей через ось враицения цилиндрического шарнира и середину выступа и эксцентрика. 4; х эо ел

254

п.