Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Zpusob ochrany budov a objektu pred dynamickými silami ze zrychlení základové desky, napríklad pri zemetresení, a zarízení k provádení tohoto zpusobu
CZ298103B6
Czechia
- Other languages
English - Inventor
Bierwirth@Friedhelm
Description
translated from
Způsob ochrany budov a objektu před dynamickými silami zc zrychlení základové desky, například pří zemětřesení, sc provádí lak. Že v systému nesoucím objekt sc působení stabilních podpěrných elementu, nadzvedávajících hmotu objektu, a labilních podpěrných elementu, způsobujících pokles hmoty objektu, superponuje lim způsobem, že při střídavém vodorovném pohy bu základové desky v důsledků zemětřesení se pod vlivem přemístění opěrných bodů podpěrných elementů, spojených se základovou deskou, vůči poloze nesené hmoty objektu uskuteční pouze malé nadzvednutí hmoty objektu na podpěrném bodě, čímž se vytvoří jen malá vratná síla stabilizující ve směru do klidové polohy, z čehož vznikne jen malé zrychlení objektu s dlouhou periodou vlastního kmitání. Pro uloženi objektu na alespoň třech úložných bodech pro oddělené kmitání od kmitající základové desky pro ochranu objektu před kmitáním základové desky je provedeno podepření objektu na spojovacím elementu, který je podepřen prostřednictvím výky vné do všech směru uložených podpěrných elementů, které navzájem spojuje, na kmitající základové desce. Spojovací element společně s podpěrnými elementy k němu otočně připojenými představuje ochranný modul (56) na bázi virtuálního kyvadla (PJ. které pro úložný bod objektu na spojovacím elementu vytváří srovnatelnou Ibrmu pohy bu jakou opisuje volný konec velmi dlouhého kyvadla.
C'Z 298103 B6
Způsob ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
1. Oblast použití vynálezu
1.1. Všeobecné použití
Vynález sc týká způsobu ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Zařízení podle vynálezu zachycující zatížení, provedená jako nové ochranné moduly proti zcmč15 třesení, jsou relativně jednoduše provedenými nosnými konstrukcemi, které mají vždy jeden podpěrný bod zachycující zatížení způsobené budovu nebo jinými objekty, uspořádaný například místo sloupu.
Ochranné moduly proti zemětřesení na bázi virtuálního kyvadla mohou být navrženy pro nejrůz20 nější použití a jsou určeny pro podepření jak lehkých, tak i nejtěžších objektů.
Tyto ochranné moduly proti zemětřesení jsou založeny na novém způsobu vytvoření virtuálních kyvadel a zvlášť výhodně mohou být použity pro uložení a podepření, odolávající působení zemětřesení, budov a konstrukcí všeho druhu, od mobilních domovů až po obytné budovy, ná25 kupní centra, parkovací domy, nemocnice, mrakodrapy, věže, mosty, visuté silnice, výškové zásobníky vody, skladovací nádrže, sila, lanové dráhy a stožáry lanových drah, stožáry vysokého napětí, osvětlovací zařízení, průmyslová, chemická a nukleární zařízení, trubkové mosty a visuté trubkové silnice, potrubí a jiných objektů, pro izolování vodorovných pohybů a zrychlení způsobených zemětřesením a sil a ničivých vlivů jimi vyvolaných.
Zejména při stavbě zařízení, u nichž má být dosaženo zvlášť intenzivního zabezpečení, protože jejich zničení nebo poškození by mohlo vyvolat další škody, jako jsou například nukleární zařízení a chemická zařízení s nebezpečnými látkami, má zabezpečení proti poškození vlivem zemětřesení zvlášť velký význam.
Systém je zvlášť vhodný rovněž pro mosty. Jeho použitím je možno zcela odstranit problémy, pro něž u doposud známých systémů neexistovalo žádné řešení.
Použití ochranného systému proti zemětřesení přináší rovněž výhody u průmyslových zařízení 40 s citlivými výrobními procesy, jako je například výroba čipů.
Ochrana objektů je přitom tak dokonalá, že budovy nebo zařízení, které mají být chráněny , jsou zcela izolovány od pohybů půdy a zůstávají stát na stejném místě v klidové poloze, a to i při zemětřesení největší velikosti.
Takto dokonalá ochrana jc zejména zapotřebí i u nemocnic, které nemohou být při zemětřesení rychle evakuovány. a které proto mohou v případě katastrofy nerušeně fungovat, a když je nutno lékařsky zaopatřit oběti katastrofy, mohou dokonce v průběhu i silných otřesů provádět operace.
Použití vynálezu ve velké míře zmenšuje nebezpečí ztekucení nebo plastifikace půdy, ke kterému může při zemětřesení u určitých podloží budov docházet, protože reaktivní působení hmoty budovy na podloží sc při kmitání půdy sníží na extremně male hodnoty.
Účinek exploze v blízkosti objektu chráněného systémem podle vy nálezu sc rovněž zmenší.
5
Zavěšené objekty, jako jsou osvětlovací zařízení, od nichž hrozí nebezpečí požáru, a které jsou tudíž zdrojem ohrožení, mohou být rovněž chráněny zavěšením na virtuálních kyvadlech před poškozením nebo zničením.
Objekty na pilotách a stožárech, které jsou rovněž ohroženy zemětřesením, mohou být rovněž chráněny způsobem podle vynálezu.
Pomocí virtuálních kyvadel je rovněž možno dosáhnout aktivně nebo pasivně se pohybujícími hmotami s výhodou tlumení kmitání věží, vysokých stožárů a průmyslových komínů.
lí)
Ochranný modul proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel je základním izolačním systémem, kompaktním, pasivně působícím a zatížení nesoucím zařízením, které se instaluje v suterénu nebo přízemí budovy. Systém brání přenosu kmitání a nárazů půdy na chráněný objekt při zemětřesení. Ochranným modulem proti zemětřesení je budova oddělena od všech pohybů podloží a základois vé desky.
Navíc má systém podle vynálezu další charakteristiky: sám se centruje a neumožňuje žádná horizontální posunutí způsobená malými silami, vyvolanými větrem nebo bouří. U vysokých budov brání naklánění svislá tuhost. U budov s určitým poměrem výšky k šířce je možno podle potřeby 20 zabudovat další komponenty, aby docházelo k absorbování i svislých kmitů. Systém podle vynálezu může být dimenzován na jakoukoli potřebnou vodorovnou amplitudu kmitání. Ochranný modul proti zemětřesení může být proveden tak, Žc nevyžaduje údržbu.
V případě extremně silného zemětřesení, k němuž někdy v určitých oblastech dochází, neposta25 čujc ochrana dosavadních ochranných systémů a konvenčních způsobů podle stavebních předpisů a škody jsou značné. Na rozdíl od toho při použití ochranného systému proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel nemá velikost zemětřesení, velikost kmitů a frekvence kmitů půdy žádný vliv na chování systému a na téměř klidnou polohu objektu neseného ochranným modulem proti zemětřesení, který má dlouhou periodu vlastního kmitání.
1.2. Dodatečné vybavení existujících domů
Dodatečné vybavení ochrannými moduly proti zemětřesení je rovněž možné.
II existujících budov, které mají skeletovou konstrukci, jc dodatečné vybavení v zásadě dobře proveditelné a v mnoha případech může být provedeno relativně jednoduše.
U staršího provedení budov s masivní konstrukcí jsou úpravy proti zemětřesení dodatečným vybavením rovněž v zásadě možné. Pomocí běžných prostředkuje však takové opatření spojeno 40 s relativně vysokými náklady.
Pomocí nové technologie ochrany proti zemětřesení, to znamená pomocí nově vyvinutého způsobu, pomocí speciálních strojů za tím účelem upravených a pomocí dodatečného vybavení ochrannými moduly proti zemětřesení, se vysoce mechanizovaným způsobeni práce umožní zlepšení 45 ochrany proti zemětřesení existujících a dokonce i antických budov a dalších objektů hospodárným a racionálním způsobem s přijatelnými náklady. Tento nový způsob vybavení budov může být použit jak u budov na normální půdě, tak i u domů postavených na skalnatém podkladu.
2. Pozadí
Posunování kontinentálních desek, představující geofyzikální jev je stále častěji zdrojem zemětřesení.
Celosvětový problém způsobený zemětřesením
Protože zemětřesení si velmi často vyžádá mnoho obětí a způsobu obrovské hospodářské škody, je vylepšení bezpečnosti proti účinkům zemětřesení velmi zapotřebí. Je nutno vytvořit takové io možnosti, pomocí nichž bude možno v budoucnosti tento problém značně zmírnit. Ve dvacátém století již přišlo o život asi 1,6 miliónů lidí. V celosvětovém měřítku je zemětřesením neustále ohroženo více než 40 zemí.
Těmto nebezpečím by mělo být možno čelit řešením podle vynálezu. Mechanika použitá na 15 základě fyziky to umožňuje a zmírňuje ohrožení z geofyzikálního hlediska.
Dosavadní stav techniky
3. Stav techniky
3.1. Stavební předpisy pro zabezpečení ochrany proti zemětřesení
Konstrukční předpisy pro stavbu budov v oblastech ohrožených zemětřesením zohledňují zpraží vidla zjištěnou menší velikost zemětřesení, která je pravděpodobná ze statistických pozorování při častějším výskytu, a podle toho určují dimenzování pro potřebnou pevnost konstrukcí budov.
Přitom se stále více zohledňují zvláštní možnosti směřující ktomu, a by v určitých částech konstrukce budovy byla zjištěna pružnost, čímž se při pružných deformacích konstrukce budovy .to místně zmenšují síly, které mají být konstrukcí přenášeny, tím. že pohyb hmotnostních podílů budovy nacházejících sc nad těmito pružnými částmi se v důsledku pružných deformací opožd‘ujc za počátečním pohybem, čímž se zmenšují špičkové hodnoty zrych len i.
Při zemětřesení, při němž dojde k překročení hodnot zatížení tvořících základ konstrukčních 35 předpisů, jc možno očekávat poškození nebo zničení budovy a nebezpečí ohrožení lidského života, jak výskyt zemětřesení v poslední době zřetelně ukázal.
Proto se nutně dojde k závěru, že způsoby dimenzování budov pro zajištění proti zemětřesení odpovídajícím výpočtem a dimenzováním jsou při silnějším zemětřesení nedostatečné.
Podle bezpečnostních předpisů pro zajištění konstrukcí proti zemětřesení jsou definována takzvaná referenční zemětřesení, pro která musí být podle způsobů výpočtu rozměrů dokázána bezpečnost pro základní případy zatížení.
Předpoklady týkající se chování budov a pružnosti konstrukcí mají velký stupeň nejistoty.
Zrychlení tvořící základ tohoto referenčního zemětřesení jsou při skutečném zemětřesení často překročeno, někdy i značně.
Dimenzování na takové extrémní případy by nebylo proveditelné bez zvláštních opatření. Při extrémním zemětřesení selhávají všechny konvenčně provedené konstrukce.
Dosavadní mínění odborného světa, že ničivé vlivy pohybů pocházejících ze zemětřesení, a tím vznikající síly, působící na stavbu, mohou být v důsledku nanejvýše pevné konstrukce nebo 55 v důsledku použití pružných a kmitání tlumících členů vyloučeny, se očividně nepotvrdilo.
- i C7. 298103 B6
Rovněž představa, žc třením nebo tlumením je možno snížit škodlivý vliv pohybů pocházejících ze zemětřesení, se zdá být bez vyhlídek.
Výpočetní metody podle zákonných stavebních norem vycházejí ze silné zjednodušených modelů případů zatížení. Tyto zjednodušení metody rovněž poskytují nedostatečnou přesnost výsledků. Je však rovněž možné zjistit analýzou, která součást selže jako první, a tím začne zřícení budovy. Tyto metody výpočtů dimenzování budov mohou popřípadě sloužit k tomu, aby v příslušných oblastech snesly budovy bez nebezpečných poškození pravidelně se opakující mírná zemětřesení.
Z toho je nutno vyvodit závěr, že tyto způsoby jsou nedostatečné k vytvoření budov skutečně zajištěných proti zemětřesení.
Z četných ničivých vlivů, způsobených zemětřesením na celém světě v poslední době, z materiálních škod a v neposlední řadě z obětí na lidských životech vyplývá, žc cílem snažení musí být dosažení vylepšení ochrany proti zemětřesení.
3.2. Vyhodnocení konvenčních způsobů zajištění proti zemětřesení
Těžiště konstrukčního tělesa leží vesměs nad jeho základní plochou. Pohyb podloží a základové desky tedy musí být přenášen do těžiště budovy. Síla ve formě smyku způsobená konstrukčním tělesem je reakcí setrvačnosti hmoty' o velikosti součinu hmoty a zrychlení působícího na tuto hmotu.
V závislosti na použitém stavebním materiálu je možno při jakékoli velikosti vzniklého zrychlení dosáhnout a překročit mezní hodnotu pevnosti konstrukce.
Proto není možno u konstrukce budovy spojené obvykle pevně s podložím dosáhnout skutečného zajištění proti zemětřesení.
Při jakékoli intenzitě zemětřesení a při zrychlení s tím spojeným musí nutně selhat každá konstrukce budovy, která je pevně spojena s podložím prostřednictvím základů nebo připouští pouze malé posunutí vůči podloží.
Rovněž představy, že třením nebo tlumením je možno snížit škodlivý vliv pocházející z pohybů vznikajících při zemětřesení, sc zdají být bez vyhlídek.
Z energie, která se pohybem při zemětřesení přenáší na budovu, může být procentový podíl, který se odebere z ničivé činnosti odvedením, nebo, přesněji vyjádřeno, přeměnou na teplo, například tlumením, jen malý. Při silnějším zemětřesení nemůže proto použité tření způsobené tlumením zabránit ničivému působení zemětřesení.
Moderní řešení, jako například pružné konstrukce / ocelových rámů, které utrpěly velké škody při zemětřesení v Northridge. a izolační systémy izolující budovy od podloží by měly absorbovat nebo odvést určitý procentový podíl energie, kterou pohyby způsobené zemětřesením přenášejí na konstrukci budovy. Poslední studie IJ. S. Geological Survey a California Instítuts of Technology (CalTech) vyjadřují obavy, že i tyto druhy budov by mohly být poškozeny nebo dokonce zničeny v případě skutečně silného zemětřesení, kdyby se nacházely blízko epicentra.
3.3. Izolace základů konstrukce budovy
Snahy o zvýšení bezpečnosti budov proti zemětřesení vedly k vytvoření velkého počtu nových řešení, která vsak jako přihlášky vynálezu byla zamítnuta.
-4L·/. ZVňUU BO
Mezi technickými řešeními pro zabezpečení budov proti poškození ze zemětřesení jsou známá zařízení, která se používají navíc k obvyklému dimenzování konstrukce a k dimenzování podle předpisu, a která budovu od základů oddělují a spojují prostřednictvím pohyblivé podložky nebo podpírají prostřednictvím dílů s klouby.
Jedna skupina technických řešení, která patří k systémům základu nebo k systémům tvořících izolaci vůči podloží, umožňuje pohyb konstrukčního tělesa vůči podloží v určitých mezích. Všechna řešení přenášejí třením a tlumicími silami do nesené budovy smykové sily, které mohou být při vysokých frekvencích nebo při velkých amplitudách kmitů rovněž velmi kritické. Některá io z těchto řešení nepřenášejí žádné negativní svislé síly, a nejsou proto vhodná pro štíhle vysoké stavby a věže.
Ujednoho druhu izolace základů je konstrukční těleso uloženo na vodorovně pružných blocích, které sestávají z vodorovné vrstvených lamel střídavě zocelí a kaučuku (patenty US 4 527 365.
4 599 834, 4 593 502). Tyto bloky mají ve svislém směru vysokou schopnost zachycování zatížení a umožňují vodorovné posunutí horních lamel vůči dolním lamelám izolačního bloku, které jc však velmi omezené. Se zvětšujícím se posunutím ze střední polohy stoupá tuhost pružné charakteristiky, což znamená, že se zvyšuje tuhost bloků, což se projeví vzrůstem smykové síly, která je přenášena z podloží na konstrukční těleso, a která působí na konstrukci budovy. Tím může v extrémních případech v důsledku zvýšení tuhosti pryžových bloku dojít k poškození konstrukce a interiéru.
Tyto bloky mají při silném zemětřesení nevýhodu příliš malého zdvihu při pohybu ve vodorovném směru, čímž může dojít rovněž k ohrožení stavby. Kromě toho nejsou tyto pružné bloky 25 schopné zachycovat jmenovitá negativní zatížení vc svislem směru. Proto existuje nebezpečí odtržení.
Při uložení budov na lakových blocích pružných ve vodorovném směru se špičkové hodnoty zrychlení zmenší pružením a tlumením. Přesto dojde v určité míře k přenosu pohybu pudy do 30 budovy. Překročí-li vodorovná amplituda kmitání půdy boční pružný zdvih vodorovně pružného bloku, přenáší se rychlost půdy v plném rozsahu těmito bloky z oceli a clastomcru na chráněný objekt, přičemž existuje nebezpečí, že dojde k ustřižení bloků mezi ocelovými lamelami.
Při velkých amplitudách kmitání půdy mohou být pohyby konstrukčního tělesa podepřeného 35 clastomerovými blokv značné a pohyby budovy v jejích horních částech mohou být zesíleny takzvaným bičovým efektem.
U jiného druhu izolace základů je konstrukční těleso podepřeno na podloží prostřednictvím valivých nebo kluzných těles, která se mohou pohybovat mezi dvěma konkávními deskami nebo io mezi jednou rovnou a jednou konkávní deskou, takže tento podpěrný bod budovy se na horní desce pohybuje jako zavěšený na ky vadle (patenty US 4 644 714, 4 881 350). Tato zařízení nepřenášejí Žádné negativní síly a nejsou vhodná pro zachycování dvojic sil pocházejících z. ohybových momentu působících na stavbu.
Při podepření pomocí valivých těles vzniknou problémy z hlediska vysokých hertzových tlaků stím spojených na dotykových plochách. Tímto provedením jsou rovněž kladeny zvlášť vysoké požadavky na materiály a na povrchy příslušných součástí. Kromě toho není možno u tohoto druhu podepření přenášet žádné negativní síly.
Mezi rovnými deskami mohou být rovněž uspořádána podpěrná tělesa, jejichž poloměr zakřivení na dotykových plochách s deskami je větší než výška tělesa (DE-OS 20 21 031).
U tohoto provedení sc horní deska, to znamená opěrný bod neseného objektu, při kývavém odvalování podpěrného tělesa nadzvedává, přičemž rovněž dochází k pohybu podpěrného bodu jako 55 by byl zavěšený na kyvadle. Amplitudy kmitů těchto řešení jsou již při středně silném zemětřcsc
- 5 CZ ZV81UJ B6 ní nedostatečné. Vlastní kmitání těchto řešení je příliš blízká možnému kmitání při zemětřesení a dostatečné oddělení kmitání neexistuje, přičemž může docházet k rezonančnímu kmitání a nemohou být přenášeny negativní síly.
U dalšího druhu izolace základů jsou podpěrné body konstrukce budovy zavěšeny na kyvadlech (patenty US 1 761 321, 1 761 322. 2 035 099. 4 328 648). Provedení délek těchto kyvadel je možné jen v praktických mezích. Oddělení kmitání od kmitajícího podloží nebo kmitající základové desky je nedostatečné.
Pohyb systému je stanoven geometrií kyvadla. Rozměry kyvadel určují periodu vlastního kmitání. Stupeň odlišnosti vlastního kmitáni od kmitání pudy určuje pohyb hmoty konstrukčního tělesa zavěšené na kyvadlech.
Za věsí-li se předmět nebo konstrukční těleso na kyvadle jako v příkladech podle obr. 2, obr. 3 nebo obr. 4, má tento předmět vlastní dynamický pohyb jako matematické kyvadlo. Hmota 1 tělesa stavby nebo objektu působí jako síla podle svého rozložení na různé podpěrné body v dolním kloubu 3 kyvadla 2 účinkem zemské přitažlivosti a popřípadě přídavného zrychlení. Kyvadla 2 jsou v horním kloubu 4 nesena příslušně provedenou nosnou konstrukcí 5. Klouby 3 a 4 jsou provedeny bud' jako kulové klouby nebo kardanovc klouby a umožňují kývavé pohyby kyvadla ve dvou osách relativně vůči zavěšení nesoucímu zatížení a relativně vůči nesenému objektu nebo budově. Pohyby znázorněných příkladů provedení mohou být zredukovány na model matematického kyvadla.
U všech uvedených řešení se jedná o systémy schopné kmitání, jejichž vlastní kmitání se blíží kmitání způsobenému zemětřesením. Při maximálních amplitudách kmitání způsobeného zemětřesením nelze vyloučit rezonanci ve frekvenčním rozsahu kmitání způsobeného zemětřesením, přičemž nastávají další problémy, které mohou vyvolat poškození budov.
Vykonává-li systém budovy v blízkosti rezonančního kmitání s kmitáním způsobeným zemětřesením ještě přídavné klopné pohyby vůči svislé ose budovy, mají části budovy vzdálenější od země vyšší zrychlení a v důsledku toho na ně působí vyšší výsledné zatěžující síly.
Pomocí velmi pružných izolátorů mezi horní části budovy a jejími základy a pomocí s tím spojeného uložení konstrukčního tělesa poddajného ve vodorovném směru není možno při silnějších otřesech dosáhnout plně uspokojivých výsledků, když oddělení kmitání od sebe není dostatečné.
Možná blízkost rezonančního kmitání k možnému spektru kmitání vyvolanému zemětřesením může způsobit velké zvětšení amplitudy kmitání v horních částech budov.
Tím vzniká možnost, že konstrukční tělesa nesená takovými zařízeními se dostanou do silnějšího kmitání s odpovídající frekvencí.
V těchto situacích může docházet rovněž k poškozování budov a zůstává nebezpečí, že pohyblivé předměty uvnitř budovy budou klouzat sem a tam. čímž mohou způsobit škody a ohrožovat osoby·
3.4. Vymezení nového řešení vůči dosavadnímu stavu techniky
Při zvlášť silném zemětřesení, někdy označovaném jako BigShake nebo MegaShake, nebude ochrana dosahovaná známými ochrannými systémy a všemi dalšími konvenčními způsoby provedení podle stavebních předpisů dostatečná a dojde k jejímu selhání. Ničivé následky a počet obětí mohou nabýt katastrofálních rozměrů. Jsou známá zemětřesení sc statisíci obětí.
-6CZ 298103 B6
Známá řešení izolace podloží umožňují pohyblivost konstrukce budovy vůči podloží v úzkých mezích. S většími amplitudami kmitání klesá u známých ochranných systému stupeň snižování impulzu. Při extrémních zemětřeseních existuje možnost selhání ochranných systému.
Na rozdíl od známých ochranných systémů proti zemětřesení není řešení podle vynálezu ani odvalovacím ani kluzným ani elastomerovým zařízením, které energií absorbuje nebo odvádí, nýbrž je systémem, který impulz dále nevede, umožňuje volný pohyb vůči základové desce v každém směru, nedochází k žádné absorpci ani k rozložení energie. Řešení podle vynálezu způsobuje to, že nedochází k žádnému přenosu pohybu pudy a k žádnému přenosu energie do budoio vy.
Vynález lak. jak je definován v nárocích, se vyznačuje tím. že vodorovné kmitání základové desky, způsobené zemětřesením, se nepřenáší na stavbu, přičemž lato stavba nemůže sledovat kmilavý pohyb základové desky způsobený zemětřesením, a zůstává proto v klidové poloze. 15 Účinně sc přitom zamezí škodám způsobeným zemětřesením.
frekvence kmitání způsobeného zemětřesením a vlastní frekvence virtuálních kyvadel nesené konstrukce jsou od sebe odděleny do té míry, že pohyb půdy nemůže být přenášen na podepřenou neboli nesenou konstrukci. Princip je plně účinný beze změny chování při každé frekvenci kmitalo ní způsobeného zemětřesením. Podepřená nebo nesená hmota, která zůstává v klidové poloze.
nepůsobí na konstrukci budovy žádnými reakčními silami pocházejícími ze zrychlení. Nedochází proto k žádným poškozením budovy nebo interiéru dokonce ani při nejsilnějším myslitelném zemětřesení.
Naproti tomu elastomerová uložení a kluzná uložení využívající tření přenášejí na konstrukci budovy vždy nemalé smykové síly, což by mohlo být v extrémním případě i kritickým.
Zatímco uložení s izolací podloží prostřednictvím odvalovacích těles, elastomcrových bloku nebo kluzných zařízení nemohou zachycovat žádná svislá zatížení v tahu, jsou ochranné moduly proti 30 zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel vhodné k přenosu negativních svislých zatížení.
Ochranný systém proti zemětřesení podle vynálezu představuje perfektní systém pro izolaci vůči základové desce, který tvoří kompaktní, pasivně působící zatěžované zařízení, které může být instalováno v suterénu nebo přízemí budovy, a které umožňuje volný pohyb budovy vůči zákla35 dové desce v každém směru, přičemž současně umožňuje eliminování vlivu větrné energie.
Perfektní chování ochranných modulů proti zemětřesení není ovlivňováno velikostí impulzů, velikostí zemětřesení, zrychlením základové desky, amplitudou a frekvencí kmitání způsobeného zemětřesením, ať už harmonického nebo disharmonického. Výsledek je vždy tentýž: budova 4o zůstává v klidu a nepohybuje se. Všechny nároky jsou matematicky podloženy.
Ochranný modu! proti zemětřesení podle vynálezu není zařízením, které by energii zachycovalo nebo odvádělo, nýbrž je zařízením, které nepřenáší žádný vodorovný impulz a umožňuje volná posunutí vůči základové desce. Kmitání podepřených nebo nesených objektů, způsobené země45 třesením, může být sníženo téměř na nulu (méně než 0,01 g), nezávisle na intenzitě zemětřesení a nezávisle na frekvencích a amplitudách pohybu půdy. V důsledku toho se na budovu nepřenáší žádná energie pocházející z pohybu půdy. Smykové síly, které působí na budovu, sc sníží na bezvýznamné hodnoty.
I nejsilnější zemětřesení nezpůsobí na konstrukci, fasádě nebo interiéru budovy žádné škody. Osoba nacházející se v budově by možná ani nezpozorovala, že došlo k zemětřesení.
Ochranná funkce budovy je tak dokonalá, že nezávisle na intenzitě zemětřesení nemohou být na budovu přenášeny žádné síly s ničivým účinkem. Pomocí nového způsobu je umožněno dosá55 hnout takového chování tímto způsobem podepřeného nebo neseného objektu, že tento objekt
-7CZ 298103 B6 zůstane téměř v klidu, a to i tehdy, když se základová deska pohybuje s velkými amplitudami nebo s vysokými zrychleními.
Elastomerová uložení a třecí kluzná uložení nemohou zachycovat svislé tahové síly. Když země? třesení vyvolá vysoká svislá zrychlení, může dojít k poškození uložení nebo konstrukce, nebo dokonce k nadzvednutí od úložného místa, se závažnými důsledky. Tyto problémy znemožňují použití takových izolačních zařízení, izolujících budovy od podloží, u štíhlých vysokých domů, na které by mohly působit klopné momenty vznikající při silném větru nebo při zemětřesení v důsledku vysokých zrychlení podloží při velkých amplitudách pohybu podloží.
Ochranné moduly proti zemětřesení ve formě virtuálních kyvadel řeší tento problém zdvihacích sil spojením budovy se základy i při největších amplitudách kmitů základové desky, přičemž toto spojení je provedeno jako spojení s tvarovým stykem, to jest s tvarovým přizpůsobením navzájem zabírajících ploch, kde síla mezi oběma spojovacími součástmi není přenášena třením, magií netickými silami, přilnutím nebo silami způsobenými proudem, nýbrž pouze plochami, které sc n a v zá j c rn d ot ý k aj í nebo na sebe n a rážej í.
Pomocí této nové technologie je nyní rovněž umožněno úplné izolování nej vyšších výškových domů od pohybů způsobených zemětřesením.
Na štíhlý výškový dům podepřený tímto způsobem nepůsobí žádný takzvaný bičový efekt vyvolaný zemětřesením, okna nepra skají a v interiéru nepoletují žádné předměty.
Na základě principu svého provedení je výškový dům pomocí této technologie právě tak stabilní 25 a robustní jako běžně konstruované stavby s ocelovým skeletem s tou další výhodou, že se pohybů půdy nijak neúčastní, takže u něj nedochází k žádným deformacím s poškozením konstrukce, takže je perfektně zabezpečen proti zemětřesení.
Pomocí způsobu podle vynálezu dosáhne seizmické zabezpečení budov a objektů, uložených na 30 podpěrných nebo nosných zařízeních, která vytvářejí stejnou možnost pohybu bodu nesoucího zatížení jakou má dolní konec kyvadla s dlouhou periodou, a která tudíž představují virtuální kyvadlo, perfektní úrovně.
Maximální výchylky pohybů známých izolačních zařízení nejsou při silném zemětřesení dosla35 tečné. Dojde-li k překročení těchto hodnot, mohou být budovy poškozeny nebo zničeny.
Dokonce i blízko epicentra silného zemětřesení, kde dochází k velkým rozkmitům půdy, které všechny doposud známé ochranné systémy přetěžují, nabízí systém podle vynálezu bezpečnost, protože může být dimenzován na největší amplitudy kmitání.
Systém podle vynálezu plní vysokou ochrannou funkci tím. že vodorovná zrychlení, která mohou být přenášena ze základové desky na budovu, se omezí na bezvýznamné hod not v menší než 0,01 g.
S těmito možnostmi a charakteristikou nabízí popsaná technologie ochrany proti zemětřesení ve srovnání s již existující technikou jedinečné výhodné vlastnosti.
Není známý žádný další způsob, který by způsoboval srovnatelné chování.
Tímto novým revolučním principem nastal průlom v řešení celosvětového problému týkajícího sc úspěšného zabezpečení proti ohrožení způsobeného zemětřesením.
-8C7. 298103 B6
4. Přehled vynálezu
Vynález představuje systém pro izolaci budov od základové desky a jc kompaktním, pasivně působícím a zatížení zachycujícím zařízením, které může být instalováno v základech nebo sutc5 rénu budovy. Systém brání přenosu kmitání a nárazů půdy na chráněný objekt.
Chráněná budova je novou nosnou konstrukcí zcela izolována od vodorovného pohybu půdy, přičemž vlastní kmitání objektu jc dizonantně odděleno od kmitající základové desky.
ío Účinně se zabrání poškození způsobenému zemětřesením. Princip virtuálního kyvadla je účinný při každé frekvenci kmitání způsobeného zemětřesením a při každém zrychlení základové desky způsobeném zemětřesením a muže být dimenzován pro každou potřebnou amplitudu kmitání.
Nosné zařízení provedené na způsob virtuálního kyvadla může být dimenzováno pro každou is potřebnou amplitudu kmitání a pro všechna svislá zatížení, která připadají v úvahu, a nevyžaduje žádnou údržbu. Zařízení je vhodné pro zabezpečení objektů jakéhokoli druhu proti zemětřesení, aby došlo k jejich oddělení od kmitání půdy, a může být použito i pro zajištění proti zemětřesení dodatečným vybavením již existujících objektů.
Tento nově definovaný úkol je vyřešen tím. že konstrukční těleso, neboli objekt určený k ochraně, je uloženo na nosných konstrukcích, které jsou zde označovány jako ochranné moduly proti zemětřesení, které jsou pevně spojeny s půdou prostřednictvím souvislých společných základů nebo rovněž prostřednictvím jednotlivých základů pro jednotlivé ochranné moduly proti zemětřesení, přičemž tyto ochranné moduly proti zemětřesení nesou konstrukční těleso ve více bodech 25 a umožňují mu v podpěrných neboli nosných bodech vykonávat na ochranných modulech proti zemětřesení prostorový pohyb vc všech směrech s velkou amplitudou kmitů sinalou vratnou silou, která způsobuje jen minimální zrychlení.
Vynález představuje nosný systém, který není citlivý na zemětřesení, a který slouží k uložení .to a podepření konstrukcí všeho druhu, jako jsou budovy , mosty, věže, průmy slová a nukleární zařízení nebo jiné objekty, a který Je uspořádán mezi základy a podepřenou nebo nesenou konstrukcí a brání tomu, aby tato konstrukce nebyla vystavena měnícím se vodorovným pohybům a zrychlením způsobeným zemětřesením a z nich vyplývajícím silám v důsledku dynamiky knntavého pohybu, aby tak tyto konstrukce byly chráněny před ničivými účinky v důsledku zemětřesení.
Pro tlumení nebo eliminování svislých kmitání způsobených zemětřesením je možno v případě potřeby použít mechanických, hydropneumatických nebo viskoelastických pružících systémů s velmi plochou pružností v kombinaci s uložením prostřednictvím virtuálních kyvadel.,
4.1. Zadání úkolu a cíle
Úkolem vynálezu je vytvořit způsob a zařízení na ochranu proti zemětřesení, aby sc dosáhlo tak dokonalého izolování budovy nebo objektu od pohybu půdy, že nezávisle na intenzitě zemětřesení nemohou být na budovu přenášeny žádné síly s ničivým účinkem.
Je nutno dosáhnout rezonanční volnosti budovy při kmitání půdy, přičemž vlastní frekvence objektu v jeho uložení musí být od f rekvence kmitání půdy tak rozdílná, žc oba kmitavé systémy se od sebe oddělí a vodorovné síly způsobené zrychleními a nárazy v důsledku pohybu půdy nebudou moci být přenášeny na těleso budovy.
l.iší-li se frekvence kmitání způsobeného zemětřesením a vlastního kmitání nosné konstrukce s nesenou konstrukcí o faktor 20 a vyšší, není již možno očekávat to. že by kmitání půdy s podstatně vyšší frekvencí způsobilo kmitání nesené konstrukce. Kmitání nesené konstrukce s periodou 20 sekund nebo delší by již nebylo významné z hlediska ohrožení konstrukce. l akové poma55 lé kmitání a $ ním spojená malá zrychlení lze stěží ještě fyzicky vnímal.
-9LZ. ZVřílUJ Βϋ
4,2. Dedukce k řešení zadané úlohy
Následující zásadní úvahy slouží především k vyřešení daného problému.
Výchozím bodem úvahy je zavěšení hmoty na kyvadlech.
Obr. 5; Hmota objektu 1 působí jako hmotný bod na dolním konci kyvadla 2. Premíslí-li se hmota objektu 1 umístěná na dolním konci kyvadla 2 o hodnotu vodorovné výchylky c ze své statické klidové polohy; dojde současně k jejímu nadzvednutí o zdvih h, protože kyvadlo 2 o délce 1 opisuje svým dolním koncem 3 kružnici kolem horního závěsného bodu 4 o poloměru r. pro který platí r= 1. Protože pohyby v každém směru mohou být prováděny ve dvou osách, opisuje dolní konec 3 ky vadla 2, to znamená závěsný bod objektu sférickou plochu, která je při pohledu shora konkávní.
Nadzvednutí objektu 1 o zdvih 80 způsobí to. že hmota objektu 1 získá vyšší potenciální energii. Když přestane působit síla, která způsobila vodorovnou výchylku e hmoty objektu 1 a nadzvednutí hmoty objektu 1 o zdvih h, způsobí tahová síla Z v kyvadle 2 a síla ze zemské gravitace a z. hmoty objektu 1 (m*g) výslednou vratnou sílu R, která vrátí hmotu objektu 1_ na konci 3 kyvadla 2 do střední klidové polohy; Přitom hmota objektu 1 překmitne klidovou polohu a třecím tlumením se kmitání zastaví.
Stejné poměry nastanou tehdy, když se ze své klidové polohy nepohybuje hmota objektu 1, nýbrž tehdy, když se přemístí horní závěsný bod 4 kyvadla 2 prostřednictvím nosné konstrukce 5 v důsledku bočního pohybu základové desky 6. Tím se kyvadlo 2 nejprve dostane v důsledku setrvačnosti zavěšené hmoty objektu L která se tudíž opozdí, do šikmé polohy a hmota objektu 1 se nadzvedne. Pohyb hmoty objektu L který potom začne, se provede na způsob kmitání kyvadla.
Přitom pro úhlovou frekvenci kmitání platí vztah
(1) g ......... gravitační zrychlení
.......... délka kyvadla
Kmitání kyvadla jc přitom určeno výlučně délkou ky vadla.
Frekvence kmitání kyvadla je
(2)
Doba kmitu neboli perioda je ’r‘l, (?)
Velká délka kyvadla znamená tedy malou frekvenci kmitání ky vadla a dlouhou periodu kmitání.
- 10zvolyj no
Jsou-li frekvence kmitání kyvadla a vlastní frekvence základové desky velmi rozdílné, budou jejich pohyby od sebe prakticky odděleny.
Pohybuje-li se například horní závěsný bod kyvadla v důsledku vodorovného kmitání základové 5 desky v případě zemětřesení s frekvencí obvykle mezi 0,5 Hz a 2 Hz a má-li kyvadlo při své velké délce velmi nízkou vlastní frekvenci vůči budicí frekvenci, nemůže hmota objektu sledovat pohyb základové desky a zůstává téměř na místě. Když se hmota uvede do pohybu velmi malou rychlostí při dlouhé periodě vlastního kmitání, dojde s podstatně vyšší frekvenci k přemístění závěsného bodu kyvadla v opačném směru před tím. než by se hmota podstatně vzdálila ze své io původní polohy, lato inverze nastává při neustávajícím kmitání sc stálou zrněnou, takže hmota zůstává téměř na stejném místě.
Aby sc dosáhlo požadovaného oddělení kmitáni, je zapotřebí, aby délky kyvadel byly velké.
Proti provedení zvlášť velkých délek kyvadel však existují praktická hlediska.
Doposud uvažované kyvadlo, které je kloubově zavěšeno na svém horním konci, představuje stabilní nosný element, protože v důsledku gravitačního zrychlení má nesená hmota neustále snahu dostat se do stabilní neboli klidové polohy s nejníže položeným těžištěm.
Uskutečnění takzvaného virtuálního kyvadla, které umožní provedení male konstrukční výšky; avšak bude mít účinnost kyvadla s velkou délkou, a tudíž i dlouhou periodou kmitání, je založeno na tom principu, že působení stabilních nosných elementu, nadzvedávajících hmotu, a labilních nosných elementů, způsobujících klesání hmoty, se sdruží tím způsobem, že nadzvedávající sta25 bilizující vliv nepatrně, avšak dostatečně, převáží.
U stabilního nosného elementu má nesená hmota v rozsahu své volnosti pohybu vlivem gravitačního zrychlení snahu dosáhnout polohy s nej menší potenciální energií,
Je-li pohyb hmoty veden drahou nebo upoutáním, například ky vadlem tak. že přemístění z klidové polohy zvýší její potenciální energii, vrátí se hmota vlivem gravitačního zrychlení do své původní klidové polohy.
Poloha hmoty je stabilní.
Sníží-li sc při přemístění hmoty z výchozí polohy v důsledku předem stanovené dráhy jejího pohybu její potenciální energie, má hmota snahu účinkem gravitačního zrychlení dosáhnout dalšího snížení potenciální energie.
Poloha hmoty je nestabilní.
Sdružováním a superponováním obou vlivů, to znamená stabilním a labilním přemísťováním hmoty, sc vhodnou volbou geometrických velikostí vazebních členu dosáhne toho, žc výsledný pohyb hmoty vede k malému nadzvednutí a pouze k nepatrnému zvýšení potenciální energie, 45 výsledkem čehož jc pomalý návrat do klidové polohy, a proto dlouhá perioda vlastního kmitání.
Toto je účinek dlouhého kyvadla.
Když není podle vynálezu fyzikálně k dispozici dlouhé kyvadlo, a přesto se dosáhne účinnosti 5o dlouhého kyvadla s dlouhou periodou, hovoří se o takzvaném virtuálním kyvadle s dlouhou periodou.
Foto takzvané virtuální kyvadlo má však při malé konstrukční výšce účinnost dlouhého kyvadla s dlouhou periodou vlastního kmitání.
CZ Zy»lUJ BO
Když jc nyní při konstrukční výšce prostoru, která je k dispozici, a na ní závisle délce 1 kyvadla 2 zdvih h příliš velký, musí se přídavným superponováním negativní hodnoty, to znamená poklesu, dosáhnout výsledného malého nadzvednutí, které odpovídá žádanému výsledku. To je možné tehdy, když sc vhodným způsobem navzájem sdruží stabilní zavěšené kyvadlo a nestabilní stojící kyvadlo a při vodorovné výchylce spojených podpěrných členů se sečtou jejich příslušné svislé zdvihy, které jsou jednou pozitivní a jednou negativní.
Protože průběh zdvihů obou podpěrných členů v důsledku vodorovné výchylky je harmonický, jelikož podpěrné členy jsou přímo závislé na trigonometrické funkci, je rovněž průběh rozdílu obou svislých zdvihů v důsledku vodorovné výchylky harmonický, cožjc však v souladu s použitím tohoto principu pro splnění vytčeného cíle.
Na obr. 6 jc lato souvislost znázorněna. Hmotný bod dolního konce 3 stabilního kyvadla 2 o délce 1 vykoná při vodorovné výchylce e zdvih h. pro který platí
(4)
Horní konce stojícího nestabilního kyvadla 7 s délkou £ se v důsledku vodorovné výchylky t\ sníží o pokles s, pro který platí
(5)
SeČtou-1 í se svislé pohyby obou podpěrných členů, dojde k výslednému nadzvednutí se zdvihem h^.
Poměry α:β a c:cs jsou ovlivňovány druhem použité vazby a volně volitelným poměrem I: ls.
Přímým součtem svislých zdvihů stabilních a labilních podpěrných kyvadel se dosáhne ve výsledku poměrů, znázorněných na obr. 6.
Spojení stabilních a labilních podpěrných kyvadel je možno provést různým způsobem. Pro definování vhodných podpěrných bodů, které v důsledku vzájemného spojení pod společným vlivem přímo úměrného neboli proporcionálního nadzvednutí a poklesu obou druhů podpěrných kyvadel provedou požadované nadzvednutí, je možno použít pscudohodnot na podpěrných elementech nebo na spojovacích členech, proporcionálních pákovým vlivem se zdvihy a poklesy.
Na obr. 7 je znázorněna vodorovná výchylka cD zvoleného podpěrného bodu zatížení dolního konce virtuálního kyvadla, která je funkcí nebo prvním přiblížením přímo úměrným s vodorovnou výchylkou e na zavěšeném stabilním fyzickém kyvadlu.
Stejně tak jsou nadzvednutí a superponovaný pokles podpěrného bodu, dolního koncového bodu virtuálního kyvadla, funkčními nebo přímo úměrnými hodnotami s nadzvednutím nebo s poklesem hmotných bodů na zavěšených stabilních a stojících labilních fyzických kyvadlech.
Zdvih hp hmotného bodu P na virtuálním kyvadle v důsledku výchylky zc střední polohy odpovídá v prvním přiblížení kruhové dráze, přičemž tento hmotný bod P vykyvuje ve dvou osách a opisuje plochu ve formě sférické plochy, konkávní při pohledu shora.
Poloměr zakřivení sc rovná délce £ virtuálního kyvadla.
.
CZ 298103 136
Na obr. 8 představuje jeden podpěrný element stabilní zavěšené kyvadlo 2 o délce lh a další podpěrný element labilní stojící kyvadlo 7 o délce L,.
U zavěšeného kyvadla 2 se volně pohyblivý konec tohoto kyvadla 2 při kývání vychýlí o úhel a a nadzvedne o zdvih h. U stojícího kyvadla 7 se při pohybu tohoto kyvadla 7 vychýlí pohyblivý konec ky vadla 7 o úhel β a sníží o pokles s. U zavěšeného kyvadla 2 opisuje volný konec sférickou plochu, konkávní při pohledu shora. U stojícího kyvadla 7 opisuje volný konec sférickou plochu. konvexní při pohledu shora.
Obr. 9: Podle vynálezu se nyní oba podpěrné elementy, to jest zavěšené kyvadlo 2 a stojící kyvadlo 7, spojí prostřednictvím spojovacího elementu 8. Při sdruženém kývání obou kyvadel 2. 7 poklesne část spojovacího elementu 8. která se nachází u stojícího kyvadla 7. Část spojovacího elementu 8, která se nachází blíže zavěšeného kyvadla 2. se při kývání nadzvedne.
Na jakékoli části spojovacího elementu 8, který má délku e, se hmotný bod P spojovacího elementu 8, který představuje úložný bod P neseného objektu, při kývání obou navzájem spojených kyvadel 2. 7 v obou směrech pohybu v rozsahu základní vodorovné amplitudy poněkud nadzvedne o hodnotu od po v ídající poměru délek a ku b.
Tato skutečnost je ovlivňována volbou velikostí a vzájemných poměrů délek fs. J_b, c a poměrem délek a ku b. Menší délka lh zavěšeného kyvadla 2 znamená při stejné vodorovné výchylce e větší zdvih h konce zavěšeného kyvadla 2. Zvětšeni délky L stojícího kyvadla 7 znamená při stejné vodorovné výchylce e zmenšení poklesu s. Volba polohy bodu P na spojovacím elementu 8. který má délku c. v poměru délek a ku b, se provádí tak, že nadzvednutí bodu P při vodorovné výchylce e zavěšeného kyvadla 2 je v každém případě pozitivní, avšak zůstává minimální. Zahřátí i-li se vhodným uložením otáčení spojovacího elementu 8 kolem svislé osy H, platí stejnou měrou doposud uvedené úvahy i tehdy, když ke kývání ky vadel 2 a 7 dojde v jiném směru, přičemž tato situace je znázorněna v půdorysu na obr. 10.
Obr. 10: Spojovací element 8 je uložen v ložiscích B. pevně spojených s nesenou hmotou, otočně kolem osy Q, a tudíž se nemůže otáčet kolem svisle osy H. Volný konec zavěšeného kyvadla 2 opisuje konkávní sférickou plochu K, viděno při pohledu shora. Slojící kyvadlo 7 opisuje konvexní sférickou plochu B, viděno při pohledu shora. Při výchylce e volného konce zavěšeného ky vadla 2 v jakémkoli směru sc bod P spojovacího elementu 8, a tudíž osy Q, nadzvedne stejným způsobem, jako při vychýlení ve směru osy X,
Bod otočného připojení spojovacího elementu 8 ke stojícímu ky vadlu 7 vykonává při jakémkoli směru vychýlení ky vadel 2 a 7. stejně jako při vychýlení ve směru osy X, rovněž pokles. Proto se bod P na spojovacím elementu 8 při vychýlení spojených ky vadel 2 a 7 v jakémkoli směru nadzvedne.
Na obr. 9 je znázorněno, že bod P se pohybuje jako volný koncový bod zavěšeného dlouhého kyvadla o délce L. takže představuje volný konec virtuálního kyvadla velké délky.
Obr. 11: Při vodorovné výchylce E spojovacího elementu 8 na obr. 9 z klidové polohy a při nadzvednutí bodu P o zdvih hp se podle obr. 11 stanoví délka L virtuálního kyvadla jako
(6) =
Pro úhlovou frekvenci ω virtuálního kyvadla platí vztah
(7)
Pro frekvenci f kmitání virtuálního kyvadla platí (8)
Perioda T kmitání virtuálního kyvadla se stanoví ze vztahu
(9)
Maximální rychlost ymax bodu P volného konce virtuálního kyvadla činí
(10)
Maximální zrychlení a..,lx volného konce virtuálního kyvadla, a tudíž jím neseného objektu, činí max (11)
2ghr
e
Zavěšená kyvadla 2 mohou být při přibližně stejné účinnosti provedena i z lan, přičemž se upustí od kloubových zavěšení, pokud budou tato zavěšená kyvadla 2 ve všech případech zatížení zatěžována pouze tahovými silami.
Obr. 12 znázorňuje variantu tohoto principu.
Kromě volby poměrů délek % ku a délek a ku b je možno prostřednictvím úhlu γ činné páky na délce b spojovacího elementu 8 a rovněž zavedením úhlu činné páky na délce a spojovacího elementu 8 ovlivňovat charakteristiku nadzvedávání bodu P, a tudíž určovat účinnou délku virtuálního kyvadla.
Stanovení rozměrů může být provedeno tak. že účinná délka E. virtuálního kyvadla představuje několikanásobek konstrukční výšky zařízení podpírajícího neseny objekt.
Tím je umožněno to, že frekvence kmitání virtuálního kyvadla a jím nesené hmoty m je velmi podstatně nižší než frekvence kmitání základové desky 6 při vzniku vodorovných pohybů vyvolaných zemětřesením.
To znamená oddělení polohy objektu neseného virtuálními kyvadly od vodorovných pohybů půdy.
- 14 CZ 298103 Β6
Zrychlení působící maximálně na konstrukční těleso neboli na nesený objekt vzniknou z pohybů matematického kyvadla podle rovnice (II).
Vhodným stanovením rozměrů je rovněž umožněno snížit toto maximální vodorovné zry chlení na tak malou hodnotu, že může být lidmi sotva fyzicky vnímáno. Tento účinek je nezávislý na tom. kterým vodorovným zrychlením je základová deska 6 při zemětřesení podrobena.
Velikost zemětřesení nemá žádný vliv na téměř klidnou polohu konstrukčního tělesa neseného virtuálním kyvadlem s velkou účinnou délkou a s dlouhou periodou.
Obr. 13 odpovídá v základním principu řešení podle obr. 9 a obr. 12. II tohoto provedení je však páka s účinnou délkou b oddělena od páky s délkou a a má vlastní jednoosé uložení ve vyšší poloze na podpěře W{_, která zčásti podpírá nesenou hmotu m.
U tohoto řešení požadují stabilní zavěšené kyvadlo 2 a labilní stojící kyvadlo 7 se svými příslušnými délkami Jj,a _L větší podíl výšky prostoru, který je k dispozici. Tím sc dosáhne toho, žc při stejně velké maximální úhlové výchylce dvouose kloubově uložených podpěrných elementů neboli kyvadel 2 a 7 se vodorovná amplituda kmitání systému vůči svislé výšce prostoru zvětší.
Nosič, neboli spojovací element 8, je prostřednictvím spojovacího elementu 8, ve formě podpěry; který je na obou stranách uložen otočně kolem jedné osy. spojen s nosičem, neboli spojovacím elementem 8b, který je na jedné straně uložen na podpěře Wr otočně kolem jedné osy a na druhé straně je otočně ve dvou osách uložen na labilním stojícím kyvadle 7. Průběh pohybů odpovídá schématu podle obr. 9 a obr. 12.
Obr. 14 a obr. 15 znázorňují ve dvou směrech možnost amplitud kmitání nesené hmoty vůči základové desce.
Obr. 16 znázorňuje možnost kmitání neseného objektu vůči základové desce ve třech fázích pohy bu s vykývnutím S.
Obr. 17 znázorňuje, jak se při vy kývnutí S základové desky 6 a virtuálního úložného bodu virtuálního kyvadla, který je spojen se základovou deskou 6. nadzvedne zavěšené kyvadlo 2 výkyvným pohybem dolního podpěrného bodu o zdvih h a jak poklesne labilní stojící ky vadlo 7. neboli jeho horní podpěrný bod, o pokles s. zatímco nesený objekt 1 vykoná zdvih hp odpovídající zdvihu virtuálního kyvadla Py.
Obr. 18: U tohoto příkladu provedení je upraven spojovací element 9 ve tvaru trojúhelníku.
Obr, 19 znázorňuje v půdorysu systém z obr. 18. Spojovací element 9 ve tvaru trojúhelníku je otočně kolem dvou os uložen na podpěrných elementech zavěšených otočně kolem dvou os na základové desce 6 ve třech opěrných bodech 10. uspořádaných šikmo pod úhlem Ó.
Nadzvedne-li se najedno straně spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku podpěrný element 11 ve svém dolním kloubu 12 tím. žc jeho horní opěrný bod 10 se přemístí posunutím základové desky 6 od středu spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku směrem ven. a tím. Že spojovací element 9 ve tvaru trojúhelníku se v důsledku své setrvačnosti a v důsledku hmoty objektu opozdí vůči pohybu základové desky 6, dojde prostřednictvím spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku k poklesu dolních kloubů [2 otočně připojených podpěrných elementů 11 nacházejících sc na protilehlé straně, a to na základě šikmé polohy ve výchozí poloze podpěrných elementů jj_.
Protože v důsledku výchozí polohy podpěrných elementů jj , skloněných pod úhlem 6, jc pokles na jedné straně spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku menší než zdvih na protilehle straně, nedojde k žádnému nadzvednutí středu 13 spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku.
- 15 CZ Z981UJ 136
Poměr nadzvednutí spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku na jedné straně k poklesu na jeho protilehlé straně je ovlivněn volbou velikosti úhlu δ při střední klidové poloze spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku a volbou poměru geometrických velikostí podpěrných elementu 1J a spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku.
Při posuvu základové desky 6 ve více směrech se pohybuje střed 13 spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku na sférické ploše, která je při pohledu shora konkávní a má poloměr π zakřivení.
Střed 13 spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku se pohybuje jakoby byl zavěšen na virtuálním kyvadle o délce rovnající se poloměru p zakřivení. Střed 13 spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku vykoná při přemístění c nadzvednutí o zdvih h a spojovací element 9 ve tvaru trojúhelníku vykývne do šikmé polohy o úhel ζ.
Obr 20: Je-li se spojovacím elementem 9 ve tvaru trojúhelníku pevně spojen v jeho středu svislý podpěrný element 14 o výšce lp. představuje tato jednotka sama o sobě stojící fyzikální nestabilní kyvadlo, které jc pod svým fyzickým rozložením virtuálně podepřeno otočně ve dvou osách a při naklonění kolem dolního momentálního bodu otáčení se v důsledku spojení prostřednictvím spojovacího elementu 9 vc tvaru trojúhelníku s podpěrnými elementy 11 na obr. 19 nadzvedne o zdvih h.
Úložný bod P nesené hmoty na horním konci svislého podpěrného elementu 14 o výšce 1D. tvořícího jednotku se spojovacím elementem 9 ve tvaru trojúhelníku, v důsledku naklonění o úhel ζ relativně poklesne o hodnotu sp sp- 1ρ(Ι-οο»ζ)(12) a navíc provede excentrickou výchylku u u = lp· sin ζ(13)
Celková excentrická vodorovná výchylka e bodu P bude e - ε + ii e = ε + I,, · sin ζ(14)
Výsledný zdvih hp bodu P bude hp = h - sp hp = h - lp(l-cos ζ)(15)
Obr. 21: Bod P, to jest horní konec svislého podpěrného elementu Γ4, se pohybuje na konkávní ploše, otevřené směrem nahoru, s plochým zakřivením. Toto zakřivení a zbytková stabilita se určí pomocí vztahů rozměrů jednotlivých Členů konstrukční skupiny vůči sobě, zejména velikostí svislé délky.
Volba délky lp jc omezena výškou, při níž je systém nestabilní. Zařízeni podle obr. 21 představuje virtuální kyvadlo pro dvouosé otočné uložení podepření objektu v bodu P, jakoby objekt byl zavěšen na dlouhém kyvadle o délce h rovnající se poloměru p zakřivení s možností pohybu na zakřivené ploše s poloměrem p zakřivení.
Pomocí vodorovné výchylky e a zdvihu hp z rovnic (14) a (15) se určí délka virtuálního kyvadla ze vztahu podle rovnice (6).
- 16CL Zy»lUJ Βό
Přitom rovněž platí rovnice (7) až (11).
Podpěrné elementy 11 mohou být při přibližně stejné účinnosti provedeny i z lan. přičemž sc upustí od kloubového zavěšení, pokud podpěrné elementy 11 jsou vc všech případech zatížení zatěžovány pouze tahovými silami.
Podpěrný bod na ochranných modulech proti zemětřesení má možnost prostorového pohybu, jakoby byl dolním koncem velmi dlouhého kyvadla. Tento podpěrný bod se proto pohybuje po málo zakřivené virtuální sférické ploše.
V této sférické ploše má podpěrný bod snahu vždy zaujmout nejhlubší místo, to znamená střed teto sférické plochy.
Čím plošší sférická plocha je. to znamená čím méně je zakřivená, tím menší je vratná síla vyvolaná zemskou přitažlivostí a působící směrem ke středu sférické plochy, a tím pomaleji se podpěrný bod pohybuje ke středu sférické plochy.
Obr. 22 znázorňuje další příklad způsobu provedení virtuálního kyvadla, definovaného v patentovém nároku 1.
Na nosným konstrukcích 5 spojených se základovou deskou 6 jsou upevněny alespoň dva, nebo více, kolem dvou os otočně uložené stabilní podpěrné elementy ve formě rovnoběžně zavěšených kyvadel 2. která na svém dolním konci nesou nosič neboli spojovací element 8 ve formě desky.
Ve středu spojovacího elementu 8 je uspořádán svislý podpěrný element 14 nesoucí ložisko 50 zachycující svislé zatížení, přičemž svislý podpěrný element 14 je svým dolním koncem uložen axiálně posuvně a otočně kolem dvou vodorovných os v kloubovém uložení 43. V tomto kloubovém uložení 43 může svislý podpěrný element ]4 vy koná vat výkyvné pohyby kolem vodorovných os.
Střed ložiska 59 má stejnou možnost prostorového pohybu jako dolní konce zavěšených kyvadel o délce a při vodorovné výchylce e vykoná zdvih h.
Horní konec svislého podpěrného elementu 14 se nadzvedne společně s ložiskem 59 o zdvih h, který sc současně sečte s poklesem sc. Výsledný zdvih hc. se tedy rovná hlcs = h - sc.
V příkladu podle obr. 22 jc pro horní konec svislého podpěrného elementu 14 výsledné nadzvednutí negativní, což znamená, že tento horní konec poklesne. Tento takzvaný horní bod by proto jako podpěrný bod nebyl vhodný.
Horní bod svislého podpěrného elementu 14 opisuje při přemístění ze středové polohy ve všech směrech při pohledu shora konvexní plochu, stejně jako horní konec kyvadla uloženého na dolním konci, to znamená otočného nestabilního virtuálního kyvadla o délce 1^,
Svislý podpěrný element 14 jc při svislem zatížení na horním konci při těchto rozměrech ve vztahu k rozměrům dalších připojených elementů, to jest kyvadel 2 a spojovacího elementu 8. nestabilní.
Sám o sobě je svislý podpěrný element [4 bez spojení s dalšími elementy nestabilní. Teprve spojením s dalšími elementy, jejichž stabilizační vliv působením zatížení převáží, sc cely systém stane stabilním a jako nosné zařízení tvoří virtuální kyvadlo.
- 17 v. z. tso
Aby se dosáhlo stability při zatížení, je nutno délku L, zvolit tak. že horní bod bude mít pozitivní zdvih hrcv Proto se podpěrný bod pohybuje na při pohledu shora konkávní ploše. Tento, tímto způsobem zvolený, podpěrný bod P s odstupem od ložiska 50 rovnajícím se délce l.E vykoná při přemístění ze střední polohy malý zdvih hD a představuje koncový bod virtuálního kyvadla o dél5 ce lv
Na obr. 23 jsou znázorněna zakřivení drah pohybu podpěrných bodů zavěšených kyvadel 2. středu spojovacího elementu 8 a podpěrného bodu P na horním konci svislého podpěrného elementu T4.
io
Obr. 23a, 23b a 23c znázorňují fáze superponovaného pohybu neseného objektu 1 relativně vůči základní desce 6 v extrémních polohách.
Obr. 24 znázorňuje schematicky virtuální kyvadlo podle principu objasněného na obr. 22 a 23c, i? přičemž jc znázorněna střední poloha a fáze pohybu základní desky 6 vůči nesenému objektu [.
Při vodorovné výchylce e základní desky 6 v důsledku zemětřesení sc nesený objekt 1 působením virtuálního kyvadla nadzvedne o nepatrný zdvih hp.
Poměr velikosti poklesu s základní desky 6 ke konstrukční výšce ochranného modulu proti 2o zemětřesení ukazuje, že při průměrné výšce podlaží jsou již možné relativně velké amplitudy kmitáni systému.
Průběh pohybů odpovídá matematickému kyvadlu. Perioda vlastního kmitání je určena pouze účinnou délkou virtuálního kyvadla.
Tuto skutečnost ukazuje názorně kyvadlo hodin.
Pohybu je-li sc horní závěsný bod kyvadla 2, spojený s kmitající základovou deskou 6, při zemětřesení sem a tam rychle, nemůže hmota zavěšená na dolním konci virtuálního kyvadla v důsled30 ku své setrvačnosti určené kyvadlem sledovat rychlý obrat pohybu horního závěsného bodu.
Při rychlé změně směru pohybu tedy zůstane nesená hmota téměř na jednom miste.
4.3. Výsledek řešení problému
Podstata vynálezu
Tento úkol je vyřešen způsobem ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, podle vynálezu, jehož podstatou jc, žc v systému io nesoucím objekt se působení stabilních podpěrných elementů, kyvadloví tě výkyvných v každém vodorovném směru a nadzvedávajících hmotu objektu, a labilních podpěrných elementů, kvvadlovitě výkyvných v každém vodorovném směru a způsobujících pokles hmoty objektu, superponuje spojením tím způsobem, Žc při střídavém vodorovném pohybu základové desky, například při zemětřesení, sc pod vlivem přemístění opěrných bodů podpěrných elementů, spojených se 45 základovou deskou, vůči poloze nesené hmoty objektu uskuteční pouze malé nadzvednutí hmoty objektu na podpěrném bodě na spojovacích elementech nebo kombinovaných podpěrných nebo spojovacích elementech, čímž se na základě malého sklonu dráhy pohybu podpěrných bodů, která jc relativně vůči základové desce prostorová, hmotou objektu vystavenou gravitaci vytvoří jen malá vratná síla stabilizující vc směru do klidové polohy, z čehož při vzniku vysokých príě5i) ných zrychlení na základové desce vznikne jen malé zrychlení objektu s dlouhou periodou vlastního kmitání.
Tento úkol je dále vyřešen zařízením k provádění způsobu podle vynálezu, jehož podstatou je, že pro od kmitání oddělené uložení objektu, zejména budovy, na jeho statických podpěrných bodech 55 vůči kmitající základové desce pro ochranu objektu před kmitáním základové desky pro podepre- 18LZ. 130 ní objektu na vždy jednom zařízení v určitém úložném bode na spojovacím elementu nebo kombinovaném podpěrném a spojovacím elementu, který sám je podepřen prostřednictvím do všech směru výkyvné uložených podpěrných elementů, které navzájem spojuje, na kmitající základové desce, tvoří podpěrné elementy systém stabilních podpěrných elementů, kyvadlovitě výkyvných 5 v každém vodorovném směru a nadzvedávajících hmotu objektu, a labilních podpěrných elementů. kyvadlovitě výkyvných v každém vodorovném směru a způsobujících pokles hmoty objektu, přičemž dimenzování a uspořádání podpěrných elementů v jejich výchozí poloze je provedeno tak, žc na každém spojovacím elementu nebo kombinované podpěrném a spojovacím elementu nastává v místě pro úložný bod podpíraného objektu srovnatelná možnost pohybu v každém io vodorovném směru, jaký opisuje volny konec velmi dlouhého ky vadla, které má formu konkávní kulové pánve, a které je schopné výkyvného pohybu v každém směru kolem dvou os. čímž nastane působení virtuálních kyvadel vy kývajících v každém směru.
Další výhodná provedení jsou uvedena v závislých patentových nárocích.
Vynález zaručuje rezonanční volnost budovy při kmitání půdy v důsledku pohybů způsobených zemětřesením, přičemž vodorovné síly způsobené zrychlením a nárazy vyplývající z pohybu půdy nejsou již na těleso budovy přenášeny. Tím je zajištěna integrální ochrana proti zemětřesení, která spolehlivě chrání konstrukční těleso nebo objekt i při nejsilnějších vodorovných kmitá20 nich půdy.
Způsobem podle vynálezu je možno při vhodné volbě rozměrových parametrů dosáhnout takového chování podepřeného objektu, že podepřený objekt zůstává téměř v klidové poloze, i když sc půda pohybuje s velkými amplitudami a vysokými zrychleními.
Způsobem podle vynálezu se dosáhne toho, že perioda vlastního kmitání se prodlouží natolik, žc sní spojená setrvačnost způsobí to. že objekt již nemůže sledovat oscilační pohyb základové desky vzniklý při zemětřesení. Ochrana objektů je přitom tak dokonalá, že tímto způsobem chráněné budovy nebo zařízení zůstávají v klidu i při zemětřesení největší velikosti.
Tato účinnost je matematicky transparentně dokazatelná.
Funkce vynálezu a integrální ochrany mohla být demonstrována již modelovou simulací se zrychleními do 1.2 g.
Objekt je proto vůči vodorovnému pohybu půdy zcela izolován, přičemž se jedná o účinnou izolaci od základové desky podepřením prostřednictvím nosné konstrukce, která při malé vlastní konstrukční výšce umožňuje prostorový pohyb objektu neseného v podpěrných bodech jakoby byl zavěšen na velmi dlouhých kyvadlech. Podepření je tedy provedeno prostřednictvím virtuál40 nich kyvadel s dlouhou periodou.
Rozměrové parametry je možno volit v širokých mezích. Proto je možno volně určit rozdíl mezi frekvencí vlastního kmitání systému a frekvencemi, které obvykle nastávají při zemětřesení, a zvolit velikost tohoto rozdílu tak, že kmitající systém budovy jc prakticky oddělen od kmitají4? čího systému základové desky, takže nesená konstrukce zůstává v klidové poloze.
Protože nesené konstrukční těleso nemůže sledovat rychle se měnící pohyby půdy, nebudou na ně ani působit žádné síly vyvolané zrychleními hmot. Nevzniknou proto žádná nebezpečná srny ková napětí a zabrání sc poškození v důsledku zemětřesení.
Ochranné moduly proti zemětřesení ve formě virtuálních kyvadel nabízejí efektivní ochranu i proti zemětřesení největší velikosti a s největším ničivým potenciálem. V první řade je možné naplánovat každý druh budov, a to i výškových budov a jiných konstrukcí, tak, aby byly zcela chráněny proti zemětřesení, přičemž jc zároveň možné dodatečně tímto způsobem vybavit již 55 existující objekty.
- 1917. Á7O11W DO
Hmota budovy je jakoby zavěšena na virtuálních kyvadlech s velkou účinnou délkou, přičemž bod zavěšení se nachází v prostoru vysoko nad budovou. Nový ochranný modul proti zemětřesení uskutečňuje průběh pohybů velmi dlouhého kyvadla, aniž by měl velké rozložení ve svislem 5 směru, takže proto představuje virtuální kyvadlo s velmi velkou účinnou délkou. S pouze malou konstrukční výškou má dost místa ve výšce jednoho patra a může být uspořádán \ úrovni země nebo vc sklepě.
Horní závěsný bod virtuálního kyvadla je pevně spojen se základovou deskou prostřednictvím io ochranného modulu proti zemětřesení.
Hmota zavěšená na velmi dlouhém kyvadle se může pohybovat pouze pomalu. Doba jednoho kmitu jc velká. Pomocí této techniky je možno volně zvolit periodu kmitání, například 20 sekund nebo i delší, a podle toho dimenzovat součásti. Doba k provedení jednoho kmitu při zemětřesení 15 sc pohybuje obvykle v rozsahu od 0,5 do 2 sekund. Když se závěsný bod ky vadla přemístí rychle nebo skokově, přemístí se hmota zavěšená na kyvadle do nově určené polohy pouze rychlostí, která odpovídá kmitání kyvadla velké délky.
Velikost zemětřesení nemá Žádný vliv. Nehraje žádnou roli, jak rychle se půda pohybuje, jak 20 silně je základ budovy zrychlen, jak vysoká nebo jak nízká je frekvence kmitání při zemětřesení nebo jak harmonicky nebo disharmonicky pohyb probíhá. Výsledek je vždy stejný.
Zrychlení, které může být přeneseno na budovu, se zmenší na hodnotu nižší než 0,01 g. to znamená na hodnotu, která může být fyzicky stěží vnímána.
Účinnost ochrany tohoto principu je stále stejná při všech vy skytujících se rychlostech a zrychleních půdy.
Budova se pohybuje i při nejsilnějším zemětřesení stejně tak málo, jako při slabém zemětřesení, w
U řešeni podle vynálezu nejsou žádné energie odváděny, přeměňovány nebo absorbovány, přičemž nedochází k žádnému přenosu pohybů do konstrukčního tělesa.
Protože nejsou do konstrukčního tělesa přenášeny žádné rychle se měnící pohyby, nebudou na nč 35 působit ani žádné síly vyvolané zrychlením hmot, takže se účinně zabrání škodám vzniklým ze zemětřesení.
Objekt je vůči vodorovným pohybům půdy zcela izolován, takže se jedná o nej účinnější izolaci základové desky,
Z tohoto důvodu není zapotřebí ani žádných konstrukčních opatření pro zesílení konstrukce budov, která jsou vyžadována u standardních staveb stavebními předpisy týkajícími se ochrany proti zemětřesení,
Modelová simulace již dokázala předem vypočítané a očekávané účinky.
4.4, Silně snížené tření při vodorovném posunutí
U řešení podle vynálezu je fyzikálně existující třeni v úložných místech konstrukčních elementů 50 konstrukčního řešení, v důsledku principiálního řešení problému, účinně sníženo na efektivní tření, které nastává jako odpor pohybující sc hmoty.
Nastaví se extrémně nízký účinný koeficient tření. V důsledku toho nejsou ani třením přenášeny podstatné síly, způsobené zrychlením základové desky, na nesené konstrukční těleso. Budova se 55 proto může posunovat vůči základové desce jenom velmi málo. Nesený objekt může ze střední
-20i/, ζνσιυο no polohy jeho pohybového rozsahu posunout větrná energie a tím v jednom směru při vzniku posunutí základové desky při zemětřesení zkrátit výchylku jeho kmitání relativně vůči základové desce.
Koncepce nosné konstrukce nového řešení způsobí to. žc fyzikálně účinné tření sc vysokým redukčním faktorem sníží na velmi malé hodnoty. Odpor W při posunování činí
W = m · g· μ,-ej (16) dosažitelnými jsou hodnoty: j-kut “ 0.002.....0,004
Proto se i prostřednictvím ještě účinného tření přenášejí jen velmi male síly ke zrychlení podepřené hmoty.
V žádném případě se nesmí tímto vlivem zmenšit možná výchylka při kmitání tak, aby byla menší než eventuální amplituda kmitání zemětřesení nebo dokonce klesla na nulu.
Pro splnění primárního úkolu, to znamená podepření chráněného objektu izolovaně od pohybů půdy, je tedy zapotřebí integrovat do celkového řešení elementy, které zajistí centrovanou výchozí polohu při začátku kmitání způsobené zemětřesením.
4.5. Centrování neseného objektu a podepření proti síle větru
Pohyb úložných bodů neseného objektu na ochranných modulech proti zemětřesení se provádí ve velmi ploché sférické ploše, shora konkávní, přičemž zakřivení nepředstavuje přesnou, nýbrž jen přibližnou, kulovou výseč. Zakřivení sférické plochy není vychýlením ze středové polohy konstantní, což však neubírá na funkčnosti systému. Na základě nadzvednutí při úplné výchylce vznikne účinkem gravitace vratná síla, která způsobí automatické vycentrování úložného bodu. Návrat do středu se ovšem v důsledku existujícího tření, i když je velmi malé, neuskuteční úplně.
Vodorovný účinný zdvih Sib který vyvolá vratnou sílu při vychýlení objektu zavěšeného na virtuálních kyvadlech zc středové polohy v důsledku tíhového zrychlení hmoty tohoto objektu, je ,, e ~ m g — cos arcsin (17)
SH .... vodorovný zdvih působením gravitace m .... nesená hmota g .... tíhové zrychlení c .... výchylka ze střední polohy lv .... délka virtuálního kyvadla
Vodorovný odpor WH v důsledku tření při posunování je
W,i - m . g . grul (18)
Wh .... vodorovný odpor při posunování μπι .... snížený koeficient tření
Vodorovný odpor při posunování je v důsledku koncepce ochranných modulů proti zemětřesení extrémně nízký.
CZ 298 HM HO
Koeficient tření se sníží v poměru poloviny průměru ložiska podpěrného elementu neboli kyvadla k účinné délce kyvadla.
| Pro snížený koeficient tření platí | ||
| R/2 P | (19) | |
| μ Di. ... 1P | koeficient tření ložisek kyvadel průměr ložisek podpěrných elementů nebo kyvadel délka podpěrného elementu neboli kyvadla | |
| Protože zakřivení pohybové plochy koncového bodu virtuálního kyvadla v důsledku snahy o oddělení od pohybů půdy je ve střední oblasti velmi ploché, dojde i přes extremně nízké tření po vychýlení k hysterezi s vodorovnou odchylkou Au od střední polohy | ||
| Ah = lýsin(arc sin.are cos grcd) | (20) | |
| A1( .... | vodorovná odchylka od středové polohy |
Koncepce ochranných modulů proti zemětřesení připouští, aby amplitudy kmitání mohly být vel20 ké. takže v případě extrémních pohybů půdy existuje dostatečný volný prostor pro kmitání relativně vůči základové desce, a to i tehdy, když výchozí polohou ke kmitání nebyl střed. Vlivem posunutí způsobeného silou větru a příslušným vy kývnutím po zemětřesení může být poloha budovy různá. Tam, kde by tato skutečnost nevadila, mohlo by se vystačit bez přídavného centrování budovy a podepření proti síle větru. Avšak tam, kde existuje požadavek, aby budova zůstala 25 stále ve stejném místě, je zapotřebí přídavného zařízení k přesnému vycentrování.
Na obr. 25 je znázorněno jednoduché řešení vodorovného podepření. Takového zařízení je zapotřebí alespoň na dvou místech budovy, avšak může být integrováno i do jediného ochranného modulu proti zemětřesení.
Se základovou deskou 6 je svým dolním koncem spojena předepnutá tažná pružina 41. Tato tažná pružina 41 nese na svém horním konci čep 42, který je axiálně posuvně uložen ve sférickém kloubovém uložení 43, které jc pevně spojeno s nesenou konstrukcí. Tažná pružina 41 je předepnuta do té míry, že vodorovná páková síla ve výšce kloubového uložení 43 působí proti maximál35 ní očekávané větrné energii neboli síle větru, aniž by došlo k naklonění čepu 42 ohybem tažné pružiny 41 a oddálením závitů tažné pružiny 41 najedno její straně. Dojde-li však k vodorovnému pohybu základové desky 6 vůči hmotě nesené budovy v důsledku zemětřesení s vysokým zrychlením, čímž vznikne z hmoty budovy impulz, který účinek větrné energie podstatně převýší, vzniklý moment prostřednictvím páky čepu 42 tažnou pružinu 41 vyhne. Základová deska 6 40 vykoná vůči budově přemístění c. Při dalším posunutí po překonání tohoto počátečního momentu se velikost síly nezvětšuje již lineárně, nýbrž degresivnč. Tímto způsobem sc reakční síla tažné pružiny 44 prostřednictvím vykývnutí S udržuje na malé hodnotě.
Vodorovné podepření může být použito i v obráceném uspořádání, přičemž kloubové uložení 43 4? bude spojeno se základovou deskou 6 nebo bude zapuštěno do základu, přičemž konec čepu 42 s tažnou pružinou 41 bude upevněn zavěšením na nesené konstrukci 51 objektu ]_.
Na obr. 26 je znázorněno podobné řešení pro centrování budovy s pružným blokem 48 zelastomeru. Při vhodném dimenzováni tohoto pružného bloku 48 jc chování srovnatelné s chováním 50 řešení podle obr. 25. Pouze zde neexistuje žádný výrazný moment utržení z klidu. Pohyb sc usku
- 22 tZ 298103 B6 tečňujc ze začátku stále v závislosti na vodorovné síle. I u tohoto provedení je možné opačné uspořádání.
Na obr. 27 znázorňuje zařízení k centrování budovy, u něhož sc přidržovací zařízení 50 upevní pod nesenou konstrukcí 51 budovy v alespoň dvou bodech. Centrovací koule 44 uložená v kulovém loži 49 jc tlačena pružinou 47 do centrovacího trychtýře 45 svislou silou Fs- která je v rovnováze s maximálně očekávatelnou vodorovnou silou Fh, přičemž platí
K - F), tg(y/2)
K
Fh
Y svislá síla vodorovná síla úhel rozevření centrovacího trychtýře
Je-li svislá síla Fv větší než síla, která může být vyvolaná silou větru, a než síla která pochází z impulzu při zemětřesení, jc centrovací koule 44 tlačena proti pružině 47 prostřednictvím pístu 52 v důsledku vodorovného posunutí centrovacího trychtýře 45 se základovou deskou 6 a dostane se do oblasti centrovacího trychtýře 45 s klesajícím sklonem, respektive s větším úhlem v rozevření. Tím vodorovně přenášená síla klesá a klesne na nulu tehdy, jakmile centrovací koule 44 opustí oblast centrovacího trychtýře 45 a odvalujc se po rovné ploše.
Tekutina tlačená pístem 52 teče přes zpětný ventil 53 do externí zásobní nádrže nebo do integrovaného vyrovnávacího prostoru 55. Při možném zpětném odpružení se rychlost vyjetí pístu 52 zbrzdí tím, že tekutina může protékat zpět pouze přes škrticí klapku 30.
Při rychlém kmitání základové desky 6 nezůstane pomalu se vracející centrovací koule 44 opět ve strmém středu centrovacího trychtýře 45, nýbrž v oblasti s menším sklonem. Proto jsou přenášené vodorovné síly male.
Když kmitání ustane, usadí se centrovací koule 44 ve strmější části centrovacího trychtýře 45 a opět centruje nesený objekt J_ pomocí opět působící vyšší přidržovací vodorovné síly Fh.
Na obr. 28 je znázorněna jiná Forma centrování budovy a podepření proti síle větru. Mezi boční stěnou suterénu 22 budovy a svislou stěnou základu 20 na základové desce 6 jsou na dvou navzájem protilehlých stranách uspořádány alespoň dvě vodorovné podpěry 24 a na dvou zbylých stranách obdélníkové budovy je uspořádán vždy alespoň jeden podpěrný element. Vodorovná podpěra 24 je znázorněna ve vodorovné poloze, přičemž směr pohybu kladek 25 jc vodorovný a dochází k němu ve stejné výšce svisle stěny základu 20. Všechny ostatní objekty schematického zobrazení jsou znázorněny ve svislém řezu, Vodorovná podpěra 24 sestává z hydraulického válce 40 s pístní tyčí vysunutou zcela k dorazu, která je na svém konci opatřena pojezdovým ústrojím sjednou nebo více kladkami 25. Mezi kladkou 25 a lamelou 26 na stěně základové desky 6 jako odvalovací dráhy je upravena minimální vzduchová mezera při přesném centrování dolní části budovy uvnitř základové desky 6. Směr odvalování kladek 25 je vodorovný. Aby pístní tyč s pojezdovým ústrojím zachovala svůj směr, je konec pístní tyče spojen s hydraulickým válcem 40 prostřednictvím kolenového kloubového pákového mechanismu jako pojistkou proti otáčení. Když se svislá stěna základu 20 přibližuje k suterénu 22 budovy, prostřednictvím kladky 25 a pístní tyče se píst zasune do hydraulického válce 40 a přitom vytlačí přítomnou kapalinu, která proudí do jednoho nebo více hydraulických zásobníků 127, které mohou být vytvořeny jako membránové, roztažné nebo pístové zásobníky, a která stlačí na druhé straně membrány 28 plyn, vzduch nebo dusík. Proto působí hydraulický válec 40 jako pružná podpěra s plynovou pružinou. Je-li pístní tyč zcela vysunuta k mechanickému dorazu v hydraulickém válci 40, nachází se regulační ventil 29, řízený prostřednictvím pístní tyče, v otevřené poloze. Tlak plynu v hydraulických zásobnících 127 tlačí tekutinu škrticí klapkou 30 otevřeným regulačním ventilem 29 zpět do zásobní nádrže 32. Je-li pístní tyč v důsledku přiblížení svislé stěny základu 20 k suterénu 22 budovy zasunuta do hydraulického válce 40, regulační ventil 29 je otevřený a tekutina teče z tla
-23LZ B6 kového potrubí 33 do hydraulických zásobníků 127. takže tlak se vytváří tak dlouho, dokud jím způsobená síla nezpůsobí vysunutí pístní tyče z hydraulického válce 40 a těleso budovy se opět neuvede do své nulové polohy. Proto jc budova uvedena do své střední polohy. Tento postup je účinný tehdy, když síla vetru vychýlí budovu v důsledku její snadné posunutclnosti vůči základové desce 6 z její střední polohy. Protože se síly větru nemění skokově, nýbrž k jejich vzniku a nebo zániku je vždy zapotřebí určité doby, je přivádění a odvádění tekutiny přes škrticí klapku 30 dostatečně rychlé, aby byl tento regulační postup udržen na požadované hodnotě, to znamená, aby byla budova udržována ve své střední poloze. Dojde-li k přiblížení svislé stěny 22 k budově rychleji, jako je tomu při zemětřesení, jc přivádění tekutiny do pneumatického pružného systému a odvádění tekutiny z tohoto pneumatického pružného systému přes škrticí klapku 30 v důsledku rychlého přemísťování pístu, a tudíž otevírání a zavírání regulačního ventilu 29 v rychlém sledu, malé. Síla plynové pružiny v hydraulickém válci 40. která byla nejprve v rovnováze s příslušnou silou větru, se mění v důsledku ploché pružnosti a přivádění a odvádění přes škrticí klapku 30 vc frekvenci zemětřesení při pohybech pístu a regulačního ventilu 29 jen málo. Systém může být dimenzován tak, že tyto síly způsobující zrychlení zůstanou tak malé, že způsobí vzhledem k hmotě budovy jen velmi malá účinná zrychlení v rychlejším sledu při zmčnc frekvence zemětřesení. Hydraulický systém je zásobován centrálně z jedné zásobní nádrže 32 prostřednictvím čerpadla 36 poháněného motorem 34. který jc ovládán spínačem 35 regulátoru tlaku. Přívod energie pro pohon by mohl být soběstačný v důsledku využití solární energie nebo větrné energie. Hydraulická energie jc tlumena v baterii hydraulických tlakových akumulátoru 38, takže výkon čerpadla 36 může být malý. Při zemětřesení je k dispozici dostatečně velká externí energie, která může být v tomto zařízení současně vy užila, takže podle Jedné varianty se píst vodorovného podepření zkombinuje s pístovým čerpadlem 37. Při rychlém pohybu základové desky 6 vůči konstrukčnímu tělesu dopravuje proto pístové čerpadlo 37 tekutinu ze zásobní nádrže 32 do hydraulických tlakových akumulátorů 38 a pokrývá tím hmotnostní tok, který' vznikne tím, že tekutina proudí z. pružícího systému, sestávajícího z hydraulického válce 40 a z. hydraulického zásobníku £27, přes škrticí klapku 30 regulačním ventilem 29, otevřeným frekvencí zemětřesení v průběhu půl vlny, do zpětného vedení.
Na obr. 29 je znázorněno vodorovné podepření prostřednictvím kulisy 39. Pomocí tohoto provedení mohou být prováděny zvlášť velké výchylky a z měny odstupu vůči svislé stěně základu 20. Kulisa 39 je uložena na stojanu 46 upevněném na tělese budovy a prostřednictvím jednoho nebo více válců 40 neseném stěnou suterénu 22 budovy, který' nese na svém konci kladkové pojezdové ústrojí sjednou nebo podle velikosti zatížení více kladkami 25, které sc mohou pohybovat na pojezdové dráze z lamel 26 na svislé stěně základu 20 základové desky 6. Místo kladek 25 jc možno použít smýkadel / vhodných kluzných materiálů. Na stojanu 46 se dále nachází regulační ventil 29, který je ovládán kulisou 39 a má stejnou funkci jako u provedení podle obr. 28. V ostatních podrobnostech odpovídá toto hydraulické zařízení provedení podle obr. 28.
Rovněž toto zařízení jc zapotřebí pro jednu stavbu v alespoň šesti provedeních, aby se zajistila požadovaná poloha budovy vc třech osách, to znamená ve dvou vodorovných a jedné svislé ose. Toto provedení kulis 39 pro vodorovné podepření umožňuje dosahování velkých hodnot amplitud kmitání vůči základové desce 6.
Pružící systém, sestávající z hydraulického válce 40 a z dále zařazených hydraulických akumulátorů, jako u příkladu podle obr. 28. má bez vnějších vodorovných posunovacích sil v důsledku působení větru počáteční pružnost podle funkce
£)~C().f (22) přičemž f je pružný zdvih. Při větších pružných zdvizích není charakteristika lineární, nýbrž v důsledku stlačení plynu odpovídá charakteristika funkci polyt ropní komprese. Při střídavé změně polohy základové desky 6 vůči nesenému konstrukčnímu tělesu o přemístění ε bude síla AF0 účinná jako síla ze zrychlení působící na hmotu konstrukčního tělesa. Při větru automaticky vzroste podpěrná síla systému podle síly větru, jak je popsáno u provedení podle obr. 28, aniž by
-24 se podstatně změnila poloha konstrukčního tělesa. Dojde-li nyní v průběhu zatížení větrem silou Fw současně k pohybu v důsledku zemětřesení a ke změně poloh) základové desky 6 vůči budově o přemístění ε, vzroste síla v podpěrném pružícím systému podle funkce
K-C.f+Ftt (23)
Tato funkce má poněkud větší strmost než funkce vycházející z nulového bodu, protože poměr vytlačených objemu tekutiny při stlačení pružícího systému vůči objemům plynu se změnil. Při stlačení pružícího systému o hodnotu přemístění ε se nyní podpěrná síla zvětší o hodnotu diferenční síly \l _. a tato diferenční síla AFU působí jako síla ze zrychlení působícího na hmotu budovy a není o mnoho větší než síla AFV při bezvětří.
Na obr. 30 je znázorněno v podstatě stejné vodorovné podepření prostřednictvím kulisy 39. popsané podle obr. 29. Toto provedení je přídavně opatřeno pístovým čerpadlem 37, které je uspořádáno mezi kulisou 39 a stojanem 46, stejně jako hydraulický válec 40, Pístové čerpadlo 37 má stejnou funkci, jak je popsáno u provedení podle obr. 28.
Na obr. 31 je znázorněn princip systému pro centrování a kompenzaci sil větru, u něhož je pod suterénem 22 budovy 5k která je nesena ochrannými moduly 56 proti zemětřesení a je vůči svislé stěně základu 20 základové desky 6 podepřena vodorovně prostřednictvím podpěrného zařízení 27 proti síle větru, uspořádána zvláštní část budovy 51 s jedním nebo více suterény 22 oddělená od horní části budovy 51 a podepřená ve svislém směru vlastními ochrannými moduly 56u proti zemětřesení.
Tato zvláštní část budovy je uložena se zvlášť nízkým třením a s automatickým centrováním a není vystavena žádnému vlivu větru, to znamená, že nepotřebuje ani žádné podpěrné zařízení proti síle větru a nachází se stále ve své střední poloze i tehdy, když základová deska 6 kmitá, a slouží jako referenční uložení pro centrování. Mechanickým nebo bezdotykovým měřením vzdáleností ve dvou osách mezi vždy dvěma referenčními body 60 na horní části a dolní části budovy 51 se zjišťuje regulační veličina pro regulaci podpěrného zařízení 27 proti síle větru.
4.6. Svislá izolace chráněného objektu proti kmitání
Pro stavby s určitým poměrem výšky k šířce, u nichž neexistuje žádný sklon k naklonění svislé osy budovy v důsledku gravitace, může být uspořádáno přídavné zařízení pro zmenšení nebo pro úplné eliminování svislých zrychlení.
Toto provedení by bylo výhodné u nemocnic a průmyslových zařízení s citlivými výrobními procesy a ii chemických a nukleárních zařízení.
Budova podepřená pomocí této technologie zůstává téměř úplně v klidu.
Setrvačnost budovy vůči zrychlením vodorovně kmitající základové desky 6 vyvolá jako reakci smykové síly v konstrukci budovy, které při zemětřesení často způsobí překročení smykových napětí, kterým materiály mohou odolávat. Smvkovc síly vznikle vodorovným kmitáním jsou hlavní příčinou porušení konstrukce budovy. Naproti tomu svislým zrychlením bude budova odolávat bez poškození, protože při pevnostním dimenzování budovy se zohlední vlastní a provozní zatížení prostřednictvím bezpečnostního faktoru nebo několikanásobku stupně namáhání materiálu. Ze zrychlení základové desky ve svislém směru proto všeobecně nevznikne žádné poškození konstrukce, leda že by se při překročení hodnoty I g svislého zrychlení při nedostatečném upevnění objekt vytrhl z ukotvení v základové desce a dalšími vlivy poškodil.
Jestliže se přesto tlumení kmitání ve svislém směru považuje za výhodné, může se ochranný modul proti zemětřesení opatřit dodatečným svislým pružením.
-25 UZ B6
Na obr. 32 jc schematicky znázorněn příklad odpružení nesené budovy 5L Podpěra 16 budovy 51 je vytvořena jako hydraulicky válec 64 s integrovaný m regulačním šoupátkem 61 pro regulování výšky a zatížení nese na pístní tyči 62. Na dolním konci hydraulického válce 64 je otočně kolem jedné osy připojen spojovací element 8 ochranného modulu proti zemětřesení. Výkyvné páky 63 působí jako zajištění hydraulického válce 64. pohybujícího se nahoru a dolu, proti otáčení, aby spojovací element 8 nemohl vykonávat otáčení kolem svislé osv.
Přívod tekutin} se provádí prostřednictvím tlakové přípojky 65. přičemž zpětným potrubím 66 se oběh tekutiny pružící podpěry- odlehčí. Tlakový prostor 67 hydraulického válce 64 jc prostřednictvím přípojky 68 spojen s jedním nebo více hydraulickými tlakovými akumulátory 38. Pomocí objemu hydraulických tlakových akumulátorů 38 jc určena liydropncumatická pružnost.
Když se zdvihem hydraulického válce 64 svislým pohybem základové desky 6 zmenší objem tekutiny v hydraulickém válci 64 vůči objemu v hydraulických tlakových akumulátorech 38, vzroste tlak v hydraulických tlakových akumulátorech 38 jen nepatrně.
Kvocient zvýšení tlaku vůči výchozímu tlaku představuje stupeň zrychlení vztažený na hodnotu i g, v důsledku kterého bude mít nesená hmota svisle zrychlení při svislých pohybech půdy. Vhodným dimenzováním je možno dosáhnout každého požadovaného snížení zrychlení. Zvlášť výhodně je možno dosáhnout s viskoelastickými tekutinami velmi plochých pružících charakteristik.
Na obr. 33 je znázorněno svislé odpružení srovnatelné s provedením podle obr. 32. přičemž u tohoto provedení se pružná podpěra 69 opírá o ochranný modul 56 proti zemětřesení podle schématu z obr. 1. do nějž je integrováno centrovací a sílu větru zachycující podpěrné zařízení 70 podle schématu z obr, 25. Tlaková přípojka 65, zpětné potrubí 66 a přípojka 68 jsou zde uspořádány stejně jako u provedení podle obr. 32 a slouží k přivádění a odvádění tekutiny, jakož i ke spojení s hydraulickými tlakovými akumulátory 38.
4.7. Zajištění objektů na pilotách proti zemětřesení prostřednictvím virtuálních kyvadel
Objektům, jako jsou osvětlovací tělesa nebo informační tabule na stožárech nebo pilotách, hrozí při silných vodorovných kmitáních zlomení nebo ulomení, protože může dojít k zesílení pohybů a ke zvětšení maximálního zrychlení v důsledku rezonance kmitání.
Zatímco poloha základové desky zůstává při kmitání půdy ve vodorovném i svislém směru v podstatě rovnoběžná s výchozí polohou, vykonává horní konec piloty nebo stožáru, sloužící jako základ pro nesení dalšího objektu nebo ochranného modulu proti zemětřesení, přídavný pohyb v důsledku ohybu piloty nebo stožáru a v důsledku naklonění základu nesoucího tento další objekt.
lato skutečnost je znázorněna na obr. 34. Velikost hmoty nesené na špičce stožáru má silný vliv na kmitání stožáru. Ohybový moment způsobený reakční silou hmoty při vodorovném zrychlení je u stožárů bez zatížení jejich vrcholu malý a je způsoben pouze vlastní hmotou, takže ohyb a naklonění horního konce stožáru budou menší.
Je-li mezi koncem stožáru a neseným objektem uspořádán ochranný modul proti zemětřesení, je špička stožáru zatížena ještě přídavně hmotou tohoto ochranného modulu proti zemětřesení, která může být podstatně menší než je lunota neseného objektu. Tím se úhel ohybu konce stožáru zmenší.
Aby nesený objekt nebyl vystaven přídavným změnám sklonu konce stožáru, protože tím vzniklé otřesy kolem vodorovné osy tento objekt mohou ohrožovat a vyřadit z funkce, musí být rovněž změna sklonu kompenzována nebo alespoň velmi zmenšena ochranným modulem proti zemětřesení.
-26LZ ZMÍÍIUJ B6
Na obr. 35 je znázorněno v bokorysu a dílčím řezu ochranné zařízení proti zemětřesení, uspořádané na horním konci stožáru 21· Toto ochranné zařízení proti zemětřesení podpírá nosič 72. sloužící například k uložení osvětlovacích těles.
Obr. 35a představuje příčný řez provedením z obr. 35 a obr. 35b představuje půdorys provedení z obr. 35.
Stožár 71 nese na svém horním konci čtyři nosná ramena 73, z nichž vždy dvě nosná ramena 73 nesou jeden nosník 74. na jehož čtyřech koncích je otočně kolem dvou os upevněno vždy jedno zavěšené kyvadlo 2.
Nosič 72 je otočně kolem jedné osy uložen prostřednictvím dvou podpěr 75 na dvou spojovacích elementech 8. Spojovací elementy .8 jsou zavěšeně otočně kolem dvou os uloženy na dvou kyvadlech 2 a ve třetím bodě jsou s uložením otočným kolem dvou os podepřeny stojícím kyvadlem 7. které je svým dolním koncem uloženo otočně kolem dvou os na horním konci stožáru 21· Podpěrné elementy, to znamená zavěšené kyvadlo 2 a stojící kyvadlo 7. jsou uspořádány prostorově s takovým sklonem, že při naklonění osy horního konce stožáru 71 od svislicc zůstane nosič 72 v přibližně vodorovné poloze. Oddělením kmitání nosiče 72 s jeho zatížením od kmitání stožáru 7f, které bylo vybuzeno základovou deskou, nepůsobí nesené hmoty svými reakčními silami na stožár 71 a zmenšují jeho zatížení.
Na obr. 36 je znázorněna izolace kmitání pro ochranu osvětlovací jednotky na stožáru 71 proti zemětřesení, u níž je použito virtuálního kyvadla podle principu znázorněného schematicky na obr. 21.
Na horním konci stožáru 21 jsou uspořádána tři přídržovací ramena 76. u tohoto příkladu provedení vždy vc formě prstence, která ve svém horním vrcholu nesou v ložisku otočném kolem dvou os podpěrný element jj* neboli šikmo uspořádané ky vadlo. Na dolním kloubu 12 je nesen spojovací element 9, který' má v půdorysu na obr. 36a tvar tří paprskové hvězdy. Spojovací element 9 nese na své špičce v kardanově ložisku 77 podpěrné těleso 78. na němž jsou uspořádána tři paprskovitá ramena 79, jichž může být i větší počet, která jsou spojena s prstencem 80, nesoucím lampy 81_.
Ky vadla jako podpěrné elementy 11 mohou být provedeny stejně jako u provedení podle obr. 36b z lana.
Pro spojení mezi stožárem 71 a lampami 81 může jako elektrická průchodka sloužit pružná zvlněná trubka.
Na obr. 37 je znázorněn druhý příklad použití virtuálního ky vadla na principu podle obr. 21, a to pro oddělení kmitání nosných ramen 82 lamp od kmitání stožáru 7L jehož vlastní kmitání je superponováno s kmitáním půdy.
Stožár 21 nese na svém horním konci tři přídržovací ramena 76, k jejichž koncům je připojeno vždy jedno kyvadlo jako podpěrný element H, které je vytvořeno buď jako tuhý podpěrný element s uložením otočným kolem dvou os na obou svých koncích nebo jako jednoduchá struktura z lan, přičemž kyvadla nesou spojovací element 9 vc formě troj nožky, která ve svém karda novém ložisku 77 nese zavěšené podpěrné těleso 28. které je jako nosič lamp pevně spojeno se třemi nosnými rameny 82.
Obr. 38: U tohoto provedení uložení skupiny lan na stožáru 71 pro oddělení kmitání od kmitání půdy použije virtuální kyvadlo, provedené na principu podle obr. 23. Tři nebo více přidržovacích ramen 76 nese na horním konci stožáru 71 pomocí lan 83, nebo alternativně pomocí kyvadel 2
-27CZ 2V81UJ B6 s kardanovými ložisky na obou koncích, spojovací element 8 s hvězdicovitě uspořádanými nosnými rameny 73, jejichž počet odpovídá počtu kyvadel 2.
Vc středu 13 spojovacího elementu 8 je kardanově uložen svislý podpěrný element 14. Dolní 5 konec svislého podpěrného elementu 14 jc ve stožáru 71 uložen otočně radiálně kolem dvou os, přičemž je uložen zároveň axiálně posuvně.
Na horním konci svislého podpěrného elementu 14 je v kardanově ložisku uložen nosič 82 s více nosnými rameny 79, nesoucími lampy 81.
Obr. 39 znázorňuje variantu s využitím stejného principu jako u provedení podle obr. 38. 1' znázorněného provedení jsou pridržovací ramena 76 umístěna uvnitř uspořádání kyvadel 2. Kyvadla provedená z lan 83 nebo kyvadla 2 s klouby na svých obou koncích, otočnými kolem dvou os. nesou prstenec 80, který paprskovitými nosnými rameny 73 nese ve svém středu náboj 84, 15 v němž jc upevněn v kardanovém ložisku 77 svislý podpěrný element J_4. V ostatních podrobnostech odpovídá toto provedení příkladu podle obr. 38.
4.8. Zajištění zavěšených objektů proti zemětřesení pomocí virtuálních kyvadel
Objekty zavěšené na stropech budovy, jako jsou například lampy, informační a zobrazovací tabule, se rovněž při kmitání budovy uvedou do kmitání. Zavěšené objekty představují samy kyvadla a při svých obvyklých rozměrech sc mohou dostat do rezonančního kmitáni. Výchylka kmitání sc zvětší a zavěšené objekty mohou narážet do stropu, čímž se mohou poškodit nebo zničit a někdy i utrhnout. Ohrožení zavěšenými elektrickými objekty spočívá v nebezpečí vzniku elektrických 25 krátkých spojení a požárů. Těžké zavěšené objekty, jako jsou velké lustry v sálech a halách, představují při utržení i ohrožení osob.
U existujících budov proto může mít smysl zmenšit u zavěšených objektů potenciál ohrožení tím, že se tyto objekty zavěsí na virtuální kyvadla.
Obr. 40 znázorňuje zavěšení osvětlovací jednotky na virtuálním kyvadle na principu podle obr. 21.
Na třech lánech 83 (kabelech) upevněných ve třech rohových bodech rovnostraimého trojúhel35 niku na stropě místnosti a uspořádaných přibližné stejně šikmo směrem dolu ke společnému středu je zavěšen trubkový stojan ve formě trojstranné pyramidy 85. Ve špičce této pyramidy 85 jc otočné kolem dvou os. v nejjednodušší formě prostřednictvím dvou navzájem řetězově spojených prstenců, zavěšena tyč 86 jako nosič lamp.
Obr. 41 znázorňuje lampu zavěšenou na virtuálním kyvadle velké délky v provedení odpovídajícím provedení podle obr. 40. U znázorněného provedení sestává spojovací element 9 ze tří přidržovacích ramen 76, která tvoří hrany trojstranné pyramidy.
Obr. 42: Na vždy dvou virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 1 I jsou zavěšena v řadě sví45 lidla 87. Stabilní podpěrný element jc tvořen ky vadlem 2 zavěšeným na stropě ve formě otočně kolem dvou os upevněné tyče, lana nebo řetězu, a nese konec spojovacího elementu 8. Nosná konstrukce 5 sestává ze čtyř členů vc formě tyčí, lan nebo řetězu upevněných na stropě a tvořících hrany opačně zavěšené pyramidy, v jejímž vrcholu je vytvořen podpěrný bod 88 otočně kolem dvou os uloženého úložného bodu nestabilního podpěrného elementu ve formě stojícího 5o kyvadla 7. které je na svém horním konci spojeno otočně kolem dvou os s dalším koncem spojovacího elementu 8. Na spojovacím elementu 8 jc otočně kolem jedné osy zavěšena podpěra 89. na níž je ve svislém směru pružně zavěšeno svítidlo 87.
-28CZ 2981U3 B6
4.9, Tlumení kmitání prostřednictvím stožárů na virtuálních kyvadlech
Výškové domy, štíhle věže, vysoké stožáry a komíny jsou uváděny zemětřesením a silným větrem do příčného kmitání, které může mít kritické účinky. Aby sc zmenšila napětí při vvcliylování, způsobující deformaci, a aby se předešlo únavě materiálu, používají se velmi účinné tlumiče kmitů, zmenšující amplitudu kmitů. Za tím účelem sc na horní část stavby, nebo u štíhlých komínů a pomocí lan upevněných stožárů, v místech, kde dochází ke vzniku největších amplitud kmitání, uspořádají přídavné hmoty schopné vlastního kmitání, které se spojí s budovou prostřednictvím pružných podpěrných členů a tlumičů nebo jsou pohybovány aktivními systémy, aby svými reakčními silami působily jako tlumiče kmitání proti vlastnímu pohybu budovy .
Pro podepření těchto přídavných hmot je možno s výhodou použít virtuálních kyvadel. Při nejmenším nároku na místo mohou být upravena virtuální kyvadla jednoduchým způsobem pro každou požadovanou vlastní frekvenci podepřeno nesené hmoty volnou volbou rozin éru a vztahu mezi nimi.
U aktivně poháněných tlumičů kmitání je při použití virtuálních kyvadel výhodné zavěšení hmot s velmi malým třením a libovolně nastavitelná perioda vlastního kmitání.
Obr. 43 znázorňuje pasivní tlumič kmitání ve věži. Tři virtuální kyvadla 1_\ na principu odpovídajícím obr. 11 podpírají takzvanou tlumicí hmotu 90. Pružné tlumiče 91 podpírají tuto tlumicí hmotu 90 vodorovně vůči hmotě budovy.
Obr. 44: Znázorněný aktivní tlumicí systém kmitání sestává z tlumicí hmoty 90. podepřené třemi virtuálními kyvadly l\ na principu který odpovídá provedení podle obr. 11. Na principu odpovídajícímu obr. 9 je na třech virtuálních kyvadlech, která mají v místech uložení velmi malé tření, mají malou hysterezi pro návrat do střední polohy a jsou dimenzována na dlouhou periodu vlastního kmitání, podepřena referenční hmota 92,
Čidla 93 pro zjišťování polohy referenční hmoty 92. oddělené od pohybu konstrukce budovy prakticky v obou vodorovných osách, ve vztahu k poloze budovy, prostřednictvím regulačního zařízení dodávají nastavovací veličiny do ovladačů 94 pro pohyb tlumicí hmoty 90.
Obr. 45 znázorňuje systém tlumení kmitání s podepřením tlumicí hmoty 90 třemi virtuálními kyvadly Py na principu, který odpovídá provedení podle obr. 13, který může být použit pro aktivní nebo i pasivní systém, V tomto příkladu provedení jsou podpěrné elementy zatížené tahem provedeny jako lana 83,
Obr. 46 znázorňuje podepření tlumicí hmoty 90 nebo referenční hmoty 92 u aktivního systému na třech virtuálních kyvadlech Py na principu, který odpovídá obr. 21. V tomto příkladu provedení jsou stabilní podpěrné elementy H provedeny jako struktury' z lan.
Obr. 47: U systému tlumení kmitání, určeného pro trubkové stožáry; je tlumicí hmota 90 vc formě prstence uspořádána mimo stožár a podepřena třemi virtuálními kyvadly PY na principu, který odpovídá obr, 11, Stabilní podpěrný element, to jest ky vadlo 2. není přímo spojen se spojovacím elementem 8, nýbrž je prostřednictvím nástavce 95, kletý nepůsobí jako kyvadlo, a vložené páky 96, uložen ve vyšší rovině a tím zabírá v radiálním směru málo místa, čímž, sc zmenší odpor pro průchod vzduchu. Obložením 97 se tlumení tlumičem kmitání nesčítá sc silami větru.
Obr. 48: U pasivního systému tlumení kmitání, určeného pro stožár z příhradové konstrukce, je tlumicí hmota 90 pro zmenšení odporu při průchodu vzduchu uspořádána ve formě plochého prstencového kotouče kolem stožáru a podepřena třemi virtuálními kyvadly PY podle principu, který odpovídá obr. II. Odpružení je kromě automatického centrování virtuálními kyvadly Pv provedeno pružinami 98 na dolním kloubu nestabilního podpěrného elementu 7. Tlumení je provedeno třecím kotoučem 99. Stabilní podpěrné elementy 2 jsou vytvořeny z lana.
- 29 LZ ZV81UÓ B6
Aby funkce nebyla ovlivněna silami větru, je tlumicí konstrukce prakticky zakryta obložením 97 s malým aerodynamickým odporem.
4.10. Zmenšení nebezpečí ztekuccní půdy (1 iquefaction)
Velké zmenšení nebezpečí ztek učení pudy
Při kmitající půdě vyvolávají střídající sc momenty pocházející z kmitání budov vzrůstající zatížení základu, která u určitých podloží mají za následek změkčení půdy a zmenšení nosnosti půdy, takže budovy mohou do podloží klesat.
Protože budovy podepřené virtuálními kyvadla jsou od vodorovných kmitání půdy téměř úplně izolovány, není hmota budovy vystavena žádnému vodorovnému zrychlení, takže nevznikají žádné reakční síly z klopných momentu hmoty budovy a účinky, které způsobují změkčení půdy, se odstraní nebo v mezním případě zmenší.
Reakční síly hmoty budovy způsobí při vibracích u určitých podloží ztekucení půdy s fatálními účinky. Půda se stane vysoce viskózní kapalinou a budovy sc v půdě nakloní nebo klesnou. Je-li hmota budovy menší než h mota půdy nebo zeminy, kterou zaujímá objemový podíl stavby uložené v půdě, budova při ztekuccní půdy plave a z půdy se zvedá. Ochrannými moduly proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel se reakční síla hmoty budovy sníží na 3/1000. Ztekucení se v mezních případech zabrání.
Při vodorovném kmitání půdy se ke statickému zatížení základové desky přičítá pár sil měnící směr synchronně s kmitáním pro zachycování klopného momentu budovy způsobeného zrychlením hmoty budovy .
Měnící se přídavné zatížení U na okrajích základové desky ze zrychlení hmoty budovy se určí podle vztahu
| τ K λ = m.a — a fT | (24) | |
| ni | .... hmota budovy | |
| a | .... zrychlení v těžišti budovy | |
| hm | .... výška těžiště budovy nad klopnou hranou základní desky | |
| W | .... největší odstup klopných hran základové desky ve směru kmitání půdy |
Měnící se tlaky v půdě způsobují ve vlhké půdě čerpání vody v ní obsažené. Tím se pulzujícím zaplavováním vodou zmenšuje tření mezi částicemi půdy, jako je písek a hrubý písek, z půdy se stane viskózní tekutina a půda se zkapalní na kaši.
Tím může dojít k poklesu budov v půdě a při nesymetrickém působení těchto vlivů i k jejich převrhnutí.
U podepření objektů podle vynálezu výše uvedené reakční působení nesené hmoty však nenastává, protože nesená hmota není vystavena žádnému podstatnému zrychlení. Statické zatížení základové desky sc neskládá se střídavými zatíženími z klopných momentů. Nebezpečí ztekucení půdy se ve velké míře sníží.
- 30 CZ Z98IUÓ B6
Obr. 49: Aby se i u velmi měkké a mokré půdy dále snížilo nebezpečí ohrožení budov chráněných proti zemětřesení virtuálními kyvadly Pv, je základová deska jako základna pro ochranné moduly proti zemětřesení provedena tak. že dolní část budovy nacházející se \ půdě je podle hustoty okolní půdy provedena jako lehká tuhá konstrukce a jc dimenzována tak. aby hmotnost 5 jejím objemem vytlačené půdy odpovídala hmotnosti celé budovy.
Aby se snížily účinky mechanických sil na základovou desku v důsledku kompresních vln v půdě, je dolní strana 100 základu zakřivena k okraji a směrem ven se zvedá.
ίο Obr. 50: Je-li u vlhké půdy pod sedimentační vrstvou v nepříliš velké vzdálenosti dosažitelná pevnější půda nebo skalnatý podklad, je provedení základu podle obr. 49 navíc opatřeno pilotami 103 pro takzvané pilotování základu.
4.11 Těsnění mezi základovou deskou a neseným objektem
Obr. 51: Mezi vnější stěnou suterénu 22, která je zapuštěna v půdě a při zemětřesení vykonává vodorovné kmitavc pohyby s půdou, a konstrukcí budovy 5L podepřenou ochrannými moduly proti zemětřesení na principu virtuálních kyvadel, která zůstává v klidové poloze na jednom místě, je upravena dilatační spára 113. která by však neměla být propustná pro vítr, prach, 2t) vlhkost a hmyz.
Na jedné straně dilatační spáry 113. s výhodou na horní straně, jsou upraveny pásy z drátěných kartáčů 101 a mezery mezi nimi jsou vyplněny upec ho vanou izolační vlnou 104. Na protilehlé straně jc nastavitelně připevněn kluzný rám 102 se zkosenými hranami.
Obr. 52; Jsou-li ochranné moduly proti zemětřesení navíc pro potlačení svislého kmitání vybaveny svislým odpružením a tlumením, je zapotřebí, aby i těsnění v dilatační spáře 113 bylo opatřeno svislým odpružením.
Ke konstrukci budov 51 izolované proti kmitání nebo k přídavné kluzné ochranné lamele 105 je potlačován těsnicí rám 106 tvaru U. a to pružnými elementy 1 ()7, například ve formě šroubových nebo listových pružin. Těsnicí rám 106 je dolní částí 108 ve tvaru U, která je pevně spojena s vnější stěnou suterénu 22 budovy 51, veden ve svislém směru a vůči dolní části 108 utěsněn kluznými těsnicími lištami 109 ustavenými pružnou silou. Těsnicí rám 106 jc utěsněn vůči konst35 rukci budovy 51, izolované proti kmitání, nebo vůči kluzné ochranné lamele 105 těsnicími lištami 109, tlačenými pružnou silou svisle směrem vzhůru, a ucpávkou 110.
4.12. Menší nebezpečí požáru zlepšením situace rozhraní •ίο Obr. 53: Protože hmota budovy 51 je při vodorovném kmitání půdy při zrněné frekvence urychlována, způsobuje reakční síla této hmoty na půdu prostřednictvím svislých ploch suterénu 22 budovy 51 uloženého v půdě stlačování. V závislosti na vzniklých měrných tlacích se půda pěchuje a odlehčuje, přičemž mezi napájecími vedeními 1J 1 položenými v půdě a přípojkami vedení upevněnými v budově 51 dochází ke škubavým pohybům, které mohou způsobit porušení 4? těchto napájecích vedení 1II. Porucha plynových a elektrických vedení může vyvolat požár v důsledku krátkého spojení. Tyto časté příčiny požáru je možno potlačit tím, žc pěchování půdy a stím spojené škubání vedení se zmenší, protože měrné tlaky v půdě se sníží a reakční síla již nebude působit ze zrychlení hmoty celé budovy 5}, nýbrž jen z podstatně menší části, to znamená z hmoty základu budovy 51. Odpovídajícím způsobem se tedy sníží místní nebezpečí ?o porušení vedení.
Uvnitř budovy 51 zajišťují ohebné spojky vedení v zavěšených smyčkách 112 tvaru U to. žc při relativním pohybu mezi kmitajícím základem a konstrukcí budovy 5L podepřenou izolovaně proti přenosu kmitání, nedojde k žádnému poškození vedení.
CZ Z981UÓ Η6
4.13. Tolerování tvorby spár v pudě pod budovami
Dokonce i v nejneobvyklejším případě, kdy podél spáry přímo pod budovou se pohy buji oba okraje v opačném směru nebo se od sebe oddalují a ponechávají otevřenou spáru, muže tuto 5 skutečnost systém podle vynálezu tolerovat, protože ochranné moduly fungují nezávisle na sobě a vyrovnávají změny podpěrné vzdálenosti na základu.
Přesto systém dodává nesené konstrukci stabilitu.
to Obr. 54: Rozteč t podpěr j_6 budovy 51 je v důsledku pevné montáže neproměnná. Rozteč ochranných modulů 56 proti zemětřesení na základu 20 odpovídá rozteči na horní části budovy 21Dojde-li v důsledku kompresních vln při zemětřesení k tvoření spár mezi ochrannými moduly 56 15 proti zemětřesení, zvětší se podpěrná vzdálenost ochranných modulu 56 proti zemětřesení o šířku
Sp spáry*. Ochranné moduly 56 proti zemětřesení centrují jako virtuální kyvadla podpěrný bod ve středu jeho amplitudy kmitání pod jeho virtuálním závěsný m bodem.
Dojdeš i ke zvětšení odstupu virtuálních závěsných bodů dvou virtuálních kyvadel, zaujmou 20 nav záj cm pevně spoj enc pod perné body vy ro v n á v aj í c i po 1 oli u, t akže ode hy 1 ka od pů vod n í st ředn í polohy u obou virtuálních kyvadel jc stejná.
4.14. Snížení účinku nárazů při explozích
Na základě menšího odporu neseného objektu proti posunování vůči základu či základové desce se může podle vynálezu budova nebo objekt při působení sil v důsledku pohybu vzduchu, které jsou větší než tlaky způsobené nejsiinčjším větrem, a které vznikají při explozích v blízkosti budovy, vychýlit v každém směru, a proto účinek momentů způsobených těmito silami snížit.
3o Podepření proti síle větru sc nastaví automaticky na sílu větru rychlostí změny regulačních veličin. která odpovídá požadavkům změny velikosti síly větru.
Zvý šení tlaku vzduchu na základě exploze však nastane v extrémně krátké době, v jejímž průběhu nedojde automatickou regulací k žádnému podstatnému zvýšení podpěrné síly pro kompenza35 ci síly větru. Proto se muže budova při náhlém zvýšení tlaku v důsledku tlakové vlny při malé protisíle vychýlit zpět, což ne nepodstatně sníží výměnu impulzu.
Přehled obrázků na výkresech
5. Krátký popis obrázků
Obr. I znázorňuje dům podepřený podle vynálezu ochrannými moduly, které představují virtuální kyvadla velké délky s takovým průběhem pohybů, jako by dům byl zavěšen na dlouhých 45 kyvadlech o délce 1,.
Obr. 2 - obr. 4 znázorňují zařízení k ochraně proti zemětřesení podle dosavadního stavu techniky podle vyobrazení z příslušných spisů.
Obr. 5 znázorňuje schematicky matematické kyvadlo s příslušnými vztahovými značkami a funkčními veličinami, které byly použity pro základní úvahy v části popisu o názvu „Dedukce k řešení zadané úlohy.
Obr. 6 a obr. 7 představují skládání neboli superponování harmonického pohybu ve svislém směsí ru nahoru a dolů.
Obr. 8 slouží k objasnění vynálezu a znázorňuje schematicky porovnání stabilního kyvadla a labilního kyvadla jako podpěrných členů.
Obr. 9 znázorňuje zjednodušeně schematicky příklad zařízení, které tvoří virtuální kyvadlo velké délky při poměrně malém rozložení ve svislém směru, a dále znázorňuje princip činnosti pro vyřešení zadané úlohy, podle něhož může jeden bod tohoto kinematického schématu sloužit jako podpěrné zařízení objektu určeného k nesení s průběhem prostorových pohybů takovým, jako by tento bod byl kmitajícím koncem dlouhého kyvadla.
Obr. 10 zjednodušené znázorňuje půdorys schématu z obr. 9.
Obr. 11 znázorňuje použité vztahové značky ke schématu kyvadla.
Obr. 12 znázorňuje zjednodušeně schematicky variantu schématu z obr. 9.
Obr. 13 znázorňuje virtuální kyvadlo v jedné variantě schématu z obr. 12. u níž jsou páka k otočnému připojení zavěšeného stabilního kyvadla a páka k otočnému připojení stojícího labilního kyvadla umístěny v různých výškových rovinách.
Obr. 14 - obr. 16 znázorňují virtuální kyvadlo z obr. 13 v různých fázích pohybu.
Obr. 17 znázorňuje virtuální kyvadlo z obr. 13 v pohybové relaci vůči kmitající základové desce.
Obr. 18 zjednodušeně schematicky znázorňuje druhý příklad řešení k uskutečnění virtuálního kyvadla, odlišného od příkladu na obr. 9.
Obr. 19 znázorňuje schematicky v půdorysu příklad z obr. 18.
3o Obr. 20 a obr. 21 zjednodušeně schematicky znázorňují doplněk k příkladu podle obr. 18 a obr. 19 pro dosažení velké délky virtuálního kyvadla.
Obr. 22 znázorňuje schematicky varianty virtuálních kyvadel.
Obr. 23, 23a, 23b a 23c znázorňují schéma virtuálního kyvadla a fází jeho pohybu.
Obr. 24 znázorňuje relativní pohyb základové desky vůči virtuálnímu kyvadlu.
Obr. 25 znázorňuje principiálně proveditelnou formu zařízení pro centrování a přidržování proti 40 síle větru pro objekt nesený virtuálním kyvadlem.
Obr. 26 znázorňuje zařízení k centrování objektu neseného virtuálními kyvadly prostřednictvím pružného bloku z elastomeru,
Obr. 27 znázorňuje podpěrné zařízení pro centrování a podpěru proti síle větru pro objekt nesený virtuálními kyvadly prostřednictvím koule zatlačované pružnou silou do trychtýře.
Obr. 28 znázorňuje zjednodušeně schéma hydropneumaticky ovládaného systému pro centrování a podepření proti síle větru objektu nesen něho virtuálními kyvadly.
Obr. 29 znázorňuje zařízení pro centrování a podpěru proti síle větru objektu neseného virtuálními kyvadla prostřednictvím kulisy, která se hydropneumatickou pružnou silou opírá oboční stěnu základu spojeného se základovou deskou.
Obr. 30 znázorňuje stejné zařízení jako obr. 29 s přídavnou integrací hydraulického čerpadla, které odvozuje svou hnací energii z pohybu základové desky při zemětřesení.
Obr. 31 znázorňuje systém pro centrování budovy při zatížení větrem, přičemž část budovy, která 5 není vystavena působení větru, slouží jako referenční poloha.
Obr. 32 znázorňuje schematicky svislé odpružení pro zmenšení zrychlení.
Obr. 33 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení se svislým odpružením a se zachycováním io síly větru.
Obr. 34 znázorňuje pružné deformace při kritickém kmitání stožárů osvětlení.
Obr. 35 znázorňuje virtuální kyvadlo na špičce stožáru.
Obr. 35a znázorňuje příčný řez provedení z obr. 35,
Obr. 35b znázorňuje půdorys provedení z obr. 35.
Obr. 36, 36a, 36b znázorňují skupinu lamp na sloupu s izolací proti přenosu kmitání použitím virtuálního kyvadla a podrobnosti provedení.
Obr. 37 až obr. 39 znázorňují varianty lamp na sloupech s izolací proti přenosu kmitání.
Obr. 40 a obr. 41 znázorňují zavěšené lampy s izolací proti přenosu kmitání použitím virtuálních kyvadel podle schématu z obr. 21.
Obr. 42 znázorňuje zavěšení řady svítidel na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 9.
Obr. 43 znázorňuje tlumič kmitání s podpěrou na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 9.
Obr. 44 znázorňuje tlumič kmitání jako na obr. 43 s referenční polohou na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 21.
Obr. 45 znázorňuje podepření tlumicí hmoty' pro tlumení kmitání na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 13.
Obr. 46 znázorňuje zavěšení tlumicí hmoty nebo referenční hmoty na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 21.
Obr. 47 znázorňuje tlumicí hmotu na trubkovém stožáru podepřenu virtuálními kyvadly.
Obr. 48 znázorňuje tlumicí hmotu na stožáru s příhradovou konstrukcí podepřenou virtuálními kyvadly.
Obr. 49 znázorňuje základ ochrany proti zemětřesení jako základ pro virtuální kyvadla.
Obr. 50 znázorňuje základ ochrany proti zemětřesení s ukotvením pomocí pilot jako základ pro virtuální kyvadla.
Obr. 51 znázorňuje utěsnění dilatační spáry pro budovy izolované proti přenosu kmitání.
Obr. 52 znázorňuje utěsnění dilatačních spár u vodorovné a svislé izolace budovy proti přenosu kmitání.
-34IZ ZVX1U3 B6
Obr. 53 znázorňuje situaci rozhraní pro napájecí vedení u budovy izolované proti přenosu kmitání.
Obr. 54 znázorňuje působení spáry v půdě v důsledku zemětřesení mezi ochrannými moduly 5 proti zemětřesení s principem virtuálních kyvadel.
Obr. 55 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení instalovaný v suterénu budovy jako zařízení k nesení budov a objektů s uskutečněním virtuálního kyvadla podle principu z obr. 21,
Id Obr. 56 znázorňuje instalaci ochranného modulu proti zemětřesení se svislým odpružením v suterénu budovy.
Obr. 57 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení, jaký je znázorněn na obr. 55. s integrovaným zařízením pro centrování a pro zachycování síly větru podle schématu z obr. 25.
Obr. 58 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení jako na obr. 55, zkombinovaný s claslomerovým blokem jako centrovací pružinou.
Obr. 59 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení instalovaný v půdě jako zařízení k nesení 20 budov a objektů s uskutečněním virtuálního kyvadla podle principu z obr. 12.
Obr. 60 znázorňuje svislý řez budovou nesenou ochrannými moduly proti zemětřesení jako na obr. 59. přičemž je znázorněna poloha podpěrných zařízení k centrování budovy a k zachycování sil větru.
Obr. 61 znázorňuje vodorovný řez suterénem budovy a základem ve tvaru rámu rovině centrovacího zařízení, přičemž je znázorněno uspořádání podpěr příkladu provedení podle obr. 30.
Obr. 62 znázorňuje přemístění základové desky se základem relativně vůči v klidu stojícímu suterénu budovy ve směru pohybu rovnoběžném s jednou stěnou budovy.
Obr. 63 znázorňuje přemístění základové desky se základem relativně vůči v klidu stojícímu suterénu budovy ve směru pohybu se sklonem vůči stěně budovy.
Obr. 64. 64a, 64b znázorňují virtuální kyvadla k podpírání výškového domu.
Obr. 65 znázorňuje virtuální kyvadlo k instalování v betonovém základu podle schématu z obr. 21.
ίο Obr. 66 znázorňuje podepření jízdní dráhy na pylonech prostřednictvím virtuálních kyvadel.
Obr. 67 znázorňuje podepření pylonu na virtuálních ky vadlech na základové desce.
Obr. 68 znázorňuje podepření stožáru s příhradovou konstrukcí na virtuálních kyvadlech podle 4? schématu z obr. 21.
Obr. 69 znázorňuje podepření potrubí na virtuálních kyvadlech.
Obr. 70 znázorňuje podepření trubkového mostu na virtuálních kyvadlech.
LZ 2981U3 B6
Příklady provedení vynálezu
6. Popis výhodných provedení
Obr. 1 znázorňuje, že podle vynálezu je chráněný objekt uložen na nosných konstrukcích, nazvaných zde jako ochranné moduly 56 proti zemětřesení, které jsou spojeny s půdou prostřednictvím souvislého společného základu nebo rovněž prostřednictvím Jednotlivých základů pro jednotlivé ochranné moduly 56 proti zemětřesení. Ochranné moduly 56 proti zemětřesení nesou konstrukční těleso nebo stavbu a umožňují mu vykonávat ve svých podpěrných bodech prostorové pohyby tím způsobem, že objekt vykonává takové pohyby, jako by byl zavěšen na velmi dlouhých kyvadlech, čímž u tohoto objektu dochází pouze k minimálnímu zrychlení. Při velmi malé konstrukční výšce představuje lakový ochranný modul 56 proti zemětřesení virtuální kyvadlo Pv s velkou virtuální délkou k a s velkou periodou. Tylo nosné konstrukce neboli ochranné moduly 56 proti zemětřesení jsou dimenzovány tak. aby mohly vykonávat každou požadovanou nebo potřebnou amplitudu možného pohybu, takže ani nej extrémnější vodorovné pohyby půdy se na nesený objekt nepřenášejí. Vhodným dimenzováním jc možno dosáhnout toho, že vlastní frekvence kmitání budovy uložené na ochranných modulech 56 proti zemětřesení jc mnohokrát menší než frekvence kmitání půdy, k němuž obvykle při zemětřesení dochází.
Na obr. 55 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení v provedení podle schématu z obr. 21. který je vestavěn do suterénu domu. Tři podpěrné elementy 11 mají na svých koncích vždy jedno sférické kloubové uložení 15 nebo alternativně kardanův kloub nebo kulový kloub 17 a jsou na svém horním konci zavěšeny otočně kolem dvou os na nosné konstrukci 5 a na svém dolním konci nesou spojovací element 9. Na horním konci spojovacího elementu 9 je otočně uložena podpěra 16 budovy spojená snesenou konstrukcí budovy 51 Vlnovec 18 zelastomcru nebo kovu utěsňuje hermeticky kulový kloub J_7. Mezeru mezi neseným konstrukčním tělesem, které sc může pohybovat vůči základové desce 6, utěsňuje kluzné těsnění 19, uspořádané mezi částí budovy a základovou deskou 6.
Na obr. 56 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení podle schématu z obr. 12, vestavěný v suterénu domu. Do podpěry 16 budovy jc integrována izolace proti přenosu kmitání podle schématu, které odpovídá obr. 32. Pro přizpůsobení relativního pohybu mezi základovou deskou a horní částí budovy izolované od kmitání jc uspořádáno těsnění 114 podle schématu, které odpovídá obr. 52.
Na obr. 57 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení podobného provedení jako na obr. 55. Navíc je zde způsobem podle obr. 25 integrováno zařízení 57 pro centrování a zachycováni síly větru. Toto řešení je výhodné z. hlediska úspory místa. Obě funkce, to znamená nesení objektu a jeho přesné centrování a zachycování síly větru prostřednictvím protisíly, jsou v této jednotce sdruženy.
Na obr. 58 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení s další kombinací nosné a centrovací funkce. Centrování zde přebírá elastomerový pružný blok 48.
Na obr. 59 je znázorněn ochranný modul 16 proti zemětřesení v provedení podle schématu z. obr. 12, určeny pro velká zatížení výškových budov a instalovaný na povrchu země. Zavěšené kyvadlo 2 má na obou koncích vždy jedno sférické kloubové uložení nebo kardanův kloub a na svém horním konci je zavěšeno na nosné konstrukci 5. V dolním ložisku zavěšeného kyvadla 2 je uložen nosič jako spojovací element 8. Další konec spojovacího elementu 8 se opírá o kulový kloub J_7. nebo alternativně i o kardanův kloub nebo sférické kloubové uložení, labilního stojícího kyvadla 7. Stojící kyvadlo 7 se opírá stejným kulovým kloubem 17 jako horní konec i svým dolním koncem o základovou desku, v tomto případě o základ 20. Na nosiči tvořícím spojovací element 8 je otočně kolem jedné osy uložena podpěra 16 budovy, která nese budovu neboli objekt 1_. Přízemí objektu j jc zavěšené společně se suterénem 22, popřípadě s více suterény, na objektu 1. Meziproslor 23 mezi suterénem 22 a základem 20 na základové desce je zakry t vnější
- 36 CZ 298103 B6 částí přízemí a dilatační spára u základu 20 je utěsněna kluzným těsněním 19. Spojení pro vstup a výstup 21 vody a energie do budovy a pro komunikaci jsou mezi základem 20 a suterény 22 budovy provedeny jako ohebné zavěšené smyčky tvaru U, takže mezi základem 20 a budovou může docházet k relativním pohybům, aniž by tato spojení byla nějak ohrožena.
Obr. 60 znázorňuje svislý dílčí řez výškovým domem s podepřením ochrannými moduly 56 proti zemětřesení podél vnějšího okraje budovy, které odpovídá provedení podle obr. 59. V jedné rovině 54 suterénu 22 jsou na obvodu budovy umístěny vodorovné podpěry- 24 podle principu, který odpovídá obr. 22 nebo obr. 30, s příslušnou hydraulickou výbavou podle obr. 28.
Na obr. 61 jc znázorněn vodorovný řez suterénem 22 budovy a základem 20. vytvořeným jako rám kolem suterénu 22, sloužícím jako nosný základ pro ochranné moduly 56 podél vnějšího okraje budovy v rovině 54 z obr. 60. Na každé straně suterénu 22, který je pohy blivý nebo posuvný relativně vůči základové desce 6 a s ní spojenému základu 20 ve všech směrech, se nacházejí 15 na každc stěně vždy dvě zařízení tvořící vodorovnou podpěru 24 zachycující síly větru a pro přesné centrování budovy relativně vůči základu 20. Podpěrná zařízení odpovídají schématu z obr. 30. Působí-li na horní část budovy síla větru, zůstane budova ve stejné poloze, jak jc znázorněno na obr. 61. Podpěrná zařízení reagují na nej menší odpružení a zvyšují podpěrnou sílu v pružících elementech tak dlouho, dokud není dosaženo rovnováhy sc silou větru. Při přesné 2o střední poloze bez působení vnějších sil účinkem větru je mezi kladkami a stěnou základu 20 upravena malá vůle. Všechny pružící válce jsou zcela vysunuty až ke svému hydraulicky tlumenému dorazu.
Obr. 62: Dojdc-1 i k posunutí základu 20 ve směru znázorněných šipek 58 v důsledku zemětřesení. 25 dojde k odpružení vodorovných podpěr 24 na té straně, kde se stěna základu 20 přiblíží k budově.
Na protilehle straně budovy se podpěrná zařízení neboli vodorovné podpěry 24 od stěny oddálí.
Obr. 63: Při pohybu základu 20 ve směru šipky 58, který není rovnoběžný s okrajem budovy, odpruží boční vodorovné podpěry' 24 na dvou stranách a na dvou protilehlých stranách se od 3« stěny oddálí.
Na obr. 64 je znázorněna část pohledu z vnějšku na výškovou budovu s podepřením na povrchu země na ochranných modulech 56 proti zemětřesení při využití principu virtuálních kyvadel. Virtuální ky vadla podle schématu, které odpovídá obr. 12, jsou uspořádána zrcadlově v párech. 35 Stabilní zavěšená kyvadla 2 sc pro vyrovnání tolerancí v párech opírají o vyrovnávací nosník ]J_5 uložený otočně kolem jedné osy na sloupku 1 16.
Z uspořádání ochranných modulů 56 proti zemětřesení lze seznat, že toto provedení je vhodné pro dodatečné vybavení existujících budov se skeletovým způsobem konstrukce. Existující slou40 py jsou v oblasti mezery G nahrazeny vloženými elementy virtuálního kyvadla.
Na obr. 64a a obr. 64b je znázorněn vždy svislý řez provedením podle obr. 64, který zobrazuje vnější ukončení budovy u rovné země s dělicí dilatační spárou a s těsněním I 14, přičemž jednou se ochranné moduly 56 proti zemětřesení nacházejí ve vnější části budovy a jednou ve vnitřní 45 části budovy.
Na obr. 65 je znázorněno virtuální kyvadlo jako ochranný modul proti zemětřesení podle principu. který' odpovídá obr. 21. V tělese 117 zabetonovaném v základové desce 6 se usadí předem smontovaný modul jako jednotka a spojí prostřednictvím přírubových spojů. Podpěry 89 se spojí 50 s neseným objektem přírubovými spoji. Stabilní podpěrné elementy I 1 ve formě kyvadel jsou provedeny z lan. Podpěrný element _1_4 sc pro zachycování sil větru vycentruje prostřednictvím pružiny 118 a pro zachování svislého negativního zrychlení je přidržován další pružinou 119. Podpěra 89 je v podpěrném elementu 14 uložena prostřednictvím kulového kloubu 17 otočně kolem dvou os a prostřednictvím teleskopického vedení 120 a pružného podepření prostřed nic t
- 37 CZ 298103 B6 vím pružného elementu 126 ve formě mechanické pružiny, popřípadě alternativně pneumatických pružin, nese zatížení podepřeného objektu.
Na obr. 66 je znázorněno uspořádání visuté jízdní dráhy 122 nesené na pvtonech s izolací od 5 příčných kmitání plošiny 121 pylonů. Tímto způsobem sc odlehčí těleso pylonu od ohybových zatížení, protože je zatěžováno nikoli již reakčními silami z příčného zrychlení hmoty visuté jízdní dráhy 122. nýbrž v podstatě jen velmi malou vlastní hmotou a malým podílem hmoty ochranných modulů proti zemětřesení. Provedení virtuálních kyvadel odpovídá principu podle obr. 13. Pokud by podpěrný bod visuté jízdní dráhy 122 byl tvořen pevným ložiskem, byl by spo10 jovací element 8 s vodorovně působícími pružnými elementy 126 přidržován vc své střední poloze. Teprve tehdy, když dojde k překonání předem stanovené pružné síly, je umožněn relativní pohyb mezi visutou jízdní dráhou 122 a plošinou 121 pylonu.
Na obr. 67 je znázorněna izolace pro oddělení kmitání pylonu £25 pro visuté jízdní dráhy od 15 základové desky. Virtuální kyvadlo je zde provedeno podle principu, který odpovídá obr. 9.
Ve znázorněné formě představuje tato podpěra visuté jízdní dráhy současně volné uložení mostu. Stabilní podpěrný element, to znamená zavěšené kyvadlo 2, sestává ze dvou táhel 123 a dvou příčných nosníků 124.
Na obr. 68 je znázorněn stožár z příhradové konstrukce nesený na ochranných modulech proti zemětřesení, provedených podle principu, který odpovídá obr. 21, a opatřených podepřením proti síle vetru.
Na obr. 69 jc znázorněno podepření potrubí s jedním stabilním zavěšeným kyvadlem 2 a jedním 25 labilním stojícím kyvadlem 7 podle schématu, které odpovídá obr. 9. Spojovací element 8 je vytvořen jako úložný element potrubí. Střed trubkového průřezu opisuje při vodorovném posouvání dráhu jako dolní konec dlouhého kyvadla. Zavěšení potrubí je tedy provedeno na virtuálním kyvadle. Stojící kyvadlo 7 je ve svislé poloze přidržováno pružinou 47, která jc potlačuje k dorazu. Teprve při určitém klopném momentu působícím na stojící kyvadlo 7 se dosáhne stlačení 30 pružiny 47 a umožní se pohyb podpěrného systému. Klopný moment se předem stanoví tak, aby pohyb způsobily pouze reakční sily hmoty způsobené příčným zrychlením v důsledku zemětřesení.
Na obr. 70 je znázorněno podepření trubkového mostu, který se používá v chemických zařízeních 35 a rafinériích, na virtuálních kyvadlech. Podpěra 89 je podepřena spojovacím elementem 8, který je podepřen stabilním podpěrným elementem, to jest zavěšeným kyvadlem 2, a labilním podpěrným elementem, to jest stojícím kyvadlem 7.
Claims (29)
Hide Dependent
translated from
Claims (29)
Hide Dependent
translated from
- PATENTOVÉ NÁROKY45 1, Způsob ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky (6). například při zemětřesení, přičemž v systému nesoucím objekt (1) sc působení stabilních podpěrných elementů (
- 2. I I), kyvadlovitě výkyvných v každém vodorovném směru a nadzvedávajících hmotu objektu (1), a labilních podpěrných elementu (7, 14), kyvadlovitě výkyvných v každém vodorovném směru a způsobujících pokles hmoty objektu (1), superponuje spojením50 tím způsobem, žc při střídavém vodorovném pohybu základové desky (6). například při zemětřesení. se pod vlivem přemístění opěrných bodů (10) podpěrných elementů (2. 7. II), spojených sc základovou deskou (6), vůči poloze nesené hmoty objektu (1) uskuteční pouze malé nadzvednutí hmoty objektu (I) na podpěrném bodě (P) na spojovacích elementech nebo kombinovaných podpěrných nebo spojovacích elementech, čímž se na základě malého sklonu dráhy pohybu podpěr55 ných bodů (P), která je relativně vůči základové desce (6) prostorová, hmotou objektu (1)- 38 CZ 298103 B6 vystavenou gravitaci vytvoří jen malá vratná síla (FR) stabilizující ve směru do klidové polohy, z čehož při vzniku vysokých příčných zrychlení na základové desce (6) vznikne jen malé zrychlení objektu s dlouhou periodou vlastního kmitání (obr. 9. 12, 13, 16, 17, 21,22, 23, 24).5 2. Zařízení k provádění způsobů podle nároku I. vyznačující se t í m , že pro od kmitání oddělené uložení objektu (I). zejména budovy, na jeho statických podpěrných bodech vůči kmitající základové desce (6) pro ochranu objektu (1) před kmitáním základové desky (6) pro podepření objektu (1) na vždy jednom zařízení v určitém úložném bode (P) na spojovacím elementu nebo kombinovaném podpěrném a spojovacím elementu (8. 9, 14), který sám jc iíi podepřen prostřednictvím do všech směrů výkyvné uložených podpěrných elementů (2, 7, II), které navzájem spojuje, na kmitající základové desce (6), tvoří podpěrné elementy (2, 7, 11. 14) systém stabilních podpěrných elementů (2. 11), kyvadlovitě výkyvných v každém vodorovném směru a nadzvedávajících hmotu objektu (1). a labilních podpěrných elementů (7. 14). ky vadlovitě výky vných v každém vodorovném směru a způsobujících pokles hmoty objektu (I). přičemž i? dimenzování a uspořádání podpěrných elementů (2, 7, 11. 14) v jejich výchozí poloze je provedeno tak, že na každém spojovacím elementu nebo kombinovaném podpěrném a spojovacím elementu (8, 9, 14) nastává v místě pro úložný bod (P) podpíraného objektu (I) srovnatelná možnost pohybu v každém vodorovném směru, jaký opisuje volný konec velmi dlouhého ky vadla, které má formu konkávní kulové pánve, a které jc schopné výky vného pohybu v každém směru 20 kolem dvou os, čímž nastane působeni virtuálních ky vadel vykyvujících v každém směru (obr. 9. 12.13.16,17,21,22.23,24).
- 3, Zařízení podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se tím. žc spojovací element (8, 9) na jedné straně otočného připojení podpěrných elementů (2, 7. II. 14) vykonává nadzvednutí a na proti25 lehlé straně poklesnutí, přičemž úložný bod (P) pro podepření objektu (I) na spojovacím elementu (8, 9, 14) při základní vodorovné amplitudě kmitající základové desky (6) vykoná jen malý polivb, že opisuje naploclio zakřivenou sférickou plochu, konkávní při pohledu shora (obr. 9, 12. 13,'16, 17).30
- 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3. vy z n a č u j í c í se t í m . že dva podpěrné elementy (2, 7, 11. 14) jsou spojeny otočné kolem dvou os spojovacím elementem (8. 8b), přičemž jeden podpěrný element (2, 11) je vytvořen jako stabilní zavěšené kyvadlo, zavěšené výkyvné otočně kolem dvou os na svém horním konci na opěrném bodě (10) spojeném sc základovou deskou (6), a další podpěrný element (7, 14) je vytvořen jako labilní stojící kyvadlo, uložené otočně kolem 35 dvou os na svém dolním konci na základové desce (6), a přičemž spojovací element (8) je uložen na objektu (I) na vodorovné ose, takže nemůže vykonávat otáčení kolem svislé osy relativně vůči objektu (1) (obr. 9, 12. 13, 16. 17).
- 5. Zařízení podle nároku 4, v y z n a č u j í c i se t í in . že spojovací element (8)je rozčleněn 40 na další spojovací element (8b) a prostřednictvím spojovacího elementu (8a) je s ním na obou stranách spojen otočně kolem jedné osy. přičemž podpěrný element (8b). který je otočně kolem jedné osy uložen na podpěře (Wj ), je otočně kolem dvou os podepřen labilním kyvadlem neboli podpěrným elementem (7) (obr. 13 až 17).45
- 6. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, v y z n ač u j í c i se t í m , že ke spojovacímu elementu (9, 14) jsou ve třech bodech na obvodu otočně kolem dvou os připojeny tři podpěrné elementy (11). které jsou v klidové poloze uspořádány od středu spojovacího elementu (9) šikmo směrem vzhůru a ven a jsou zavěšeny otočně kolem dvou os na základové desce (6) (obr. 21).50
- 7. Zařízeni podle nároku 6. vyznačující se t í m . žc úložný bod (P) k podepření objektu (!) je uspořádán nad rovinou proloženou třemi úložnými body (12) podpěrných elementů (11, 14) na spojovacím elementu (9) (obr. 19, 20).-30CZ 298103 B6
- 8. Zařízení podle nároku 2, vy znač uj íc í se t i m . že spojovací element (8). který je otočně kolem dvou os spojen s alespoň dvěma podpěrnými elementy (2), které jsou v navzájem rovnoběžné poloze zavěšeny na svém horním konci výkyvné otočně kolem dvou os v podpěrném5 bodé (10) spojeném se základovou deskou (6). nese ve svém středu podpěrný element (14), který je ve spojovacím elementu (8) uložen otočně kolem jedné osy. přičemž výkyvný pohyb podpěrného elementu (14) směřuje do směru k podpěrným bodům (10) spojovacího elementu (8) na podpěrných elementech (2), a který je na svém dolním končí pod svým uložením ve spojovacím elementu (8) uložen otočně kolem dvou os a axiálně posuvně, a který' nad svým uložením ve spolu jovacím elementu (8) nese ve svém úložném bodě (P), uloženém otočně kolem dvou os, objekt (1) (obr. 22.23,24).
- 9. Zařízení podle nároků 2 a 8, v y z n a č u j í c í s c t i m , že u zařízení odlišného od provedení podle nároku 8 jc spojovací element (8) podepřen na více symetricky uspořádaných a navzá-15 jem rovnoběžných podpěrných elementech (2). přičemž podpěrný element (14) je ve spojovacím elementu (8) uložen otočně kolem dvou os (obr. 22, 23. 24).
- 10. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, v y z n a č u j í c í se 1 í m , že pro zachycování sil větru je pod neseným objektem (1) mezi základovou deskou (6) a objektem (1) uspořádána tyč20 zachycující příčné síly, jejíž jeden konec jc pevně neotočně spojen s koncem předepjaté tažné pružiny (41). upevněné neotočně na základové desce (6) nebo na neseném objektu (1), a jejíž další konec jc čepem (42) axiálně posuvně uložen v kloubovém uložení (43), otočném kolem dvou os a upevněném na protilehlém objektu (1). popřípadě na základové desce (6), čímž jc poloha objektu (1) vůči základové desce (6) relativně fixována a k relativnímu posuvu mezi základo25 vou deskou (6) a objektem (1) dojde teprve tehdy, když příčná síla působící na tyč (42) překročí velikost předem stanovenou předpětím tažné pružiny (41) (obr. 25).
- 11. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9. vyznačující se t í m , že pod neseným objektem (1) je mezi základovou deskou (6) a objektem (1) uspořádána tyč zachycující příčné30 síly, jejíž jeden konec je pevně spojen s pružným blokem (48) z elastomeru, pevně spojeným sc základovou deskou (6) nebo s neseným objektem (1). a jejíž další konec je čepem (42) axiálně posuvně uložen v kloubovém uložení (43), otočném kolem dvou os a upevněném na protilehlém objektu (I). popřípadě na základové desce (6), čímž je poloha objektu (I ) vůči základové desce (6) relativně pružně fixována (obr. 26).
- 12. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9. v y z n a č u j í c í se t í ni. že pro zachycování sil větru je pod neseným objektem (1) upevněno jedno nebo více přidržovacích zařízení (50). čímž je ccntrovací koule (44), uložená otočné ve všech směrech a vedená ve svislé ose, tlačena předem stanovenou silou mechanické nebo hydropneumatické pružiny (47) směrem dolů do stře-40 du centrovacího trychtýře (45) pevně spojeného sc základovou deskou (6), který·· má úhel rozevření zvětšující se z počáteční hodnoty v jeho středu směrem ven až na 180°, čímž je vytvořeno spojeni se vzájemným tvarovým přizpůsobením mezi objektem (1) a základovou deskou (6), které jc schopné přenášení vodorovných sil až do mezní hodnoty závislé na zatížení pružinou a úhlu rozevření ve středu centrovacího trychtýře (45). přičemž při jeho překročení se ccntrovací 45 koule (44) nadzvedne svisle proti pružné síle šikmými stěnami centrovacího trychtýře (45) a odvalí do oblasti ploché části centrovacího trychtýře (45). přičemž vodorovně přenášená síla sc zmenší a mimo centrovací trychtýř (45) bude mít nulovou hodnotu, takže v průběhu relativních pohybů mezi objektem (I) a základovou deskou (6) při kmitání základové desky (6) v důsledku zemětřesení jsou ze základové desky (6) na objekt (1) přenášeny pouze malé nebo téměř žádné 50 vodorovné síly v závislosti na amplitudě kmitání základové desky (6) (obr. 17).
- 13. Zařízení podle nároku 12 k centrování objektu, popřípadě budovy, snadno vodorovně posunuté! něho v důsledku vlastnosti jeho uložení a k vytvoření přidržovací síly, vyznačující se tím. že svisle vedená a v kulovém loži (49) uložená ccntrovací koule (44) je mechanickou55 nebo hydropneumatickou nebo viskoelastickou pružnou silou tlačena do centrovacího trychtýře-40CZ 298103 B6 (45), takže síla větru působící vodorovně na konstrukci budovy (51) nemůže v bodě dotyku centrovací koule (44) v centrovacím trychtýři (45) vyvolat žádnou reakční sílu, jejíž svislá komponenta (FJ může zatlačit centrovací kouli (44) zpět do svislého vedení proti pružné síle (obr. 27).5
- 14. Zařízení podle nároku 12. vyznačující se t i ni, že centrovací trychtýř (45) má vně kružnice, která tvoří dotykovou linii centrovací koule (44) v nejhlubší poloze s centrovacím trychtýřem (45). úhel (γ) rozevření, zvětšující se až na 180°, takže vodorovná komponenta (Fh) kolmé síly v dotykovém bodě centrovací koule (44) s centrovacím trychtýřem (45) sc směrem od středu cenlrovacího trychtýře (45) radiálně směrem ven zmenšuje, když vodorovná posouvací κι síla, která je větší než maximální vodorovná síla větru, vytlačí centrovací kouli (44) z jejího svislého vedení a dotykový bod mezi centrovací koulí (44) a centrovacím trychtýřem (45) se přemísťuje v centrovacím trychtýři (45) radiálně směrem ven (obr. 27).
- 15. Zařízení podle nároku 12. v y z n a č u j í c í se t í ni, že centrovací koule (44) může být 15 vc svém svislém vedení nebrzděné vytlačena proti svisle působící pružné síle tehdy, když svislá síla (FJ vyvolaná vodorovným posuvem cenlrovacího trychtýře (45) překročí pružnou sílu, přičemž zpětné pružení svislého vedení s centrovací koulí (44) je brzděno na malou rychlost hydraulickým škrcením, takže doba pro vykonání úplného zpětného zdvihu činí několikanásobek maximální periody kmitání při zemětřesení (obr. 27).
- 16. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačuj í c í se tím, že pro zachycování sil větru jsou mezi svislými bočními stěnami základové desky (6) a body neseného objektu (I) nacházejícími sc ve stejné výšce kolem objektu (1) zasahujícího do vybrání v základové desce (6) uspořádány alespoň tri páry vodorovných podpěr (24). vždy jeden pár pro každou osu pohybu.25 a to jeden pár pro svislou osu pohybu a dva páry pro vodorovné osy pohybu, vždy v párech zrcadlově vůči objektu (1), s mechanickou nebo hydropneumatickou pružinou (47) s plochou pružností a se smýkadly nebo kladkami (25), výsun utelnýmí na vhodných vedeních ve směru k boční stěně základu až k předem stanovenému dorazu, nebo s pojezdovými ústrojími svíce kladkami s vodorovným směrem oběhu kolem objektu (1) (obr. 28. 29).
- 17. Zařízení podle nároku 15, v y z n a č u j í c í se t í ni. že zařízení k zajištění rovnoměrných odstupů ve vodorovném směru od boční stěny (20) základové desky (6) kolem dokola při nej menším odpružení posunutím objektu (1) relativné vůči základové desce (6) působením síly větru zvýší samočinně, regulací hydraulických ventilů, pružnou sílu, dokud není dosaženo ůplné-3? ho vycentrování v požadované poloze, a při přemístění základové desky (6) v průběhu odpružení při kmitání v důsledku zemětřesení se na základě ploché charakteristiky pružiny zvýší podpěrná síla proti existující síle větru jen nepatrné, takže na hmotu objektu (1) působí jen malá rozdílová síla jako síla způsobující zrychlení (obr. 28, 29).40
- 18. Zařízení podle nároků 16 a i 7, v y z n a č uj í c í se t í m , že relativní pohyb mezi základem kmitajícím sc základovou deskou (6) a konstrukcí budovy s izolací proti přenosu kmitání prostřednictvím virtuálních kyvadel se využije k pohonu jednoho nebo více čerpadel (37) pro získávání ovládací energie, která mohou být uspořádána jednotlivě nebo v kombinaci s centrovacími a podpěrnými elementy pro centrování a zachycování síly větru, které jsou spojeny s relativ45 ním pohybem (obr. 28, 30).
- 19. Zařízení podle jednoho z nároku 2 až 9, vy z n ač u j í c í se tím. že část budovy, podepřená virtuálními kyvadly s izolací proti přenosu kmitání oddělené od hlavní budovy mimo působení větru, slouží jako referenční uložení pro regulaci uložení hlavní budovy při zatížení větší) rem (obr. 31).
- 20. Zařízení podle jednoho z nároku 2 až 9. vy z π a č u j í c í se t í m , že podpěra mezi úložným bodem (P) virtuálního kyvadla a podepřeným objektem je provedena jako svislá odpružená noha s pružností s velmi plochou charakteristikou a s tlumením k ní přizpůsobeným, při-41 CZ 298103 B6 čemž pružné elementy mohou být mechanickými, hydraulickopneumatickými nebo tckutinoelastíckými elementy (obr. 32).
- 21. Zařízení podle jednoho z nároku 6. 10 nebo 20, vy z n ač u j íc í se tím. že zařízení ? pro zachycování síly větru a svislé odpružení jsou sdružena do jedné jednotky s virtuálním kyvadlem (obr. 33).
- 22. Zařízení podle nároku 4. v y z n a č u j t c í se t í m , že spojovací element (8) virtuálních kyvadel je přidržován na pilotách dvou zavěšených kyvadel, neboli podpěrných elementů (2), lu a na jednom stojícím kyvadle, neboli podpěrném elementu (7), přičemž podpěrné elementy (2. 7) jsou uspořádány v prostoru šikmo pro vyrovnání šikmé polohy konce stožáru při výchylce při kmitání, aby se úložný bod nedostal ve stejné míře do šikmé polohy (obr. 35, 35a, 35b),
- 23. Zařízení podle nároku 6, vy z n aČ u j í c í se t í m , že spojovací element (9) má svůj 15 podpěrný bod (P) na dolní straně a nese zavěšené objekty, přičemž podpěrné elementy (2. II) jsou provedeny z lan (obr. 37. 40, 42).
- 24. Zařízení podle nároků 7a 8, vyznačující s c t í m , že podpěrné elementy (2) jsou provedeny z lan (obr. 38, 39).
- 25. Zařízení podle nároku 4, v y z n a č u j í c í s c t í m . že zavěšené kyvadlo, neboli podpěrný element (2), je zavěšeno na stropě místnosti, který je prostřednictvím budovy spojen se základovou deskou, přičemž nestabilní kyvadlo, neboli podpěrný element (7), je jako základ podepřeno ve svém dolním bodě uzlovým bodem, tvořeným čtyřmi nebo třemi tyčemi, lany nebo25 řetězy (5), šikmo se k sobě sbíhajícími, zavěšenými na stropě budovy (obr. 42).
- 26. Zařízení podle jednoho z nároků 4. 5, 6 nebo 23, vyznačující se t í m . že alespoň tři virtuální kyvadla nesou hmotu působící jako tlumič kmitání (obr. 44, 45, 46. 47. 48).3<)
- 27. Zařízení podle jednoho z nároků 4. 5. 6, 8. 9 nebo 23, v y z n a č u j í c í se t í m , že stabilně zavěšená kyvadla jsou tvořena lany nebo řetězv (obr. 36b, 37, 38. 39. 40. 41.42. 45, 46, 47, 48).
- 28- Zařízení jako základová deska pro ochranné moduly proti zemětřesení podle jednoho z náro35 ků 2 až 9, vyznačující se tím. že dolní strana základu pro instalaci virtuálních kyvadel je zakřivena k vnějším okrajům a směrem ven se zvedá a slouží jako základová deska pro ochranné moduly proti zemětřesení (obr. 49. 56).
- 29. Zařízení podle nároku 4. v y z n a č u j í c í se tím, že spojovací element (8) přímo 40 představuje uložení objektu (obr. 69).70 výkresů-42CZ 298103 B6-43CZ 298103 B6-44CZ 298103 B6 obr. 5-45CZ 298103 B6-46CZ 298103 B6-47CZ 298103 B6-48CZ 298103 B6-49CZ 298103 B6-50CZ 298103 BĎ-51 CZ 298103 B6- 52 CZ 298103 B6- 53 CZ 298103 B6-54CZ 298103 B6