Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРОИЗОЛЯТОР ДЛЯ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ, РАБОТАЮЩИХ В СЕЙСМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ РАЙОНАХ

Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является техническое решение по патенту РФ №138848 (прототип), содержащее корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции за счет недостаточного вязкого демпфирования.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет увеличения демпфирования колебаний на низких частотах при сохранении габаритов виброизолятора.

Это достигается тем, что в виброизоляторе, содержащем корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом, корпус жестко связан с основанием, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент из эластомера с осевым цилиндро-коническим отверстием, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины, ось которой перпендикулярна основанию, при этом пружина взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан и верхнюю, охватывающую пружину, крышку, которая жестко соединена с осесимметричной пружине резьбовой втулкой, а на крышке закреплен верхний ограничитель хода пружины, выполненный в виде цилиндрической втулки, охватывающей сверху крышку, при этом верхний ограничитель служит верхним упруго-демпфирующим элементом и выполнен из эластомера, а в резьбовой втулке закреплен винт для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом, при этом корпус в верхней части соединен с крышкой, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель динамического хода объекта, выполненный из эластомера, а в крышке, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола, а внутри пружины, коаксиально ей, размещен демпфер из эластомера, например полиуретана, при этом на его цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка, эквидистантная винтовой поверхности пружины, а между соприкасающимися винтовыми поверхностями демпфера и пружины расположен слой смазки, например, из солидола.

На фиг. 1 изображен фронтальный разрез виброизолятора для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, на фиг. 2, 3 - вариант упругодемпфирующей пластины 16, посредством которой виброизолятор устанавливается на фундамент защищаемого объекта.

Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах содержит корпус 8 (фиг. 1), жестко связанный с основанием 1, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент 4 из эластомера с осевым цилиндроконическим отверстием 2, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины 12. Внутри пружины, коаксиально ей, размещен демпфер из эластомера.

Упругий элемент виброизолятора выполнен из пружины 12, ось которой перпендикулярна основанию 1. Пружина 12 взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан 13 и верхнюю, охватывающую пружину, крышку 9, которая жестко соединена с осесимметричной пружине 12 резьбовой втулкой 6. На крышке 9 закреплен верхний ограничитель хода пружины 12, выполненный в виде цилиндрической втулки 5, охватывающей сверху крышку 9. Верхний ограничитель служит верхним упруго-демпфирующим элементом и выполнен из эластомера. В резьбовой втулке 6 закреплен винт 7 для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом (на чертеже не показано). Корпус 8 в верхней части соединен с крышкой 10, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель 11 динамического хода объекта, выполненный из эластомера. В крышке 10, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие 3 для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола.

В осевом цилиндро-коническом отверстии 2 нижнего цилиндрического упруго-демпфирующего элемента 4 из эластомера коаксиально между собой и соосно корпусу, расположены два дополнительных демпфирующих элемента, один из которых, имеющий форму в виде цилиндро-конической втулки 14, выполнен из полиуретана, а другой 15, расположенный внутри первого и имеющий цилиндрическую форму, выполнен упругим сетчатым элементом. 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.

Внутри пружины, коаксиально ей, размещен цилиндрический демпфер из эластомера, например полиуретана, при этом на его цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка, эквидистантная винтовой поверхности пружины 12, а между соприкасающимися винтовыми поверхностями демпфера и пружины расположен слой смазки, например из солидола.

Возможен вариант, когда витки пружины 12 покрыты слоем вибродемпфирующего материала, например полиуретана, а цилиндрический демпфер из эластомера выполнен полым (на чертеже не показано), в виде цилиндрической втулки, при этом жесткость цилиндрического демпфера меньше жесткости пружины 12.

Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, работает следующим образом.

При приложении статической нагрузки на объект, он опускается вниз, сжимая пружину 12, которая воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на основание 1, установленное на межэтажном перекрытии здания или шасси транспортного средства (на чертеже не показано). Нелинейное демпфирование в системе осуществляется за счет наличия нижнего 4 и верхнего 5 ограничителей хода пружины 12, выполненных из эластомера. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного (с зазором) расположения нижнего опорного стакана 13 пружины 12 и верхней, охватывающей пружину, крышки 9.

Два дополнительных демпфирующих элемента 14 и 15, выполненные соответственно из полиуретана, и сетчатой структуры способствуют расширению частотного диапазона гашения сейсмических волн, и повышают эффективность защиты зданий от сейсмотолчков.

При приложении динамической нагрузки со стороны объекта, например работающего оборудования, вибрация гасится пружиной 12 и упруго-демпфирующими элементами 4 и 5, жесткость которых рассчитывается на работу сложной системы «перекрытие-упругие элементы-объект» в зарезонансном режиме.

Возможен вариант, когда основание 1, выполненное в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упруго-демпфирующий элемент 4 виброизолятора, жестко соединено, например, посредством клеевого соединения, с упругодемпфирующей пластиной 16, посредством которой виброизолятор устанавливается на фундамент защищаемого объекта.

Упругодемпфирующая пластина 16 (фиг. 2) выполнена из эластомера в виде чередующихся выступов 18 и впадин 19, относительно центральной пластины 17 в шахматном порядке, причем выступы с одной стороны пластины 17 размещены над впадиной с другой стороны центральной пластины 17. Форма выступов и впадин может быть как многоугольной например, прямоугольной, квадратной, трапецеидальной, так и описываемой кривыми второго порядка, например, в виде окружности, эллипса, гиперболы, параболы, так и в виде их комбинации.

Возможен вариант, когда упругодемпфирующая пластина 16 (фиг. 3) выполнена в виде пакета, по крайней мере двух, упругих пластин 23 и 24, разделенных промежуточным элементом 22, расположенными между жесткой верхней пластиной 20 и основанием 21 объекта защиты.

Упругодемпфирующая пластина 16 работает следующим образом.

При колебаниях объекта защиты, установленного на виброизоляторе, соединенным с пластиной 16, упругий элемент из эластомера, в виде чередующихся выступов 18 и впадин 19, относительно центральной пластины 17, или пакет упругих элементов 23 и 24, воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий. Горизонтальные колебания гасятся за счет нестесненного расположения упругого элемента, что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости.

Предложенное техническое решение является эффективным виброзащитным средством, которое может быть использовано для защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки.