Роликовий гаситель вимушених коливань висотних споруд

1 Роликовий гаситель вимушених коливань висотних споруд, який містить робоче тіло гасителя та пружно-демпфірувальну систему кріплення його до споруди, який відрізняється тим, що робоче тіло гасителя виконано у вигляді верхньої рухомої опорної плити змінної маси з угнутими робочими сферичними виїмками на нижній и поверхні в КІЛЬКОСТІ не менше трьох, а система кріплення являє собою нижню нерухому опорну плиту, своєю нижньою опорною поверхнею опертої та жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди та на верхній поверхні якої за до Винахід стосується області вібростійкого будівництва і може бути використаний для віброзахисту висотних споруд (типу телевізійних веж, металевих башт та димарів, радіощогл тощо) від впливу небезпечних сейсмічних, вітрових та промислових вібраційних збуджень в діапазоні низьких частот (не більше 0,25 - 0,30Гц) та великих переміщень (2,5 - 3,0м) Існує маятниковий гаситель з нелінійним затуханням ( в кн "Динамический расчет сооружений на специальные воздействия" (Справочник проектировщика под редакцией Б Г Коренева, И М Рабиновича), М Стройиздат, 1981 р, стр 159-160, рис 12 11) У конструкцію гасителя входить вантаж - робоче тіло гасителя, який з'єднано зі спорудою за допомогою пружнодемпфірувальної системи кріплення у вигляді підвісу ПІДВІС складається з просторової рами, жорстко закріпленої відносно споруди на двох опорах, до якої на багатопрядевих тросах з жорстким осердям підвішено тіло гасителя Настройку гасителя виконують, змінюючи відстань між двома опорами Демпфірування руху робочого тіла гаси помогою циліндричних шарнірів закріплено вертикальні Г-подібні стійки у КІЛЬКОСТІ, що дорівнює числу сферичних виїмок на верхній рухомій опорній плиті, причому кожна Г-подібна стійка своїм нижнім кінцем спирається на нижню нерухому опорну плиту через сферичний шарнір, а перпендикулярно ДО КІНЦЯ КОНСОЛІ К Ж О Г-ПОДібНОІ О НЇ стійки жорстко закріплено горизонтальну вісь, на якій за допомогою циліндричних шарнірів симетрично відносно поздовжньої осі консолі закріплено пару погумованих коліщаток для взаємодії із ВІДПОВІДНИМИ сферичними виїмками верхньої рухомої опорної плити 2 Гаситель за п 1, який відрізняється тим, що у пружно-демпфірувальну систему кріплення гасителя входять два повітряних демпфери, які за допомогою сферичних шарнірів зв'язують верхню рухому та нижню нерухому опорні плити та працюють у взаємно перпендикулярних напрямках теля виконується за рахунок згинання тросів і воно також однозначно визначається силами тертя між прядями тросів підвісу До недоліків даного пристрою слід віднести великі габаріти гасителя (довжина його підвісу повинна дорівнювати 3 - 10м), нетехнолопчність настройки та його обслуговування у підвішеному положенні (при масі робочого тіла в декілька тон) Для цього потрібні окреме об'ємне приміщення, спеціальні ПІДЙОМНІ пристрої та механізми, щоб знімати та встановлювати назад ПІДВІС ДЛЯ ЗМІНИ маси тіла гасителя та відстаней між опорами для відповідної настройки гасителя Крім того, функціонування гасителя такої конструкції не є надійним та безпечним, бо в точках підвісу існує можливість перетирання або корозії прядей тросів або елементів кріплення тросів до просторової рами Це може призвести до обриву тросів підвісу з обрушенням робочого тіла гасителя в середині висотної споруди з небезпечними наслідками За прототип винаходу нами було прийнято гаситель коливань висотних споруд (Патент України № 40322А, М кл F16 F7/10, опубл 16 07 2001, 00 о> 00 ю 58981 Бюл №6) який складається з робочого тіла гасителя та пружно-демпфірувальної системи його кріплення до споруди, причому систему кріплення виконано у вигляді опорного тареля з угнутим циліндричним робочим жолобом, напрямну криву якого виконано у вигляді циклоїди, а з торців робочий жолоб закривається знімними вертикальними бортами з криволінійними вікнами, причому опорний таріль жорстко закріплюють на перекритті у верхній частині споруди, а робоче тіло гасителя встановлюють у вказаний жолоб опорного тареля Крім того, робоче тіло гасителя виконано набірним у вигляді котка, який складається з головної масивної частини з прилаштованими до неї по топиям валами, на які насаджуються додаткові, менші за масою, диски, причому КІНЦІ вказаних валів вільно входять v криволінійні вікна знімних вертикальних бортів опорного тареля Крім того, між додатковими дисками та головною масивною частиною робочого тіла гасителя встановлено пружні елементи з можливістю їх регулювання через вікна у вертикальних бокових бортах опорного тареля До недоліків цього гасителя слід віднести нетехнолопчність його настройки на напрям вимушених коливань, бо при кожній ЗМІНІ напряму повітряного потоку потрібно переналаштовувати опорний тарель на його функціонування в цьому новому напрямі Але експлуатація гасителя не повинна залежати від напряму дії повітряного потоку, а сам гаситель повинен самостійно "вибирати" цей напрям віброзахисту Крім того, з часом ізза корозії матеріалів, із яких виконані елементи цього гасителя, між вертикальними бортами опорного тареля та елементами котка виникає сухе кулонове тертя все більшого та неконтрольованого рівня, яке не піддається настройці та може бути небезпечним явищем В основу винаходу було покладено наступну задачу створення роликового гасителя вимушених коливань висотних споруд шляхом спрощення технології обслуговування та настройки гасителя на потрібні частоту та напрям його дії забезпечити безпечне, надійне та автономне функціонування гасителя в процесі демпфірування вимушених коливань споруди Поставлена задача вирішується тим, що в роликовому гасителі вимушених коливань висотних споруд, який складається з робочого тіла гасителя та пружно-демпфірувальної системи кріплення його до споруди, згідно з винаходом робоче тіло гасителя виконане у вигляді верхньої рухомої опорної плити змінної маси з вгнутими робочими сферичними виїмками на нижній її поверхні в КІЛЬКОСТІ не менше трьох, а система кріплення представляє собою нижню нерухому опорну плиту, своєю нижньою опорною поверхнею опертої та жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди та на верхній поверхні якої за допомогою циліндричних шарнирів закріплено вертикальні Г-подібні стійки у КІЛЬКОСТІ, рівній числу сферичних виїмок на верхній рухомій опорній плиті, причому кожна Гподібна стійка своїм нижнім кінцем спирається на нижню нерухому опорну плиту через сферичний шарнір, а перпендикулярно до кінця консолі кожної Г-подібної стійки жорстко закріплено горизонталь ну вісь, на якій за допомогою циліндричних шарнирів симетрично відносно поздовжньої осі консолі закріплено пару обрезинених роликів для взаємодії із ВІДПОВІДНИМИ сферичними виїмками верхньої рухомої опорної плити Крім того, у пружно-демпфірувальну систему кріплення гасителя входять два повітряних демпфери, які за допомогою сферичних шарнирів зв'язують верхню рухому та нижню нерухому опорні плити та працюють у взаємноперпендикулярних напрямках Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає в наступному Перша ознака (робоче тіло гасителя виконане у вигляді верхньої рухомої опорної плити змінної маси з вгнутими робочими сферичними виїмками на нижній и поверхні в КІЛЬКОСТІ не менше трьох, а система кріплення представляє собою нижню нерухому опорну плиту, своєю нижньою опорною поверхнею опертої та жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди та на верхній поверхні якої за допомогою циліндричних шарнірів закріплено вертикальні Г-подібні стійки у КІЛЬКОСТІ, рівній числу сферичних виїмок на верхній рухомій опорній плиті ) та друга ознака ( два повітряних демпфери, які за допомогою сферичних шарнірів зв'язують верхню рухому та нижню нерухому опорні плити та працюють у взаємноперпендикулярних напрямках) разом дозволяють зняти питання про безпеку та надійність функціонування гасителя в процесі вимушених коливань Це пов'язано з тим, що робоче тіло через ролики та Г-подібні стійки (без підвісу) зпирається на нерухому опорну плиту і воно не може зірватися з неї завдяки його утримуванню обмежувальними повітряними демпферами при переміщенні відносно нерухомої опорної плити Крім того, ролики разом з робочим тілом у вигляді верхньої рухомої опорної плити мають можливість переміщення у довільному напрямі коливань споруди без додаткової переналадки гасителя на конкретний напрям коливань споруди в просторі незалежно від рози вітрів або напряму силового або кінематичного збудження іншої природи Експлуатація гасителя запропонованої конструкції не буде залежати від впливу температури, присутності агресивних середовищ та вологи Отже, корозія не буде впливати на функціональні можливості запропонованого гасителя Для його розміщення не потрібно мати велике об'ємне приміщення, бо його конструкція компактна та може бути змонтована у невеликому неопалюваному приміщенні Настройку гасителя можна виконувати дуже просто та технологічно, змінюючи масу робочого тіла в залежності від величини власної частоти коливань споруди (об'єкту), радіус R сферичних виїмок (за рахунок зміни сферичних вкладишів), а також коефіцієнти демпфірування повітряних демпферів, які обмежують переміщення рухомої плити відносно нерухомої Друга ознака (у пружно-демпфірувальну систему кріплення гасителя входять два повітряних демпфери, які шарнірно зв'язують верхню рухому та нижню нерухому опорні плити та працюють у взаємно-перпендикулярних напрямках) дозволяє 58981 регулювати (збільшувати або зменшувати) віброподавлення вимушених коливань висотної споруди завдяки неконсервативним силам ЛІНІЙНОВ'ЯЗКОГО опору, які виникають у двох демпферах На малюнку фіг 1 показано загальний вид запропонованого роликового гасителя вимушених коливань висотних споруд, на фіг 2 - вид А на фіг 1, на фіг 3 - розріз Б-Б на фіг 1 (збільшено) На перекриття 1 (у самій верхній частині висотної споруди або нижче в залежності від необхідності) жорстко закріплюють нижню нерухому опорну плиту 2 гасителя На верхній поверхні нижньої нерухомої плити 2 за допомогою циліндричних шарнирів 3 вертикально встановлені Г-подібні стійки 4 у КІЛЬКОСТІ не менше трьох Кожна Г-подібна стійка 4 своїм нижнім кінцем спирається на нижню нерухому опорну плиту 2 через сферичний шарнир 5 Перпендикулярно до кінця консолі 6 кожної Г-подібної стійки 4 жорстко закріплено горизонтальну вісь 7, на якій за допомогою циліндричних шарнирів 8 (наприклад, ПІДШИПНИКІВ) симетрично відносно поздовжньої осі консолі 6 закріплено пару обрезинених роликів 9 Вказані ролики 9 взаємодіють зі сферичними виїмками 10 верхньої рухомої опорної плити 11 змінної маси У запропонованому конструктивному рішенні гасителя масу верхньої рухомої опорної плити 11 можна змінювати за рахунок неперервної зміни маси піску, який заповнює контейнер 12 Нижня нерухома опорна плита 2 та верхня рухома опорна плита 11 з'єднані між собою двома повітряними демпферами 13, які функціонують у двох взаємно-перпендикулярних напрямах Для підвищення рівня демпфірування гасителя та підвищення коефіцієнта сухого кулонового тертя кожен ролик 9 кожної Г-подібної стійки 4 обладнано ободом 14 із твердої гуми В динаміці роликовий гаситель спрацьовує таким чином При відхиленні нижньої нерухомої опорної плити 2 (разом із висотною спорудою) від вертикалі в один бік верхня рухома опорна плита 11 переміщується відносно нижньої нерухомої опорної плити 2 в протилежний бік, причому ролики 9 Г-подібних стійок 4 перекочуються по сферичним виїмкам 10 верхньої рухомої опорної плити 11 За рахунок такого перекочування верхня рухома опорна плита 11 поступально піднімається на відповідну зовнішньому збудженню висоту та гасить вимушені коливання споруди При цьому кінетична енергія коливань споруди перетворюється на потенціальну енергію підйому робочого тіла 11 гасителя Завдяки відносним переміщенням опорних плит 2 та 11 в роботу включаються один або два повітряних демпфери 13 Тому частина кінетичної енергії коливань споруди неконсервативно витрачається на роботу по подоланню сил в'язкого опору між опорними плитами 2 та 11 Такий відбір енергії коливань в механічній системі "гаситель - споруда" поступово призводить до зменшення початкової амплітуди вимушених коливань споруди та стабілізації и на визначеному обмеженому рівні Цей рівень можна вибирати та регулювати в залежності від вимог будівельних нормативних документів за допомогою зміни трьох важливих параметрів гасителя радіуса R сферичних виїмок 10, маси робочого тіла 11 гасителя, коефіцієнта в'язкого демпфірування ^ у демпферах 13 В цьому гасителі можлива реалізація руху роликів 9 у довільному напрямі, так як кожна вертикальна Г-подібна стійка 4 може обертатись (практично без опору) у циліндричному шарнірі 3 довільним чином, автономно вибираючи та налаштовуючись на площину вимушених коливань споруди Для підвищення коефіцієнта сухого тертя між сферичними виїмками 10 та роликами 9 (з метою більш надійного забезпечення обертання роликів 9 як відносно своєї осі, так і відносно вертикальної осі Г-образної стійки 4) на периферії роликів 9 жорстко змонтовані резинові ободи 14 Таким чином, поєднання запропонованих ознак дозволяє отримати очікуваний технічний результат шляхом спрощення технології обслуговування та настройки гасителя на потрібні частоту та напрям дії забезпечити безпечне, надійне та автономне функціонування гасителя в процесі демпфірування вимушених коливань споруди 58981 І2 / У #/ г У s / Л / ///