Гаситель вимушених коливань висотних споруд

1. Гаситель вимушених коливань висотних споруд, який складається з робочого тіла гасителя та пружно-демпфірувальної системи його кріплення до споруди, який відрізняється тим, що система кріплення складається з поворотної опорної тарелі з верхньою робочою і нижньою опорною поверхнями та нерухомої опорної плити, жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди, які опираються одна на одну через ряд кульових тіл кочення, розміщених у заглибленнях у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних відповідно на нижній опорній поверхні поворотної тарелі та на верхній поверхні нерухомої плити, причому поворотна опорна таріль та нерухома опорна плита з'єднані між собою вертикальним шкворнем, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл, а робоче тіло гасителя встановлюють на верхню робочу поверхню поворотної опорної тарелі. 2. Гаситель по п. 1, який відрізняється тим, що верхня робоча поверхня поворотної опорної тарелі виконана у вигляді вгнутого циліндричного жолоба, напрямна крива якого є циклоїдою, а з торців циліндричний жолоб закривається знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів на глибину, меншу товщини самих бортів. 3. Гаситель по п. 1, який відрізняється тим, що робоче тіло гасителя виконано набірним у ви гляді катка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж її продольної осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків, закріплених відносно головної частини болтами, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташовано регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині стержнями, на зовнішніх кінцях яких закріплені тіла кочення у вигляді роликів з можливістю вільного перекочування по криволінійним пазам знімних вертикальних бортів поворотної опорної тарелі. (19) (21) 2001031779 (22) 16.03.2001 (24) 15.08.2001 (46) 15.08.2001, Бюл. № 7, 2001 р. (72) Легеза Віктор Петрович (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИ Х ТЕХНОЛОГІЙ А (54) ГАСИТЕЛЬ ВИМУШЕНИХ КОЛИВАНЬ ВИСОТНИХ СПОРУД 41171 рудою за допомогою пружно-демпфуючої системи у ви гляді підвісу. Підвіс складається з просто рової рами, жорстко закріпленої відносно споруди на двох опорах, до якої на багатопрядевих тро сах з жорстким осердям підвішено тіло гасителя. Настройку гасителя виконують, змінюючи відстань між двома опорами. Демпфування коливань тіла гасителя та висотної споруди здійснюється за рахунок згинання тросів та однозначно визначається силами тертя між прядями тросів підвісу. До недоліків даного пристрою слід віднести однонаправленність дії гасителя такої конструкції, бо фіксоване розташування просторової рами однозначно визначає площину коливань робочого тіла гасителя. Це обумовлене тим, що просторова рама жорстко кріпиться на двох опорах відносно висотної споруди і дозволяє робочому тілу коливатися тільки в своїй, строго фіксованій, площині. В свою чергу, це призводить до того, що в іншій площині вимуше них коливань споруди га ситель вже не буде спрацьовувати за своїм призначенням, або буде спрацьовувати не в необхідному режимі настройки на власну частоту коливань споруди. Тому, щоб належним чином настроїти га ситель на функціонування в потрібній площині вимушених коливань споруди, необхідні спеціальні підйомні пристрої та механізми, щоб знімати та встановлювати назад підвіс з робочим тілом для зміни напрямку площини коливань 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 привести до обриву тро сів підві су з обрушенням тіла гасителя в се редині висотної споруди з небезпечними наслідками. В основу ви находу було покладено наступ ну задачу створення гасителя вимуше них коливань висотних споруд: шляхом спрощен ня технології обслуговування та настройки гасителя на потрібну площину та частоту вимуше них коливань і ліквідації можливостей обриву його робочого тіла забезпечити надійне та безпечне функціонуван ня гасителя в процесі демпфування вимушених коливань споруди. Поставлена задача вирішуєть ся тим, що в гасителі вимуше них коливань висотних споруд, який складається з робочого тіла гасителя та пружно-демпфуючої системи його кріплення до споруди, згідно з винаходом система кріплення складається з поворотної опорної тарелі з верхньою робочою і нижньою опорною поверхнямита нерухомої опорної плити, жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди, які опираються одна на одну че рез ряд кульових тіл кочення, розміщених у заглибленнях у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних відповідно на нижній опорній поверхні поворотної тарелі та на верхній поверхні нерухо мої плити, причому поворотна опорна тарель та нерухо ма опорна плита з'єднані між собою вертикальним шкворнем, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл, а робоче тіло гасителя встановлюють на верхню робочу поверхню поворотної опорної тарелі. Крім того, вер хня робоча поверхня поворотної опорної та релі виконана у вигляді вгнутого циліндричного жолоба, напрямна крива якого є цик лоїдою, а з торців циліндричний жолоб закривається знімними вертикальними борта ми з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів на глибину, меншу товщи ни самих бортів. Крім того, робоче тіло гасителя виконано наборним у вигляді катка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж її продольної осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків, закріплених відносно головної частини болтами, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташова но регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині стержнями, на зовнішніх кінцях яких закріплені тіла кочення у вигляді роликів з можливістю вільного перекочування по криволінійним пазам знімних вертикальних бортів поворотної опорної тарелі. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає в наступ ному. Перша основна ознака (система кріплення складається з поворотної опорної тарелі з верхньою робочою і нижньою опорною поверхнями та нерухо мої опорної плити, жорстко закріпленої на перекритті у вер хній частині споруди,...) дозволяє зняти питання про належне настроювання гасителя на функціонування в потрібній площині вимушених коливань висотної споруди. Це пояснюється тим, що поворотна опорна тарель може бути повернута відносно нижньої опорної плити на любий кут, потрібний для належного вибору площини вимуше них коливань споруди. Та кий поворот легко здійснити завдяки шкворневому з'єднанню поворотної тарелі і нижньої плити та кульовим тілам кочення, розміщеним в заглибленнях у вигляді жолобоподібних кіл між згаданими тареллю та плитою. Друга основна ознака (верхня робоча поверхня поворотної опорної тарелі виконана у вигляді вгнутого циліндричного жолоба,напрямна крива якого є циклоїдою,...) забезпечує на дійність та безпеку функціонуван ня гасителя в процесі демпфування вимуше них коливань споруди, бо робоче тіло встановлюють безпосередньо (без підві су) у циліндричний жолоб на верхній робочій поверхні поворотної тарелі. При цьому рух робочого тіла обмежений верти кальними бортами поворотної тарелі, в яких зроблені криволінійні пази для взаємодії з зовнішніми кінцями двох підпружинених стержнів, розташованих в циліндричній порожнині робочого тіла у вигляді катка. Така взаємодія обмежує можливі переміщення робочого тіла як по вертикалі, так і по горизонталі, тому во но не може зірватися з циліндричної поверхні жолоба поворотної тарелі. Крім того, гаситель буде мати сталу власну частоту, бо напрямну криву жолоба виконано у вигляді циклоїди. Це забезпечує ізохронність коливань робочого ті ла в жолобі, що є необхідною умовою ефективного віброгасіння вимуше них коливань споруди. Технологічність настройки гасителя на власну частоту коливань споруди забезпечується тим, що вертикальні борта виконано знімними, невеликої маси, щоб швидко та зручно знімати та насаджувати (в залежності від необхідності) додаткові диски робочого тіла гасителя. 2 41171 Третя головна ознака (робоче тіло гасителя виконано наборним у вигляді катка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж її продольної осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків, закріплених відносно головної частини болтами, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташова но регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині стержнями...) дозволяє досить легко та технологічно змінювати масу робочого тіла гасителя зніманням та насаджуванням додаткових дисків в залежності від величини власної частоти коливань споруди, настроюючись на неї. Крім того, за допомогою регулювання пружного елемента (підтяжки або послаблення) можливо активно впливати на рівень демпфування коливань завдяки силам тертя кочення, які виникають між роликами на зовнішніх кінцях кожного з стержнів та криволінійними пазами вертикальних бортів поворотної тарелі. Крім того, зовнішні кінці вказаних стержнів щільно заходять у криволінійні пази, які виконані на вертикальних бортах поворотної тарелі, що надійно утримує робоче тіло на поверхні циліндричного жолоба при коливаннях. На малюнку Фіг.1 показано загальний вид динамічного гасителя вимушених коливань висотних споруд, на Фіг.2 - розріз А-А на Фіг.1 (збільшено). На перекриття 1 ( по можливості у са мій верхній частині висотної споруди) жорстко монтують опорну тарель 2 гасителя. Поворотна тарель 3 включає вгнутий циліндричний жолоб 4, напрямну криву якого виконано у вигляді циклоїди. З торців робочий жолоб 4 закривається знімними вертикальними бортами 5, в яких зроблено криволінійні пази 6. Робоче тіло 7 гасителя виконано наборним у ви гляді катка, який складається з головної масивної частини 8 з циліндричною порожниною 9 вздовж її продольної осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків 10, які закріплюються відносно головної частини 8 болтами 11. По центру порожнини 9 головної частини 8 розташовано регульований пружний елемент 12, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в цій же порожнині 9 стержнями 13. На зовнішніх кінцях обох стержнів 13 закріплені з можливістю вільного перекочування тіла кочення 14 у вигляді роликів, які перекочуються в процесі демпфування вимуше них коливань по криволінійним пазам 6 вертикальних бортів 5. Поворотна тарель 3 опирається своєю нижньою поверхнею на нижню нерухо му плиту 2 через ряд кульових тіл кочення 15, які розміщені у заглибленнях 16 у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних відповідно на нижній поверхні поворотної тарелі 3 та верхній поверхні нерухо мої плити 2. Між собою поворотна тарель 3 та нерухо ма плита 2 з'єднані шкворнем 17, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл. Для обмеження поперечних зміщень робочого тіла 7 (вздовж своєї продольної осі) відносно вгнутого циліндричного жолоба 4 на останньому виконані виступи 18. Після визначення потрібної площини вимушених коливань споруди та обертання поворотної тарелі 3 на необхідний кут (настройки гасителя на потрібну площину) поворотну тарель 3 фіксують відносно нижньої нерухо мої плити 2, наприклад, шкворнем 19. Для регулювання пружного елемента 12 в робочому ті лі 7 зроблено технологічний отвір 20. Процес демпфування вимуше них коливань споруди відбувається у той же спосіб, що і в прототипі: при відхиленні споруди від верти калі в один бік робоче тіло 7 гасителя відкочується в протилежний бік, піднімаючись по циліндричній поверхні жолоба 4 на відповідну зовнішньому збудженню висоту. При цьому кінетична енергія коливань споруди перетворюється на потенціальну енергію підйому робочого тіла 7 гасителя по вказаному жолобу 4 та пружних де формацій будівельних конструкцій самої споруди. Завдяки взаємодії роликів 14, які закріплені на стержнях 13, та криволінійних пазів 6 верти кальних бортів 5 частина цієї енергії неконсервативно витрачається на роботу сил тертя кочення між ними. Такий відбір енергії коливань на роботу сил тертя в систе мі "гаситель - висотна споруда" поступово призводить до зменшення початкової амплітуди ви мушених коливань та стабілізації її на визначеному обмеженому рівні. Цей рівень можна вибирати та регулювати в залежності від вимог будівельних нормативів за допомогою зміни маси робочого тіла 7 та сили притискання пружним елементом 12 стержнів 13 з роликами 14 до криволінійних пазів 6 вертикальних бортів 5. Але на відміну від прототи пу ви бір площини функціонування (коливань) гасителя, підбір (настройка) маси його робочого тіла 7 на потрібну частоту коливань та рівня їх демпфування (за рахунок підтяжки або відпускання пружного елемента 12 через отвір 20) здійснюється технологічно дуже просто та зручно. Крім того, в запропонованому гасителі знято питання про безпеку його функціонування, бо рух робочого тіла 7 надійно обмежено відповідними елементами кріплення гасителя відносно поворотної тарелі 3 і зірватися з циліндричної поверхні робочого жолоба 4 не має можливостей. Таким чином, поєднання запропонованих ознак дозволяє отримати очікуваний результат: забезпечити надійне та безпечне функціонуван ня гасителя в процесі демпфування вимушених коливань споруди шляхом спрощення технології обслуговування та настройки гасителя на потрібну площину та частоту коливань і ліквідації можливостей обриву його робочого тіла. 3 41171 Фіг. 1 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4 41171 5