Виброизолятор для фундаментов зданий в сейсмически опасных районах
Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки. Виброизолятор содержит корпус и размещенные в нем упругие элементы. Корпус выполнен в виде основания с крышкой. Упругие элементы выполнены в виде тарельчатой кольцевой пружины. Виброизолируемый объект установлен на резьбовой втулке, размещенной в отверстии верхнего кольца пружины. Между основанием и нижним торцом резьбовой втулки, соосно корпусу, закреплен упругодемпфирующий элемент. Цилиндрическая винтовая пружина выполнена с демпфером внутри. Корпус демпфера выполнен в виде двух оппозитно расположенных фланцев. Элементы крепления в виде резьбовых стержней расположены перпендикулярно фланцам и соосно эластомеру. Профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, или профиль боковой поверхности эластомера выполнен цилиндрическим или коническим, или профиль боковой поверхности эластомера выполнен гофрированным, а отношение высоты демпфера h к диаметру D опорной поверхности эластомера находится в оптимальном соотношении величин: h/D=0,45…1,55, цилиндрическая винтовая пружина упругодемпфирующего элемента содержит на внешней винтовой поверхности дополнительный демпфирующий элемент, выполненный в виде полиуретановой эластичной трубки, надетой на ее внешнюю поверхность беззазорно. Достигается повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолятор по патенту РФ №2285833, F16F 7/00 (прототип), содержащий корпус, упругие плоские элементы и элементы их крепления к корпусу.
Недостатком известного устройства является сравнительно недостаточная эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в виброизоляторе для фундаментов зданий в сейсмически опасных районах, содержащем корпус и размещенные в нем упругие элементы, корпус выполнен в виде основания с крышкой, а упругие элементы - в виде тарельчатой кольцевой пружины, состоящей из верхнего и нижнего упругих колец, связанных упругими пластинами, и закрепленной в корпусе через периферийную втулку, установленную между основанием, нижним кольцом пружины и крышкой, а виброизолируемый объект устанавливается на резьбовой втулке, размещенной в отверстии верхнего кольца пружины, и прикрепленной к пружине посредством резьбового соединения, а между основанием и нижним торцом резьбовой втулки, соосно корпусу, закреплен упругодемпфирующий элемент, выполненный в виде основания и крышки, между которыми размещена цилиндрическая винтовая пружина, с демпфером внутри, причем корпус демпфера выполнен в виде двух оппозитно расположенных фланцев, имеющих форму, конгруэнтную форме опорных поверхностей эластомера, и жестко связанных с эластомером, причем на фланцах закреплены элементы крепления в виде резьбовых стержней, расположенных перпендикулярно фланцам и соосно эластомеру, причем профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, цилиндрическая винтовая пружина упругодемпфирующего элемента содержит на внешней винтовой поверхности дополнительный демпфирующий элемент, выполненный в виде полиуретановой эластичной трубки, надетой на ее внешнюю поверхность беззазорно.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого виброизолятора, на фиг. 2, 3 - вариант выполнения кольцевой тарельчатой пружины (фронтальный разрез и вид сверху), на фиг. 4 - вариант выполнения демпфера.
Виброизолятор для фундаментов зданий в сейсмически опасных районах содержит корпус, который выполнен в виде основания 1 и крышки 2 (фиг. 1). Упругие элементы выполнены в виде кольцевой тарельчатой пружины, состоящей из нижнего 4 и верхнего 5 колец, связанных между собой упругими пластинами 7 с образованием вырезов (проемов или фигурных отверстий) 6. Кольцевая тарельчатая пружина закреплена в корпусе через периферийную втулку 3, установленную между основанием 1, нижним кольцом пружины 4 и крышкой 2, а виброизолируемый объект 10 устанавливается на резьбовой втулке 11, размещенной в отверстии 9 верхнего кольца 5 пружины. Резьбовая втулка 11 прикреплена к тарельчатой пружине посредством резьбового соединения, например через втулку 8. Кольцевая тарельчатая пружина закреплена в корпусе с зазором относительно крышки 2 и резьбовой втулки 11. Периферийная втулка 3 может быть выполнена металлической или из эластомера с жесткостью, большей жесткости кольцевой тарельчатой пружины. Кольцевая тарельчатая пружина выполнена в виде двух плоских упругих, соосно расположенных колец, нижнего 4 и верхнего 5, соединенных между собой посредством по крайней мере трех плоских упругих пластин 7 (фиг. 2, 3). Между основанием 1 и нижним торцом резьбовой втулки 11, соосно корпусу, закреплен упругодемпфирующий элемент, выполненный в виде основания 15 и крышки 14, между которыми размещена цилиндрическая винтовая пружина 12 с демпфером 13 внутри.
Цилиндрическая винтовая пружина 12 упругодемпфирующего элемента содержит на внешней винтовой поверхности дополнительный демпфирующий элемент (на чертеже не показан), выполненный в виде полиуретановой эластичной трубки, надетой на ее внешнюю поверхность беззазорно.
Возможен вариант, когда на внешнюю винтовую поверхность цилиндрической винтовой пружины 12 в качестве дополнительного демпфирующего элемента (на чертеже не показан) нанизаны «бусинки» из полиуретана круглой формы.
Упругие пластины 7, соединяющие нижнее 4 и верхнее 5 кольца, могут быть выполнены в виде упругих стержней круглого, квадратного, прямоугольного, многоугольного профиля или профиля, выполненного по кривым второго и «n» порядка (на чертеже не показаны).
Демпфер 13 выполнен из эластомера 18 (фиг. 4) и содержит корпус, который выполнен в виде двух оппозитно расположенных фланцев 16 и 17, имеющих форму, конгруэнтную форме опорных поверхностей эластомера 18, и жестко связанных с эластомером, причем на фланцах закреплены элементы крепления 19 и 20 в виде резьбовых стержней, расположенных перпендикулярно фланцам 16 и 17 и соосно эластомеру 18, причем профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, что обеспечивает равночастотность упругого элемента виброизолятора во всех направлениях.
Профиль боковой поверхности эластомера демпфера 13 может быть выполнен цилиндрическим (фиг. 4) или коническим (на чертеже не показано). Кроме того, профиль боковой поверхности эластомера может быть выполнен гофрированным (на чертеже не показано). Отношение высоты виброизолятора h к диаметру D опорной поверхности эластомера находится в оптимальном соотношении величин: h/D=0,45…1,55.
Демпфер 13 может быть выполнен из эластомера, например литьевого полиуретана, или в виде упругого сетчатого элемента. Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см3…2,0 г/см3, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.
Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта 10, установленного на резьбовой втулке 11, обеспечивается пространственная виброзащита объекта и защита его от ударов. Причем жесткость кольцевой тарельчатой пружины, за счет ее конструктивного исполнения, может быть подобрана в любом требуемом сочетании по главным осям вибрации, например, большей в горизонтальном направлении, нежели в вертикальном, и наоборот, и т.д. во всех сочетаниях как линейных, так и угловых колебаний.
Демпфер 13, выполненный соответственно из полиуретана или сетчатой структуры, способствует расширению частотного диапазона гашения сейсмических волн и повышает эффективность защиты зданий от сейсмотолчков. Кроме того, горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения эластомера, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости. Выполнение профиля боковых поверхностей эластомера гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, позволяет обеспечить равнопрочность, равночастотность и экономичность эластомера, например, резины или полиуретана. За счет оппозитного расположения фланцев 16 и 17 упрощается монтаж и эксплуатация системы виброизоляции в целом.
1. Виброизолятор для фундаментов зданий в сейсмически опасных районах, содержащий корпус и размещенные в нем упругие элементы, корпус выполнен в виде основания с крышкой, а упругие элементы - в виде тарельчатой кольцевой пружины, состоящей из верхнего и нижнего упругих колец, связанных упругими пластинами, и закрепленной в корпусе через периферийную втулку, установленную между основанием, нижним кольцом пружины и крышкой, а виброизолируемый объект устанавливается на резьбовой втулке, размещенной в отверстии верхнего кольца пружины, и прикрепленной к пружине посредством резьбового соединения, отличающийся тем, что между основанием и нижним торцом резьбовой втулки, соосно корпусу, закреплен упругодемпфирующий элемент, выполненный в виде основания и крышки, между которыми размещена цилиндрическая винтовая пружина, с демпфером внутри, причем корпус демпфера выполнен в виде двух оппозитно расположенных фланцев, имеющих форму, конгруэнтную форме опорных поверхностей эластомера, и жестко связанных с эластомером, причем на фланцах закреплены элементы крепления в виде резьбовых стержней, расположенных перпендикулярно фланцам и соосно эластомеру, причем профиль боковой поверхности эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях, или профиль боковой поверхности эластомера выполнен цилиндрическим или коническим, или профиль боковой поверхности эластомера выполнен гофрированным, а отношение высоты демпфера h к диаметру D опорной поверхности эластомера находится в оптимальном соотношении величин: h/D=0,45…1,55.
2. Виброизолятор для фундаментов зданий в сейсмически опасных районах по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрическая винтовая пружина упругодемпфирующего элемента содержит на внешней винтовой поверхности дополнительный демпфирующий элемент, выполненный в виде полиуретановой эластичной трубки, надетой на ее внешнюю поверхность беззазорно.
3. Виброизолятор для фундаментов зданий в сейсмически опасных районах по п. 1, отличающийся тем, что на внешнюю винтовую поверхность цилиндрической винтовой пружины в качестве дополнительного демпфирующего элемента нанизаны «бусинки» из полиуретана круглой формы.
