RU2217559C1

RU2217559C1 - Shock-proof seismic facility

Info

Publication number: RU2217559C1
Application number: RU2002106342/03A
Authority: RU
Inventors: В.М. Левагин
Original assignee: Левагин Владимир Михайлович
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: equipment absorbing horizontal and vertical waves and torsional forces during earthquakes. SUBSTANCE: proposed shock-proof seismic facility has cylinder attached to lower bearing flange, piston, upper bearing flange and damping elements. Cylinder kinematically coupled to lower bearing flange with diameter greater than diameter of lower cylinder is attached to upper bearing flange. Piston carries upper and lower plugs, upper plug is placed below upper edge of piston and carries steel balls contacting upper bearing flange. Damping elements come in the form of springs positioned between lower plug of piston and lower bearing flange. Space between balls is filled with synthetic material, for example, foam polyurethane. Space between springs is filled with synthetic material, either foam polyurethane or technical petroleum jelly. EFFECT: enhanced reliability of protection of buildings and structures against seismic action with various character of propagation of waves, reduced expenses for construction of antiseismic buildings and structures and potential for use of this technical approach in construction engineering, mass construction included. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, поглощающим горизонтальные и вертикальные волны, а также силы кручения при землетрясениях, и может быть применено в сейсмостроительстве зданий и сооружений, в частности накопительных резервуаров, технологических трубопроводов, опор мостов, эстакад.The invention relates to devices that absorb horizontal and vertical waves, as well as torsional forces during earthquakes, and can be used in the seismic engineering of buildings and structures, in particular storage tanks, process pipelines, bridge supports, overpasses.

Известно антисейсмическое опорное устройство, включающее размещенные между фундаментом и надфундаментной конструкцией упругий элемент, верхнюю и нижнюю опорные пластины, ограничитель горизонтальных перемещений и фрикционный материал (авторское свидетельство СССР № 1604937, МПК Е 02 D 27/34, 1989).An anti-seismic support device is known, including an elastic element placed between the foundation and the foundation structure, upper and lower support plates, a horizontal movement limiter and friction material (USSR author's certificate No. 1604937, IPC E 02 D 27/34, 1989).

Известно также противоударное сейсмическое устройство, включающее установленный между фундаментом и объектом цилиндр с верхним и нижним фланцами (заявка ФРГ № 1634364, МПК Е 02 D 27/3, 1972).Also known shockproof seismic device comprising a cylinder installed between the base and the object with the upper and lower flanges (application Germany No. 1634364, IPC E 02 D 27/3, 1972).

Основным недостатком известных устройств является неэффективность снижения сейсмических нагрузок.The main disadvantage of the known devices is the inefficiency of reducing seismic loads.

Наиболее близким аналогом является противоударное сейсмическое устройство, содержащее прикрепленный к нижнему опорному фланцу цилиндр с размещенным в нем поршнем, верхний опорный фланец, промежуточный фланец, являющийся одновременно верхним фланцем цилиндра, установленный на промежуточном фланце гофрированный компенсатор, заполненный незамерзающей жидкостью. Компенсатор имеет шаровую головку, а верхний опорный фланец выполнен с шарообразным углублением под нее (патент РФ № 2078871, МПК E 02 D 27/34, 1995).The closest analogue is a shockproof seismic device containing a cylinder attached to the lower support flange with a piston placed in it, an upper support flange, an intermediate flange, which is simultaneously the upper cylinder flange, a corrugated compensator mounted on the intermediate flange filled with antifreeze liquid. The compensator has a ball head, and the upper supporting flange is made with a spherical recess under it (RF patent No. 2078871, IPC E 02 D 27/34, 1995).

Недостатком данного устройства является малоэффективная защита объектов от сейсмических воздействий. Устройство не позволяет в достаточной степени ослабить вертикальные колебания из-за жесткого характера связи сваи или фундамента с несущей конструкцией здания или сооружения, а также горизонтальные колебания и силу кручения вследствие того, что шаровые поверхности компенсатора и опорного фланца оказывают большое сопротивление срезу.The disadvantage of this device is the ineffective protection of objects from seismic effects. The device does not sufficiently reduce vertical vibrations due to the rigid nature of the connection between the piles or foundation with the supporting structure of the building or structure, as well as horizontal vibrations and torsion force due to the fact that the spherical surfaces of the compensator and the support flange exhibit great shear resistance.

Кроме того, устройство имеет сложную конструкцию и требует значительных затрат на его изготовление.In addition, the device has a complex structure and requires significant costs for its manufacture.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий с различным характером распространения колебаний. Другими задачами изобретения являются снижение затрат на строительство сейсмостойких зданий и сооружений, доступность использования технического решения в массовом, в том числе жилищном строительстве.The objective of the present invention is to remedy these disadvantages, namely increasing the reliability of protection of buildings and structures from seismic effects with a different nature of the propagation of vibrations. Other objectives of the invention are to reduce the cost of the construction of earthquake-resistant buildings and structures, the availability of the use of technical solutions in mass, including housing.

Эта задача решается тем, что в противоударном сейсмическом устройстве, содержащем цилиндр, прикрепленный к нижнему опорному фланцу, поршень, верхний опорный фланец и демпфирующие элементы, к верхнему опорному фланцу прикреплен цилиндр, кинематически связанный с нижним опорным фланцем и имеющий диаметр больше диаметра нижнего цилиндра, поршень имеет верхнюю и нижнюю заглушки, при этом верхняя заглушка расположена ниже верхнего края поршня, и на ней размещены стальные шары, контактирующие с верхним опорным фланцем, а демпфирующие элементы выполнены в виде пружин, установленных между нижней заглушкой поршня и нижним опорным фланцем.This problem is solved in that in a shockproof seismic device containing a cylinder attached to the lower support flange, a piston, an upper support flange and damping elements, a cylinder kinematically connected to the lower support flange and having a diameter larger than the diameter of the lower cylinder is attached to the upper support flange, the piston has upper and lower plugs, while the upper plug is located below the upper edge of the piston, and steel balls are placed on it that are in contact with the upper support flange, and the damping element They are made in the form of springs installed between the lower plug of the piston and the lower support flange.

Пространство между шарами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном. Пространство между пружинами заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном или техническим вазелином.The space between the balls is filled with synthetic material, such as polyurethane foam. The space between the springs is filled with synthetic material, such as polyurethane foam or technical petroleum jelly.

Технический результат выражается в том, что устройство имеет достаточно большую свободу перемещения как в продольном, так и в поперечном направлениях и возможность кручения.The technical result is expressed in the fact that the device has a sufficiently large freedom of movement in both longitudinal and transverse directions and the possibility of torsion.

Снижение затрат на строительство и доступность использования предлагаемого устройства в массовом строительстве обеспечиваются простотой элементов устройства, использованием недифицитных материалов, возможностью вторичного использования деталей и конструкций (например, бывших в употреблении вагонных рессор в качестве пружин, автопокрышек в качестве кольцевых упругих элементов и т. д.).Reducing the cost of construction and the affordability of using the proposed device in mass construction are ensured by the simplicity of the elements of the device, the use of non-existent materials, the possibility of recycling parts and structures (for example, used car springs as springs, tires as ring elastic elements, etc. )

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в разрезе, вариант с кольцевыми упругими элементами; на фиг.2 - то же, вариант с демпфирующим кольцом.Figure 1 shows the proposed device in the context, a variant with ring elastic elements; figure 2 is the same option with a damping ring.

Устройство содержит цилиндр 1, прикрепленный к опорному фланцу 2. В цилиндре установлен поршень 3, имеющий нижнюю 4 и верхнюю 5 заглушки из толстой листовой стали. Внутри поршень 3 усилен ребрами жесткости 6 из стальных пластин. Верхняя заглушка 5 расположена в полости поршня 3 ниже его верхнего края, а по периметру и в центре заглушки 5 размещены стальные шары 7. Глубина расположения заглушки 5 относительно верхнего края поршня 3 составляет, например, 3/4 диаметра шаров 7. Пространство между шарами 7 заполнено пенополиуретаном до краев борта. Между нижней заглушкой 4 поршня 3 и опорным фланцем 2 установлены пружины 8 (обычно в количестве 3-4), смазанные графитовой мастикой, а пространство между ними заполнено синтетическим материалом, например пенополиуретаном или густой незамерзающей смазкой (техническим вазелином). На шарах 7 установлен опорный фланец 9, к которому прикреплен цилиндр 10, имеющий диаметр, больший диаметра цилиндра 1.The device comprises a cylinder 1 attached to a support flange 2. A piston 3 is installed in the cylinder, having a lower 4 and upper 5 plugs made of thick sheet steel. Inside the piston 3 is reinforced with stiffeners 6 of steel plates. The upper plug 5 is located in the piston cavity 3 below its upper edge, and steel balls 7 are placed around the perimeter and in the center of the plug 5. The depth of the plug 5 relative to the upper edge of the piston 3 is, for example, 3/4 of the diameter of the balls 7. The space between the balls 7 filled with polyurethane foam to the edges of the side. Between the lower plug 4 of the piston 3 and the support flange 2, springs 8 (usually 3-4) are installed, lubricated with graphite mastic, and the space between them is filled with synthetic material, for example polyurethane foam or thick non-freezing grease (technical petroleum jelly). A support flange 9 is mounted on the balls 7, to which a cylinder 10 is attached, having a diameter larger than the diameter of the cylinder 1.

Устройство может содержать дополнительные демпфирующие элементы, например, снаружи цилиндра 1 на его опорном фланце 2 могут быть размещены установленные в вертикальный ряд кольцевые упругие элементы 11, наружный диаметр которых не превышает внутренний диаметр верхнего цилиндра 10 (фиг.1). Полости упругих элементов 11 целесообразно заполнить пенополиуретаном. Вместо кольцевых упругих элементов 11 возможно применение демпфирующего кольца 12, которое устанавливается внутри верхнего цилиндра 10 с зазором между внутренним диаметром кольца 12 и наружным диаметром поршня 3 не меньше возможного смешения поршня при сейсмическом воздействии С (фиг.2).The device may contain additional damping elements, for example, outside the cylinder 1, ring elastic elements 11 mounted in a vertical row can be placed on its supporting flange 2, the outer diameter of which does not exceed the inner diameter of the upper cylinder 10 (Fig. 1). It is advisable to fill the cavities of the elastic elements 11 with polyurethane foam. Instead of annular elastic elements 11, it is possible to use a damping ring 12, which is installed inside the upper cylinder 10 with a gap between the inner diameter of the ring 12 and the outer diameter of the piston 3 not less than the possible mixing of the piston under seismic action C (Fig. 2).

Для соединения устройства в единую конструкцию цилиндр 10 кинематически связан с опорным фланцем 2 посредством стальных тяг 13, имеющих шарнирное соединение с цилиндром 10 через косынки 14 и с натяжным пружинным устройством 15 на опорном фланце 2. На опорном фланце 9 размещается опорная подушка 16 несущей конструкции 17. Опорный фланец 2 устройства приваривается к закладному элементу 18 сваи или фундамента 19.To connect the device into a single structure, the cylinder 10 is kinematically connected with the support flange 2 by means of steel rods 13 having a hinge connection with the cylinder 10 through the kerchiefs 14 and with the tension spring device 15 on the support flange 2. On the support flange 9 there is a support pillow 16 of the supporting structure 17 The supporting flange 2 of the device is welded to the embedded element 18 of the pile or foundation 19.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Мощный толчок при землетрясении передается через сваю или фундамент 19 объекта противоударному устройству, в результате чего поршень 3 будет сжимать пружины 8, амортизируя вертикальные ударные волны. Часть этой нагрузки воспримет на себя материал, заполняющий пространство между пружинами 8. Горизонтальные сейсмические волны и силы кручения в конструкции будут поглощаться путем качения шаров 7 по поверхности опорного фланца 9 с одновременной амортизацией поршня 3 на пружинах 8. Кроме того, дополнительную амортизацию вертикальных ударных волн могут создавать в случае их установки кольцевые упругие элементы 11 с материалом, заполняющим их полости, а горизонтальных волн - боковые поверхности кольцевых упругих элементов 11 или демпфирующее кольцо 12.A powerful push during an earthquake is transmitted through the pile or foundation 19 of the object to the shockproof device, as a result of which the piston 3 will compress the springs 8, absorbing the vertical shock waves. Part of this load will be absorbed by the material filling the space between the springs 8. The horizontal seismic waves and torsional forces in the structure will be absorbed by rolling the balls 7 along the surface of the support flange 9 with the simultaneous shock absorption of the piston 3 on the springs 8. In addition, additional shock absorption of vertical shock waves when installed, they can create annular elastic elements 11 with material filling their cavities, and horizontal waves, the side surfaces of the annular elastic elements 11 or damping ring 12.

Claims

1. A shockproof seismic device containing a cylinder attached to the lower support flange, a piston, an upper support flange and damping elements, characterized in that a cylinder is kinematically connected to the lower support flange and has a diameter larger than the diameter of the lower cylinder, a piston has an upper and lower plug, while the upper plug is located below the upper edge of the piston and there are steel balls in contact with the upper support flange, and damping elements are made They are in the form of springs installed between the lower plug of the piston and the lower support flange.

2. The shockproof seismic device according to claim 1, characterized in that the space between the balls is filled with synthetic material, for example polyurethane foam.

3. The shockproof seismic device according to claim 1, characterized in that the space between the springs is filled with synthetic material, for example polyurethane foam or technical petroleum jelly.