Устройство для защиты строительных конструкций от вибродинамического воздействия

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3