 |
3.3.2. Системы с включающимися связями
|
|
|
|
3. 3. 2. Системы с включающимися связями
Эти системы относятся к классу нелинейных динамических систем с жесткой характеристикой. В отличие от систем с выключающимися связями, в системах с включающимися связями не происходит разрушения связей, и нет необходимости их восстанавливать после землетрясения. Здание с включающимися связями проектируется таким образом, чтобы оно имело низкую частоту собственных колебаний. При землетрясении в случае возникновения значительных перемещений основных несущих конструкций здания происходит включение связей, что приводит к существенному изменению жесткости системы и к увеличению " мгновенной" частоты собственных колебаний здания, в результате чего здание " уходит" от опасного для него резонансного режима колебаний. Выполнить условие низкой частоты собственных колебаний системы можно практически для здания любой этажности. Для многоэтажного каркасного здания это условие выполняется автоматически, для здания малой этажности с жесткой конструктивной схемой следует применять гибкий первый этаж.
Осуществлять сейсмозащиту зданий с помощью включающихся связей целесообразно в районах, где возможно возникновение землетрясений как высокочастотных, так и низкочастотных. Достоинство системы с включающимися связями заключается в том, что она работает с полной нагрузкой лишь при землетрясениях, имеющих значительные ускорения на низких частотах, а такие землетрясения бывают довольно редко. При достаточно часто возникающих высокочастотных землетрясениях система с включающимися связями сохраняет все преимущества систем с сейсмоизоляцией. К недостатку системы с включающимися связями следует отнести возможность возникновения значительных усилий в конструкциях включающихся связей. Эффективность и надежность систем с включающими и выключающимися связями можно существенно повысить в случаи их совместного применения.
|
|
|
В качестве примера опоры с включающимися и выключающимися связями, можно привести конструкцию, являющуюся в период между землетрясениями неподвижной пространственно - жесткой, а при землетрясении - податливой. Конструкция состоит из жесткого стального разборного цилиндрического кожуха, внутри которого помещена многослойная резинометаллическая опора (рис. 3. 3. 1). При сейсмическом воздействии запорное устройство кожуха ослабевает или разрушается (т. е. жесткие связи выключаются), верхняя часть кожуха опускается и опирается на резинометаллическую опору (т. е. в работу включается резинометаллическая опора).
По принципу опор с выключающимися связями разработана система сейсмоизоляции с опорами маятникового типа, состоящая из нескольких вертикальных коротких качающихся железобетонных опор-стоек ромбической формы, расположенных в замкнутом пространстве, заполненном неопреновой массой. В конструкциях фундамента этого типа могут быть предусмотрены упоры из хрупкого материала, которые в период между землетрясениями ограничивают горизонтальные перемещения надземной части здания относительно фундамента, а при землетрясении разрушаются (т. е. выполняют функцию выключающихся связей).
Рисунок 3. 3. 1 - Конструктивная схема опоры с выключающимися связями
жесткости и с включающимися податливыми слоистыми опорами:
1 - нижняя часть кожуха; 2 - верхняя часть кожуха; 3 - клин; 4 - запорное
кольцо; 5 - резинометаллическая опора; 6 - стабилизирующий стержень;
7 - стабилизирующие кольца; 8 - болтовое соединение запорного кольца;
9 – анкер
3. 4. Системы с повышенным демпфированием
|
|
|
3. 4. 1. Системы с вязкими демпферами
Наиболее простым и эффективным способом уменьшения амплитуды колебания здания при землетрясении могло бы быть использование вязких демпферов промышленного изготовления.
Демпфер состоит из цилиндрического корпуса, в который с определенным зазором помещен поршень. Демпфирующая жидкость состоит из двух компонентов, один из которых имеет большую вязкость, но малый удельный вес (например, полиметилсилоксановая жидкость), другой — малую вязкость, но больший удельный вес (вода). Рассеивание энергии происходит как при движении поршня в вертикальном направлении, так и при движении в горизонтальном. Но такие демпферы довольно дороги, и в них используется дефицитная вязкая жидкость. Кроме того, они требуют периодической проверки в процессе эксплуатации. В связи с этим в практике сейсмостойкого строительства в нашей стране они не нашли практического применения. За рубежом вязкие демпферы нашли применение в системе сейсмоизоляции, применяемой фирмой GERB (ФРГ) для реакторов атомных
электростанций.
Распространение получили также вязкожидкостные демпферы, используемые для виброизоляции машин. К их достоинствам относится возможность значительного увеличения затухания без повышения жесткости и массы конструкций. Демпфирующая сила возникает при относительном движении статора и ротора благодаря повышенной вязкости заполняющей полиметилсиликоновой жидкости. Они особенно эффективны для подавления резонансных колебаний.
Разработана и применяется система многокомпонентной вибро – и сейсмозащиты (система GERB), представляющая собой пружинные виброизоляторы с поршневыми демпферами вязкого трения типа VES (рис. 3. 4. 1). В жилищном строительстве эта система вибро - и сейсмозащиты получила массовое применение (в настоящее время более 100 жилых зданий снабжены этой системой). Преимуществом системы является то, что она позволяет снизить реакцию сооружения, как на горизонтальный, так и вертикальный компонент сейсмического воздействия. Ускорения сейсмоизолированного здания снижаются в 8 раз.
Рисунок 3. 4. 1 - Конструктивная схема пружинного виброизолятора систе-
мы GERB (а) и вязкого демпфера VES (б):
1-поршневой вязкий демпфер VES; 2-болт; 3-опорная плита; 4-пружина;
5-корпус; 6-поршень; 7-вязкая жидкость
|
|
|
