Спосіб гасіння коливань споруд та пристрій для його реалізації

Изобретение относится к строительству, а именно к защите зданий от технологических вибрационных сотрясений и сейсмических нагрузок. Известен способ уменьшения вибрации конструкции при помощи виброизоляторарессоры, располагаемой между фундаментом и машиной. Виброизоляторами служат системы стальных пружин (гаситель Вестенгауза). Недостатком известного способа является гашение колебаний в одной точке, одного направления, что превращает изолятор в резонатор, усиливающий колебания и их амплитуды. Известен способ испытания (создания и гашения колебаний) строительных сооружений [1]. К сооружению прикладывают вибрационную нагрузку, а боковое нагружение производят статическими и динамическими силами, расположенными в двух плоскостях и направленных под углом к вертикальной оси. Сотрясение создается вибромашиной, расположенной на верхней плите здания, а также мгновенным разрывом гибкой связи (удар), Гашение колебаний осуществляют при помощи виброгасителей, энергопоглотителей, размещенных в оконных проемах, а также при помощи тяг предварительно напряженных, вертикально расположенных по углам сооружения, закрепленных резьбовыми соединениями снизу на фундаментной плите, сверху на плите покрытия. Недостатками данного способа гашения колебаний являются отсутствие возможности использования эффекта амортизации, виброизоляции, рассеивания потенциальной энергии, разбалансировки и стабилизации совместных частот свободных и вынужденных колебаний. В основу изобретения поставлена задача, путем перевода низкочастотных {наиболее опасных) колебаний с большей амплитудой в высокочастотные колебания с малой амплитудой, что обеспечивает рассеивание потенциальной энергии, стабилизацию колебаний упругой среды (грунта) на промежутке от источника излучения до фундамента здания. Поставленная задача решается тем, что в способе гашения колебаний сооружений, включающем виброгашение, энергопоглощение, измерение и уменьшение частот и величин амплитуд, согласно изобретения, в процессе наладки гасителя осуществляют измерение собственных колебаний, затем производят измерение наложенных колебаний, а после производят разбалансировку частот и ускорений наложенных колебаний, при этом достигают стабилизацию, путем одновременного изменения жесткости гасителя и размещенного внутри него поглощающего материала. Разбалансировка (поглощение) собственных и вынужденных колебаний, с одновременным изменением жесткости гасителя и поглощающего материала внутри него, приводит к достижению стабилизации (к равновесию) колебаний, следовательно, к достижению поставленной задачи. Известно устройство [2], включающее размещенную вокруг конструкции фундамента траншею, заполненную материалом, поглощающим колебания. Траншея выполнена из соединенных своими участками криволинейных секций. Экран снабжен вогнутостью, выпуклостью криволинейных секций обращенных навстречу колебаниям. Устройство снабжено расположенными на расстоянии друг от друга скважинами, каждая из которых размещена против соответствующи х участков траншей в центре кривизны и заполнена поглощающим колебания материалом. Недостатком устройства является наличие одновременно выпукло-вогнутых траншей, не снабженных амортизаторами, рессорами, резонаторами, вследствие чего устройством невозможно достичь разбалансировки частот. Недостатком устройства является наличие системы скважин, способствующи х образованию за фронтом скважин за счет их обтекания интерферационных волн, с образованием пучков-концентраторов с высокой амплитудой колебаний, с возможностью образования резонанса. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для защиты фундаментов сооружений, путем введения в конструкцию новых Х-образной формы рессор, с возможностью регулирования собственных частот и частот генерируемых (вынужденных) волн, чем достигается изменение частот и амплитуд наложенных колебаний и их стабилизация. Поставленная задача решается тем, что устройство для реализации способа гашения колебаний сооружений, содержащее поглощающие колебания материалы, размещенные внутри на криволинейных участках траншей, концентраторы волн, выполненных в виде скважин, размещенных в центре кривизны траншей согласно изобретения, оно выполнено Х-образной формы о виде двух обращенных вершинами друг другу и составленных из ребристых железобетонных плит рессоррефлекторов, снабженных датчиками сопротивлений, монтажными стыками, оголовниками, продольными тягами, амортизаторами, шаровыми опорами, что оно в поперечном направлении дополнительно снабжено резонаторами с противовесами размещенными в колодцах, приборами для измерения виброграмм и перемещений. При возникновении возмущающи х колебаний грунтов в продольном направлении при помощи тяг и амортизаторов, концы рефлекторов сходятся, а в поперечном направлении при помощи противовесов и резонаторов концы рефлекторов возвращаются обратно, т.е. по принципу работы "вагонных рессор" происходит гашение толчков и стабилизация колебаний, следовательно, достижение поставленной задачи. На фиг.1 представлено описываемое устройство в плане; фиг.2 - разрез I - I; на фиг.3 вид с торца. Устройство размещено в траншее 1 (например, вдоль полотна железной дороги), содержит две рессоры 2, составленных из ребристых железобетонных плит (например, 3 ´ 12м), соединенных монтажными стыками 3 и жестким шарниром 4, снабженных оголовниками 5, амортизаторами б, продольными тягами 7 с резьбовыми соединениями 8 на концах; в поперечном направлении оно снабжено резонаторами (в виде пружин в цилиндре), гибкими нитями 10, блоками 11, на осях 12, вибрографами в смотровых колодцах 13, 14, 15, подвижными шарнирами 16, расположенными между стальными пластинами, датчиками сопротивлений 17, размещенными на рессорах вблизи сечения с наибольшим изгибающим моментом. Устройство размещено в среде сухого торфа 18, не препятствующего горизонтально-продольным и горизонтально-поперечным колебаниям. Как известно, колебательные процессы характеризуются частотой, амплитудами, напряжениями в материалах, ускорениями вертикальных перемещений. Проведены испытания способа и устройства на модели в 1/50 натурной величины. За один час было зафиксировано различных колебаний от проезда 50 условно транспортных единиц. Перемещения модели при колебаниях записывались на ленте осциллографа и с помощью индикаторов. В таблице представлено сравнение опытных величин с теоретическими. Установлено, что модель устройства примерно в 20 раз уменьшает частоты колебаний в упругой среде. Устройство работает следующим образом. Ударная волна сначала воспринимается вогнутым рефлектором рессоры 2, вызывает колебания ее участков. В траншее 1 перемещения гасителя воспринимаются амортизаторами 6 и резонаторами 9, которые через гибкие нити 10 передаются вибрографам 13. Происходит наложение свободных колебаний с вынужденными. После записи на ленту нескольких виброграмм (при помощи 13, когда навстречу друг другу проходят два поезда) осуществляют коррекцию виброграмм, С помощью амортизатора 6 изменяют длину тяги 7, радиус кривизны рефлекторов, тем самым жесткость рессор 2. Демпфирование концов рессор передается на резонаторы 9, потенциальная анергия которых через гибкие нити 10 передается на противовесы 14. Поднимаясь и опускаясь противовесы совместно с резонаторами 9 производят гашение вибрационных колебаний рессор и упругой средыторфа 18 внутри рессор. Таким образом, происходит управляемое регулирование процессом гашения. Подвижные опоры 16 между пластинами не препятствуют перемещениям жестко связанных между собой рессор. Оставшаяся часть потенциальной энергии от вибрационных нагрузок концентрируется вокруг трех колодцев, где окончательно происходит гашение колебаний упругой среды. Известно очень много зданий, подвергающихся разрушительным вибрационнотранспортным воздействиям, которые нуждаются в немедленном усилении. Использование предлагаемого способа и устройства по сравнению с базовыми резко (примерно в 20 раз) позволяет повысить эффективность гашения колебаний оснований фундаментов, тем самым увеличить надежность зданий и их долговечность. Кроме того, предлагаемый способ и устройство по сравнению с базовыми и другими техническими решениями позволяют: - снизить объемы земляных работ на 50% (в прототипе траншеи возводятся вокруг всех фундаментов здания); - сократить сроки строительства в 3 раза, за счет снижения перевозок земляных масс, экономии горючего; - снизить общую трудоемкость на 20% за счет амортизационных расходов, за счет индустриализации процессов монтажа и применения в качестве рессор-рефлекторов типовых железобетонных изделий. Предлагаемый способ может быть использован при любых динамических нагрузках в широком спектре частот, особенно при наиболее опасных для сооружений низких частотах.