PL246528B1 - Polimerowy pasywny reduktor drgań, zwłaszcza dla konstrukcji budowlanych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest polimerowy pasywny reduktor drgań, zwłaszcza dla konstrukcji budowlanych którego obszarem zastosowań jest ochrona konstrukcji od wpływu wymuszeń o charakterze dynamicznym, a których źródła powstawania mogą być naturalne jak również wynikające z działań człowieka. Pasywny reduktor drgań według wynalazku zbudowany jest z dwóch stalowych belek o przekroju ceowym, odpowiednio górnej (2a) i dolnej (2b), ustawionych węższymi płaszczyznami do siebie w taki sposób by powstała szczelina między nimi, którą wypełnia się polimerem (1) stanowionym dwuskładnikową masą na bazie poliuretanów. Obie belki (2a i 2b) na szerszych płaszczyznach w końcowych sektorach zaopatrzone są w otwory (3) zespalające konstrukcję reduktora z konstrukcją. Liczba tłumienia drgań konstrukcji budowlanej wyposażonej w tego rodzaju reduktor osiąga wartość nawet kilkukrotnie wyższą w porównaniu z konstrukcją gdzie go nie użyto, co sprawia że cecha tłumienia reduktora jest bardziej efektywna.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest polimerowy pasywny reduktor drgań, zwłaszcza dla konstrukcji budowlanych.

Obszarem zastosowań przedmiotu wynalazku jest zabezpieczenie przed wpływem drgań konstrukcji budowlanych zarówno przeznaczonych do celów mieszkalnych, a także przemysłowych i inżynieryjnych, przy czym źródła drgań mogą być naturalne jak i powstałe w wyniku działań człowieka.

Zagadnienie bezpieczeństwa użytkowania konstrukcji budowlanych, zarówno nowopowstając ych jak i tych już istniejących, w obecnej chwili stanowi znaczący proces projektowy, poznawczy i badawczy. Przedmiot zagadnienia dotyczy wymuszeń powstających w wyniku działania sił natury jak i efektów oddziaływania powstających podczas pracy maszyn i urządzeń generujących drgania o znacznej amplitudzie, środków transportu kołowego i szynowego o wysokim tonażu, a nawet zjawisk mieszanych jak efekty tąpnięć i powstające w ich wyniku, wstrząsy górnicze. Możliwości przedmiotu wynalazku są zauważalne w działaniu poza obszarami bezpośredniego sąsiedztwa oraz w bliskiej okolicy od miejsca wymuszenia. Przedmiot zagadnienia jakim jest ochrona konstrukcji budowlanych jest szeroko opisany w literaturze specjalistycznej, zarówno w aspekcie poznawczym zjawisk jak i w aspekcie metrologicznym mogącym być podstawą do szczegółowych analiz i tworzenia wytycznych do projektowania obiektów budowlanych. Przedstawiona powyżej problematyka celu technicznego została przedstawiona między innymi w poniższych pozycjach literatury specjalistycznej: Mahmoud, R. Jankowski “Pounding-involved response of isolated and non-isolated buildings under earthquake excitation“ Earthquakes and Structures 2010 r. 1; S. Mahmoud, P-E. Austrell, R. Jankowski “Simulation of the response of baseisolated building under earthquake excitations considering soil flexibility” Earthquake Engineering and Engineering Vibration 2012 r. 11; S. Mahmoud; A. Abd- Elhamed, R. Jankowski “Earthquake- induced pounding between equal height multi- store buildings considering solid- structure interaction” Bulletin of Earthquake Engineering 2013 r. 11; C.A. Jones, P. Reynolds, A. Pavic “ Vibration serviceability of stadia structures subjected to dynamic crowd loads” Journal of Sound and Vibration 2010 r. 330; B. R. Ellis, J. D. Little The response of grandstands to dynamic crow loads” Proc. Of Institution of Civil Engineering Structures and Buildings 2000 r. 140; K. Salyards, L. Hanagan “Evaluation of finite element model for dynamic characteristic prediction of a stadium facility” Proc. of Conference and Exposition on Structural Dynamic- Orlando USA 31.01 .-03.02.2005; L. Valkisfam, R. Pimentel “Case of collapse of demountable grandstands” Journal of Performance of Constructed Facilities 2009 r. 23; P. Reynolds, A. Pavic, Z. Ibrahim “Changes of modal properties of a stadium structure occupied by a crowd” Proc. of Conference and Exposition on Structural Dynamics Dearborn USA 2004 r. 26-29, 01; S.P. Nhleko, M.S. Williams, Blakeborugh “Vibration perception and comfort level for an audience occupying a grandstands with perceivable motion” Proc. of Conference and Expositions on Structural Dynamics- Orlando USA 09-12.02.2009 r.; B. Sołtysik, T. Falborski, R. Jankowski “Preventing of earthquake-induced pounding between steel structures by using polymer elements - experimental study“ Procedia Engineering 2017 r. 199; T. Falborski, R. Jankowski “Experimental study on effectiveness of a prototype seismic isolation system made of polymeric bearings“ Applied Sciences 2017 r. 7; N. Lasowicz, R. Kwiecień, R. Jankowski “Enhancing the seismic resistance of columns by GRFP confinement using flexible adhesive- experimental study” Key Engineering Materials 2015 r. 624; N. Lasowicz, A. Kwiecień, R. Jankowski “Experimental study on the effectiveness of polymer damper in damage reduction of temporary steel grandstand” International Conference on Damage Assessment of Structures 2015 r. 628. Ostatnia z powyższych pozycji przeglądu literatury specjalistycznej prezentuje stanowisko do badania przydatności masy polimerowej do tłumienia drgań. Znane są także rozwiązania techniczne prawnie chronione, ujawnione w dokumencie patentowym US5277282A „Rotary oil damper” oraz US5143432A „Mechanism for controlling the travel of a structual member. Powyższe rozwiązania pośrednio dotyczą elementów celu technicznego, jednak użyte środki techniczne są znacząco różne. W dokumencie patentowym JP2016023702A „Viscoelastic damper and method for the production there of”, ujawniono rozwiązanie tłumika, w którym został użyty znacząco odmienny materiał tłumiący w postaci taśmy lepkosprężystej.

Polimerowy pasywny reduktor drgań, zwłaszcza dla konstrukcji budowlanych, według wynalazku, zbudowany jest ze stalowych elementów metalowych- kształtowników, stanowiących konstrukcję nośną reduktora, odpowiednio górny oraz dolny, które ustawione są węższymi płaszczyznami skierowanymi do siebie w niewielkim oddaleniu. Przestrzeń między nimi wypełniona jest polimerowym wypełnieniem, będącym dwuskładnikową masą na bazie poliuretanów, mającą właściwości tłumiące i klejące. Na koń cach obu kształtowników, przeciwległe na ich płaszczyznach szerszych wykonane są otwory na elementy integrujące reduktor z konstrukcją budowlaną w której są także odpowiednie otwory. Kształtowniki, górny i dolny, wskazane jest by miały profil ceowy, a ich parametry geometryczne powinny spełniać warunek smukłości względem ich długości. Warstwa polimeru sporządzona jest z dwuskładnikowej masy na bazie poliuretanu, przy czym składniki i ich proporcje powinny zapewnić dostateczne zespolenie z płaszczyznami kształtowników oraz skuteczne tłumienie drgań pochodzących od gruntuj przenoszących się na strukturę obiektu budowlanego. Grubość warstwy polimerowej powinna być zbliżona do grubości łączonych elementów.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunku na którym fig. a- ujawnia rzut od przodu, zaś fig. b rzut przekroju w płaszczyźnie A-A.

Polimerowy pasywny reduktor drgań, zwłaszcza dla konstrukcji budowlanych, w przykładzie wykonania zawiera dwa wzdłużne kształtowniki stalowe, konstrukcyjne, odpowiednio górny 2a oraz dolny 2b. W ich końcowych sektorach wykonane są otwory 3 o przekroju kołowym przeznaczone do osadzenia w nich śrub spajających konstrukcję reduktora z konstrukcją ochranianej budowli. Kształtowniki konstrukcyjne 2a i 2b mają przekrój ceowy. Na płaszczyźnie węższej kształtowników 2a i 2b przylegających do siebie wyłożona jest warstwa dwuskładnikowej masy polimerowej 1 na bazie poliuretanów, skomponowanej w takich proporcjach by uzyskana masa uzyskała wysokie właściwości spajające z metalem i jednocześnie charakteryzowała się zdolnością do znacznego tłumienia drgań. Grubość warstwy polimerowej 1 zbliżona jest do grubości elementu kształtownika na którym jest wyłożona, zaś kształtowniki 2a i 2b powinny wyczerpywać warunek smukłości uwzględniający rodzaj kształtownika, jego wymiary poprzeczne i wzdłużny.

Polimerowy pasywny reduktor drgań według wynalazku posiada relatywnie duże tłumienie. Liczba tłumienia drgań konstrukcji budowlanej wyposażonej w tego rodzaju reduktor osiąga wartość nawet trzykrotnie wyższą w porównaniu z konstrukcją gdzie go nie użyto.

Claims (2)

1. Polimerowy pasywny reduktor drgań, zwłaszcza dla konstrukcji budowlanych zbudowany ze stalowych elementów nośnych w formie kształtowników, przełożonych warstwą materiału tłumiącego drgania oraz posiadający elementy montażowe, znamienny tym że metalowe kształtowniki, stanowiące konstrukcję nośną reduktora, odpowiednio górny (2a) oraz dolny (2b) ustawione są węższymi płaszczyznami skierowanymi do siebie w niewielkim oddaleniu, zaś przestrzeń między nimi wypełniona jest polimerowym wypełnieniem (1), będącym dwuskładnikową masą na bazie poliuretanów o właściwościach tłumiących i klejących, a na końcach obu kształtowników (2a) i (2b) przeciwlegle na ich płaszczyznach szerszych wykonane są otwory (3) dla elementów integrujących reduktor z konstrukcją budowlaną.

2. Polimerowy pasywny reduktor drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że metalowe kształtowniki górny (2a) i dolny (2b), korzystnie są profilami o kształcie ceowym.