Вопросы применения различных систем активной сейсмозащиты

1.

Общественная организация - Фонд поддержки и развития сейсмостойкого
строительства "Защита и безопасность городов» - ОО «Сейсмофонд» ИНН –
2014000780 при СПб ГАСУ № RA.RU.21СТ39 от 27.05.2015
190005, СПб, 2-я Красноармейская ул. д 4 ОГРН: 1022000000824 , ИНН: 2014000780
[email protected] [email protected]
ОЦЕНКА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ установки очистки хозяйственно –
бытовых сточных вод канализационных очистных сооружений «Гермес
Групп» С СЕЙСМОЗАЩИТОЙ В ВИДЕ ДЕМПФИРУЮЩЕЙ
виброгасящей СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ ИЗ СЕЙСМОСТОЙКИХ ОПОР ПО
ИЗОБРТЕНИЮ № 165076 «Опора сейсмостойкая» на фрикционно –
подвижных болтовых соединениях и их программная реализация в SCAD
Office
УДК 699.841: 624.042.7
Х.Н. Мажиев, И.У.Аубакирова, Е.И.Коваленко, С.В.Репин
Освещены вопросы применения различных систем активной сейсмозащиты,
в т.ч. резинометаллические опоры (РМО), для защиты от землетрясений
зданий и сооружений, расположенных в сейсмически опасных районах.
Рассмотрен линейно-спектральный расчет установки очистки
хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес Групп», изготавливаемые
в соответствии с техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015,
предназначенные для сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов,
серийный выпуск с применением системы активной сейсмоизоляции в виде
демпфирующей сейсмоизоляции и без нее в программном комплексе «SCAD».
Произведен сравнительный анализ результатов расчета.
Ключевые слова: линейно-спектральный метод, демпфирующая
сейсмоизоляция (патент на изобретение № 165076 «Опора сейсмостойкая»),
1

2.

сейсмозащита, сейсмоизоляция, сейсмическое воздействие, блок
контейнерное здание КОС, стальной каркас .
Для защиты от землетрясений зданий и сооружений, расположенных в
сейсмически опасных районах, применяются различные системы активной
сейсмозащиты, в т.ч. демпфирующая сейсмоизоляция, опоры сейсмостойкие
–маятниковые по изобретению № 165076 «Опора сейсмостойкая».
В данной работе исследуется эффективность применения сейсмоизолирующих демпфирующих опор . Производится расчет и сравнительный анализ
результатов расчета установки очистки хозяйственно-бытовых сточных
вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими
условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных
районов с сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск
на сейсмическое воздействие.
Расчет здания производился линейно-спектральным методом в двух
постановках: здание без системы активной сейсмозащиты; здание с
активной сейсмозащитой в виде демпфирующей сейсмоизоляции .
Исследуемый объект — Установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с
техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для
сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск, для
Крыма, представляет собой здание прямоугольного очертания.. На рис. 1
приведена расчетная схема здания.
2

3.

Рис. 1. Расчетная схема здания (Установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с
техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для
сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск)
Конструктивная схема установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с
техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для
сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов- блочно-модульное
здание. Основными несущими элементами конструкции являются стальной
каркас здания, рамные стальные конструкции на фланцевых соедиениях и
плиты перекрытий, выполненные из навесных сэндвич панелей. Фундаменты
— ленточные, мелкого заложения.
Особые воздействия: сейсмическое воздействие интенсивностью в 9
баллов.
В рамках задачи сравним максимальные относительные перемещения
верхней части установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод КОС
«Гермес Групп» в горизонтальном направлении для рассмотренных
вариантов, а также произведем сравнение усилий в основании здания для
элементов стен и колонн.
Рассмотрим первый вариант расчета (без сейсмоизоляции).
3

4.

На рис. 2 приведен разрез Установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с
техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для
сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск и
возможные перемещения( сдвиг) конструкции в результате воздействия,
в основании стен КОС от сейсмического воздействия по горизонтали
4

5.

При испытаниях математических моделей в ПК SCAD на демпфирующей сейсмоизоляции на фрикционно –
подвижных соедиениях ( ФПС ), работающих на сдвиг, расчетным способом, расчетную несущую способность узлов
податливых креплений, стянутых одним болтом с предварительным натяжением классов прочности 8.8 и 10.9, определялось
по формуле:
Формула 1
где ks— принимается по таблице 13;
n — количество поверхностей трения соединяемых элементов;
m — коэффициент трения, принимаемый по результатам испытаний поверхностей, приведенных в таблице 14.
(1) Для болтов классов прочности 8.8 и 10.9, с контролируемым натяжением, усилие предварительного натяжения Fp,C в формуле (1)
следует принимать равным:
Формула 2
Таблица № 10 (Значения ks)
Описание соединения
ks
Болты, установленные в стандартные отверстия
1,0
Болты, установленные в отверстия с большим зазором или в короткие овальные отверстия при передаче
усилия перпендикулярно продольной оси отверстия
0,85
Болты, установленные в длинные овальные отверстия при передаче нагрузки перпендикулярно
продольной оси отверстия
0,7
Болты, установленные в короткие овальные отверстия при передаче нагрузки параллельно продольной
оси отверстия
0,76
Болты, установленные в длинные овальные отверстия при передаче нагрузки параллельно продольной
оси отверстия
0,63
ОЦЕНКА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЗДАНИЯ С СЕЙСМОЗАЩИТОЙ В
ВИДЕ ДЕМПФИРУЮЩЕЙ СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ ИЗ СЕЙСМОСТОЙКИХ
ОПОР ПО ИЗОБРТЕНИЮ № 165076 «Опора сейсмостойкая» и использовались
При оценке
рекомендации по расчету проектированию изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных
конструкций: http://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293833/4293833817.pdf https://dwg.ru/dnl/1679
Таблица № 1. Идеализированные зависимости «нагрузка-перемещение», используемые для описания поведения систем сейсмоизоляции.
Типы сейсмоизолирующих
элементов
Схемы сейсмоизолирующихи виброизолирующих
элементов для Установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в
соответствии с техническими условиями ТУ 4859-022-
5
Идеализированная зависимость
«нагрузка-перемещение» (F-D)

6.

69211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов
Телескопические на ФПС проф Уздина А М
Трубчатая
телескопическая
опора с высокой
способностью к
диссипации энергии
F
F
D
D
F
F
С высокой
способностью к
диссипации энергии
F
D
D
D
F
F
F
F
F
Трубчатая
телескопическая с
медным
обожженным
стопорным
сминаемым клином
D
D
D
D
F
D
F
F
D
F
F
D
D
F
D
F
Телескопические на фрикционно-подвижны соединениях
опоры маятниковые на ФПС проф. дтн А.М.Уздин
F
С плоскими
горизонтальными
поверхностями
скольжения и
медным клином
(крепления для
раскачивания) на
качение
F
FF
D
D
D
D
D
F
D
D
F
D
F
F
F
F
D
D
D
D
F
Одномаятниковые
со сферическими
поверхностями
скольжения
(трение)
D
FF
D
F
D
F
D
F
D
F
D
F
D
D
F
D
6
F
D
F
D

7.

F
D
Маятниковые
крестовидная
опора в которой
имеется
упругопластический
шарнир по линии
нагрузки при R1=R2
и μ1≈μ2
F
D
F
D
F
D
F
D
F
D
Маятниковая с
крестовиной
(трущимися
поверхностями )
скольжения при
R1=R2 и μ1≠μ2
F
F
D
D
F
D
F
Маятниковые
крестовидные с
медным
обожженным
стопорным с
раскачиванием, и
сминания медного
клина
F
D
D
F
D
D
7

8.

Рис. 3. Расчетная схема здания (Установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с
техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для
сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск)с
использованием демпфирующей сейсмоизоляции с использованием Изобретения "
ОПОРА СЕЙСМОСТОЙКАЯ", патент № 165076 опубликовано в бюллетене изобретений № 28 от 10.10.2016 МПК Е04Н 9/02
(использовалось при испытаниях).
РАСЧЕТНАЯ СХЕМА Установки очистки хозяйственно-бытовых сточных
вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими
условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных
районов с сейсмичностью до 9 баллов
установки очистки хозяйственнобытовых сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в
Геометрические характеристики расчетной схемы
8

9.

соответствии с техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015,
предназначенные для сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов
9

10.

Нагрузки приложенные на схему
Результата расчета
10

11.

Эпюры усилий
«N»
«Му»
«Qz»
11

12.

«Qy»
Деформации
12

13.

13

14.

Коэффициент использования профилей
14

15.

Вывод - схема прошла проверку прочности по 1ой и 2ой группe предельных состояний. Профиля
имеют хороший зaпас прочности со сдвигом маятниковых опор .
15

16.

16

17.

На рис. 3 Лабораторные испытания фрагментов и узлов в испытательной
лаборатории СПб ГАСУ, фланцевых соединений рамных узлов крепления
фрикционно-подвижных соединений для демпфирующей , виброгасящей
сейсморизоляции с использованием патента № 165076 «Опора
17

18.

сейсмостойкая» для установки очистки хозяйственно-бытовых сточных
вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими
условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных
районов с сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск, с возможными
перемещениями ( сдвиг) конструкции в результате сейсмических
воздействия на канализационные очистные сооружения ( КОС) от
сейсмического воздействия по горизонтали
Как видно из табл., максимальные относительные горизонтальные
перемещения установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод КОС
«Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими условиями
ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов, а также усилия в элементах в основании
конструкции по первому варианту расчетов ПК SCAD (без демпфирующей
сейсмоизоляции, маятниковых опорах по изобретению 165076 «Опора
сейсмостойкая») больше, чем соответствующие перемещения и усилия по
второму варианту (с демпфирующей сейсмоизоляцией по изобретению №
165076 «Опора сейсмостойкая»). Сравнительный анализ результатов,
выполненных линейно-спектральным методом в ПК SCAD, показывает, что
для рассмотренного здания эффективно применение демпфирующей
сейсмоизоляции по изобретению № 165076 «Опора сейсмостойкая».
Снижение усилий в элементах конструкции составили:
для стального каркаса здания КОС Установки очистки хозяйственнобытовых сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в
соответствии с техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015,
предназначенные для сейсмоопасных районов с сейсмичностью до 9 баллов.
Серийный выпуск от 1,05 до 56,5 %; для трубопроводов н от 5,7 до 38,1 %.
Снижение относительных перемещений верха установки КОС составили
от 5,56 до 45 %.
Эффективность применения систем активной сейсмозащитыс с
использованием демпфирующей сейсмоизоляции, в частности маятниковых
опор по изобретению № 165076, в каждом конкретном случае должна
подтверждаться всесторонним расчетным обоснованием . Расчеты
должны производиться, в т.ч. во временной области с учетом
геометрической, физической и конструктивной нелинейностей. При этом
необходимо учитывать совместную работу конструкций здания установки
18

19.

очистки хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес
Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими условиями ТУ
4859-022-69211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов. Серийный выпуск с грунтами основания.
Библиографический список
Перечень изобретений и научных публикаций разработанных сотрудниками СПб ГАСУ для защиты зданий и
сооружений при терактах и взрывах при сейсмической активности.
1. "СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СДВИГОУСТОЙЧИВЫХ И ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ
СИСТЕМУ ДЕМПФИРОВАНИЯ ФРИКЦИОННОСТИ И СЕЙСМОИЗОЛЯЦИЮ ДЛЯ
ПОГЛОЩЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ" № 2010136746 E 04 C 2/09 Дата
опубликования 20.01.2013
2. Патент на полезную модель № 165 076 " Опора сейсмостойкая" 10.10.2016 Б.л 28
3. Патент на полезную модель № 154506 "Панель противовзрывная" 27.08.2015 бюл № 28
4.Изобретение № 1760020 "Сейсмостойкий фундамент" 07.09.1992
5. Изобретение № 1011847 "Башня" 30.08.1982
6. Изобретение № 1038457 "Сферический резервуар" 30.08.1982
7. Изобретение № 1395500 "Способ изготовления ячеистобетонных изделий на пористых
заполнителях" 15.05.1988
8. Изобретение № 998300 "Захватное устройство для колонн" 23.02.1983
9. «Захватное устройство сэндвич-панелей» № 24717800 опуб 05 05.2011
10. «Стена и способ ее возведения» № 1728414 опул 19.06.1989
11. Заявки на изобретение № 20181229421/20(47400) от 10.08.2018 «Опора сейсмоизолирующая
«гармошка». Используется Японии.
12. Заявки на изобретение № 2018105803/20 (008844) от 11.05.2018 «Антисейсмическое фланцевое
фрикционно-подвижное соединение для трубопроводов» F 16L 23/02 .
13. Заявка на изобретение № 2016119967/20 ( 031416) от 23.05.2016 «Опора сейсмоизолирующая
маятниковая» E04 H 9/02.
19

20.

14. Журнал «Сельское строительство» № 9/95 стр.30 «Отвести опасность», А.И.Коваленко
15. Журнал «Жилищное строительство» № 4/95 стр.18 «Использование сейсмоизолирующего
пояса для существующих зданий», А.И.Коваленко
16. Журнал «Жилищное строительство» № 9/95 стр.13 «Сейсмоизоляция малоэтажных жилых
зданий»,
17. Журнал «Монтажные и специальные работы в строительстве» № 4/95 стр. 24-25
«Сейсмоизоляция малоэтажных зданий»,
18. Российская газета от 26.07.95 стр.3 «Секреты сейсмостойкости». А.И.Коваленко.
19. Российская газета от 11.06.95 «Землетрясение: предсказание на завтра», А.И.Коваленко
20. Газета «Грозненский рабочий» № 5 февраль 1996 «Честь мундира или сэкономленные
миллиарды»
21. «Голос Чеченской Республики» 1 февраль 1996 «Башни и баллы» А.И.Коваленко.
21. Республика ЧР № 7 август 1995 «Удар невиданной звезды или через четыре года». А.И.Коваленко
21. Газета «Земля России» за октябрь 1998 стр. 3 «Уникальные технологии возведения фундаментов без
заглубления – дом на грунте. Строительство на пучинистых и просадочных грунтах»
22. Газета «Земля России» № 2 ( 26 ) стр. 2-3 « Предложение ученых общественной организации
инженеров «Сейсмофонд» – Фонда «Защита и безопасность городов» в области реформы ЖКХ.
23. Журнал «Жизнь и безопасность « № 3/96 стр. 290-294 «Землетрясение по графику» Ждут ли
через четыре года планету «Земля глобальные и разрушительные потрясения А.И.Коваленко, Е.И.Коваленко.
24. Журнал «Монтажные и специальные работы в строительстве» № 11/95 стр. 25 «Датчик
регистрации электромагнитных волн, предупреждающий о землетрясении - гарантия
сохранения вашей жизни!» и другие зарубежные научные издания в журналах за 1994- 2004
гг. А.И.Коваленко и др. изданиях. С брошюрой «Как построить сейсмостойкий дом с учетом
народного опыта сейсмостойкого строительства горцами Северного Кавказа сторожевых
башен» с.79 г. Грозный –1996. А.И.Коваленко в ГПБ им Ленина г. Москва и РНБ СПб
Научная статья доклад сообщения конференции с 5 по 7 февраля 201
https://yadi.sk/i/CnFN36oKLYPpzQ
20

21.

Научное сообщение доклад на 67 конференции проходившей в начале февраля 2010 г в СПб ГАСУ сотрудника
СПб ЗНиПИ ранее ЛенЗНИИЭП, руководителя органа по сертификации продукции ООИ «Сейсмофонд»
https://yadi.sk/i/MaKtKmd5GP9ecw
Доклад сообщение Испытание математических моделей на сейсмостойкость https://yadi.sk/d/MDvdSPojHUpe3w
ЛИСИ Научные статьи изобретателя КоваленкоА.И. СПбГАСУ - научная конференция
https://yadi.sk/i/uLbA_SwO5GHO2w
Патенты изобретения взрывозащиты противовзрывной Коваленко А.И.
https://yadi.sk/i/-PwJxeHVvI_eoQ
Научный сотрудник СПб ГАСУ, Президент организации "Сейсмофонд", мнс кафедры строительных
конструкций, (удостоверение № 8302 СПб ГАСУ /ЛИСИ) ст. препод. (СПб ГАСУ, имеет бессрочный
аттестат аккредитации РОСАККРЕДИТАЦИИ " № RA.RU.21 СТ 39 от 23 июня 2015) Х.Н.Мажиев/
Подтверждение компетентности организации https://pub.fsa.gov.ru/ral/view/13060/applicant
Приложение к научной публикации изобретение СПб ГАСУ « ОПОРА
СЕЙСМОСТОЙКАЯ» 165 076
(19)
РОССИЙСКАЯ
ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(11)
165 076
(13)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ
U1
СЛУЖБА
(51) МПК
ПО
E04H
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
9/02 (2006.01)
СОБСТВЕННОСТИ
(12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ
прекратил действие, но может быть восстановлен (последнее
Статус:
изменение статуса: 07.06.2017)
(21)(22) Заявка: 2016102130/03,
22.01.2016
(24) Дата начала отсчета срока
действия патента:
22.01.2016
Приоритет(ы):
(72) Автор(ы):
Андреев Борис Александрович (RU),
Коваленко Александр Иванович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Андреев Борис Александрович (RU),
Коваленко Александр Иванович (RU)
21

22.

(22) Дата подачи заявки: 22.01.2016
(45) Опубликовано: 10.10.2016 Бюл.
№ 28
Адрес для переписки:
190005, Санкт-Петербург,ул
Красноармейская ул д. 4 СПб
ГАСУ, Коваленко Александр
Иванович
(54) ОПОРА СЕЙСМОСТОЙКАЯ
(57) Реферат:
165 076
Опора сейсмостойкая предназначена для защиты объектов от сейсмических
воздействий за счет использования фрикцион но податливых соединений. Опора
состоит из корпуса в котором выполнено вертикальное отверстие охватывающее
цилиндрическую поверхность щтока. В корпусе, перпендикулярно вертикальной оси,
выполнены отверстия в которых установлен запирающий калиброванный болт. Вдоль
оси корпуса выполнены два паза шириной <Z> и длиной <I> которая превышает
длину <Н> от торца корпуса до нижней точки паза, выполненного в штоке. Ширина
паза в штоке соответствует диаметру калиброванного болта. Для сборки опоры шток
сопрягают с отверстием корпуса при этом паз штока совмещают с поперечными
отверстиями корпуса и соединяют болтом, после чего одевают гайку и затягивают до
заданного усилия. Увеличение усилия затяжки приводит к уменьшению
зазора<Z>корпуса, увеличению сил трения в сопряжении корпус-шток и к
увеличению усилия сдвига при внешнем воздействии. 4 ил.
Предлагаемое техническое решение предназначено для защиты сооружений,
объектов и оборудования от сейсмических воздействий за счет использования
фрикционно податливых соединений. Известны фрикционные соединения для защиты
объектов от динамических воздействий. Известно, например Болтовое соединение
плоских деталей встык по Патенту RU 1174616, F15B 5/02 с пр. от 11.11.1983.
Соединение содержит металлические листы, накладки и прокладки. В листах,
накладках и прокладках выполнены овальные отверстия через которые пропущены
болты, объединяющие листы, прокладки и накладки в пакет. При малых
горизонтальных нагрузках силы трения между листами пакета и болтами не
преодолеваются. С увеличением нагрузки происходит взаимное проскальзывание
листов или прокладок относительно накладок контакта листов с меньшей
шероховатостью. Взаимное смещение листов происходит до упора болтов в края
овальных отверстий после чего соединения работают упруго. После того как все болты
соединения дойдут до упора в края овальных отверстий, соединение начинает работать
22

23.

упруго, а затем происходит разрушение соединения за счет смятия листов и среза
болтов. Недостатками известного являются: ограничение демпфирования по
направлению воздействия только по горизонтали и вдоль овальных отверстий; а также
неопределенности при расчетах из-за разброса по трению. Известно также Устройство
для фрикционного демпфирования антиветровых и антисейсмических воздействий по
Патенту TW 201400676 (A)-2014-01-01. Restraint anti-wind and anti-seismic friction
damping device, E04B 1/98, F16F 15/10. Устройство содержит базовое основание,
поддерживающее защищаемый объект, нескольких сегментов (крыльев) и несколько
внешних пластин. В сегментах выполнены продольные пазы. Трение демпфирования
создается между пластинами и наружными поверхностями сегментов.
Перпендикулярно вертикальной поверхности сегментов, через пазы, проходят
запирающие элементы - болты, которые фиксируют сегменты и пластины друг
относительно друга. Кроме того, запирающие элементы проходят через блок
поддержки, две пластины, через паз сегмента и фиксируют конструкцию в заданном
положении. Таким образом получаем конструкцию опоры, которая выдерживает
ветровые нагрузки но, при возникновении сейсмических нагрузок, превышающих
расчетные силы трения в сопряжениях, смещается от своего начального положения,
при этом сохраняет конструкцию без разрушения.
Недостатками указанной конструкции являются: сложность конструкции и
сложность расчетов из-за наличия большого количества сопрягаемых трущихся
поверхностей.
Целью предлагаемого решения является упрощение конструкции, уменьшение
количества сопрягаемых трущихся поверхностей до одного сопряжения отверстие
корпуса - цилиндр штока, а также повышение точности расчета.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что опора сейсмостойкая
выполнена из двух частей: нижней - корпуса, закрепленного на фундаменте и верхней штока, установленного с возможностью перемещения вдоль общей оси и с
возможностью ограничения перемещения за счет деформации корпуса под действием
запорного элемента. В корпусе выполнено центральное отверстие, сопрягаемое с
цилиндрической поверхностью штока, и поперечные отверстия (перпендикулярные к
центральной оси) в которые устанавливают запирающий элемент-болт. Кроме того в
корпусе, параллельно центральной оси, выполнены два открытых паза, которые
обеспечивают корпусу возможность деформироваться в радиальном направлении. В
теле штока, вдоль центральной оси, выполнен паз ширина которого соответствует
диаметру запирающего элемента (болта), а длина соответствует заданному
перемещению штока. Запирающий элемент создает нагрузку в сопряжении штокотверстие корпуса, а продольные пазы обеспечивают возможность деформации
корпуса и «переход» сопряжения из состояния возможного перемещения в состояние
«запирания» с возможностью перемещения только под сейсмической нагрузкой. Длина
пазов корпуса превышает расстояние от торца корпуса до нижней точки паза в штоке.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен
разрез А-А (фиг. 2); на фиг. 2 изображен поперечный разрез Б-Б (фиг. 1); на фиг. 3
23

24.

изображен разрез В-В (фиг. 1); на фиг. 4 изображен выносной элемент 1 (фиг. 2) в
увеличенном масштабе.
Опора сейсмостойкая состоит из корпуса 1 в котором выполнено вертикальное
отверстие диаметром «D», которое охватывает цилиндрическую поверхность штока 2
например по подвижной посадке H7/f7. В стенке корпуса перпендикулярно его оси,
выполнено два отверстия в которых установлен запирающий элемент - калиброванный
болт 3. Кроме того, вдоль оси отверстия корпуса, выполнены два паза шириной «Z» и
длиной «I». В теле штока вдоль оси выполнен продольный глухой паз длиной «h»
(допустмый ход штока) соответствующий по ширине диаметру калиброванного болта,
проходящего через этот паз. При этом длина пазов «I» всегда больше расстояния от
торца корпуса до нижней точки паза «Н». В нижней части корпуса 1 выполнен фланец
с отверстиями для крепления на фундаменте, а в верхней части штока 2 выполнен
фланец для сопряжения с защищаемым объектом. Сборка опоры заключается в том,
что шток 2 сопрягается с отверстием «D» корпуса по подвижной посадке. Паз штока
совмещают с поперечными отверстиями корпуса и соединяют калиброванным болтом
3, с шайбами 4, с предварительным усилием (вручную) навинчивают гайку 5, скрепляя
шток и корпус в положении при котором нижняя поверхность паза штока контактирует
с поверхностью болта (высота опоры максимальна). После этого гайку 5 затягивают
тарировочным ключом до заданного усилия. Увеличение усилия затяжки гайки (болта)
приводит к деформации корпуса и уменьшению зазоров от «Z» до «Z1» в корпусе, что
в свою очередь приводит к увеличению допустимого усилия сдвига (усилия трения) в
сопряжении отверстие корпуса - цилиндр штока. Величина усилия трения в
сопряжении корпус-шток зависит от величины усилия затяжки гайки (болта) и для
каждой конкретной конструкции (компоновки, габаритов, материалов, шероховатости
поверхностей, направления нагрузок и др.) определяется экспериментально. При
воздействии сейсмических нагрузок превышающих силы трения в сопряжении корпусшток, происходит сдвиг штока, в пределах длины паза выполненного в теле штока, без
разрушения конструкции.
Формула полезной модели
Опора сейсмостойкая, содержащая корпус и сопряженный с ним подвижный узел,
закрепленный запорным элементом, отличающаяся тем, что в корпусе выполнено
центральное вертикальное отверстие, сопряженное с цилиндрической поверхностью
штока, при этом шток зафиксирован запорным элементом, выполненным в виде
калиброванного болта, проходящего через поперечные отверстия корпуса и через
вертикальный паз, выполненный в теле штока и закрепленный гайкой с заданным
усилием, кроме того в корпусе, параллельно центральной оси, выполнено два
открытых паза, длина которых, от торца корпуса, больше расстояния до нижней точки
паза штока.
24

25.

25

26.

26

27.

27

28.

28

29.

29

30.

30

31.

31

32.

32

33.

33

34.

34

35.

35

36.

36

37.

37

38.

38

39.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ,
РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
УЗДИН А.М., ЕЛИСЕЕВ О.Н., , НИКИТИН А.А., ПАВЛОВ В.Е., СИМКИН А.Ю.,
КУЗНЕЦОВА И.О.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ,
РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
39

40.

СОДЕРЖАНИЕ
1
Введение
3
2
Элементы теории трения и износа
6
3
Методика расчета одноболтовых ФПС
18
3.1
Исходные посылки для разработки методики расчета ФПС
18
3.2
Общее уравнение для определения несущей способности ФПС.
20
3.3
Решение общего уравнения для стыковых ФПС
21
3.4
Решение общего уравнения для нахлесточных ФПС
22
4
Анализ экспериментальных исследований работы ФПС
26
5
Оценка
параметров
диаграммы
деформирования
многоболтовых
фрикционно-подвижных соединений (ФПС)
31
5.1
Общие положения методики расчета многоболтовых ФПС
31
5.2
Построение уравнений деформирования стыковых многоболтовых ФПС
32
5.3
Построение уравнений деформирования нахлесточных многоболтовых 38
ФПС
6
Рекомендации по технологии изготовления ФПС и сооружений с такими
соединениями
6.1
42
Материалы болтов, гаек, шайб и покрытий контактных поверхностей
стальных деталей ФПС и опорных поверхностей шайб
42
6.2
Конструктивные требования к соединениям
43
6.3
Подготовка
контактных
поверхностей
элементов
и
методы
контроля
6.4
45
Приготовление и нанесение протекторной грунтовки ВЖС 83-0287. Требования к загрунтованной поверхности. Методы контроля
6.4.1
Основные требования по технике безопасности при работе с
грунтовкой ВЖС 83-02-87
6.4.2
Транспортировка
и
47
хранение
элементов
законсервированных грунтовкой ВЖС 83-02-87
6.5
46
и
деталей,
49
Подготовка и нанесение антифрикционного покрытия на опорные 49
поверхности шайб
6.6
7
Сборка ФПС
49
Список литературы
51
40

41.

1. ВВЕДЕНИЕ
Современный подход к проектированию сооружений, подверженных экстремальным, в частности,
сейсмическим нагрузкам исходит из целенаправленного проектирования предельных состояний
конструкций. В литературе [1, 2, 11, 18] такой подход получил название проектирования сооружений с
заданными параметрами предельных состояний. Возможны различные технические реализации
отмеченного подхода. Во всех случаях в конструкции создаются узлы, в которых от экстремальных
нагрузок могут возникать неупругие смещения элементов. Вследствие этих смещений нормальная
эксплуатация
сооружения,
как
правило,
нарушается,
однако
исключается
его
обрушение.
Эксплуатационные качества сооружения должны легко восстанавливаться после экстремальных
воздействий. Для обеспечения указанного принципа проектирования и были предложены фрикционноподвижные болтовые соединения.
Под фрикционно-подвижными соединениями (ФПС) понимаются соединения металлоконструкций
высокопрочными болтами, отличающиеся тем, что отверстия под болты в соединяемых деталях
выполнены овальными вдоль направления действия экстремальных нагрузок. При экстремальных
нагрузках происходит взаимная сдвижка соединяемых деталей на величину до 3-4 диаметров
используемых высокопрочных болтов. Работа таких соединений имеет целый ряд особенностей и
существенно влияет на поведение конструкции в целом. При этом во многих случаях оказывается
возможным снизить затраты на усиление сооружения, подверженного сейсмическим и другим
интенсивным нагрузкам.
ФПС были предложены в НИИ мостов ЛИИЖТа в 1980 г. для реализации принципа
проектирования мостовых конструкций с заданными параметрами предельных состояний. В 1985-86 г.г.
эти соединения были защищены авторскими свидетельствами [16-19]. Простейшее стыковое и
нахлесточное соединения приведены на рис.1.1. Как видно из рисунка, от обычных соединений на
высокопрочных болтах предложенные в упомянутых работах отличаются тем, что болты пропущены
через овальные отверстия. По замыслу авторов при экстремальных нагрузках должна происходить
взаимная подвижка соединяемых деталей вдоль овала, и за счет этого уменьшаться пиковое значение
усилий, передаваемое соединением. Соединение с овальными отверстиями применялись в строительных
конструкциях и ранее, например, можно указать предложения [8, 10 и др]. Однако в упомянутых
работах овальные отверстия устраивались с целью упрощения монтажных работ. Для реализации
принципа проектирования конструкций с заданными параметрами предельных состояний необходимо
фиксировать предельную силу трения (несущую способность) соединения.
41

42.

При использовании обычных болтов их натяжение N не превосходит 80-100 кН, а разброс
натяжения N=20-50 кН, что не позволяет прогнозировать несущую способность такого соединения по
трению. При использовании же высокопрочных болтов при том же N натяжение N= 200 - 400 кН, что
Рис.1.1. Принципиальная схема фрикционно-подвижного
соединения
а) встык , б) внахлестку
1- соединяемые листы; 2 – высокопрочные болты;
3- шайба;4 – овальные отверстия; 5 – накладки.
в принципе может позволить задание и регулирование несущей способности соединения. Именно эту
цель преследовали предложения [3,14-17].
Однако проектирование и расчет таких соединений вызвал серьезные трудности. Первые испытания
ФПС показали, что рассматриваемый класс соединений не обеспечивает в общем случае стабильной
работы конструкции. В процессе подвижки возможна заклинка соединения, оплавление контактных
поверхностей соединяемых деталей и т.п. В ряде случаев имели место обрывы головки болта.
Отмеченные
исследования
позволили
выявить
42
способы
обработки
соединяемых
листов,

43.

обеспечивающих стабильную работу ФПС. В частности, установлена недопустимость использования
для ФПС пескоструйной обработки листов пакета, рекомендованы использование обжига листов,
нанесение на них специальных мастик или напыление мягких металлов. Эти исследования показали, что
расчету и проектированию сооружений должны предшествовать детальные исследования самих
соединений. Однако, до настоящего времени в литературе нет еще систематического изложения общей
теории ФПС даже для одноболтового соединения, отсутствует теория работы многоболтовых ФПС.
Сложившаяся ситуация сдерживает внедрение прогрессивных соединений в практику строительства.
В силу изложенного можно заключить, что ФПС весьма перспективны для использования в
сейсмостойком строительстве, однако, для этого необходимо детально изложить, а в отдельных случаях
и развить теорию работы таких соединений, методику инженерного расчета самих ФПС и сооружений с
такими соединениями. Целью, предлагаемого пособия является систематическое изложение теории
работы ФПС и практических методов их расчета. В пособии приводится также и технология монтажа
ФПС.
2.ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА
Развитие науки и техники в последние десятилетия показало, что надежные
и долговечные машины, оборудование и приборы могут быть созданы только при
удачном решении теоретических и прикладных задач сухого и вязкого трения,
смазки и износа, т.е. задач трибологии и триботехники.
Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение (трибос –
трение, логос – наука). Трибология охватывает экспериментально-теоретические
результаты исследований физических (механических, электрических, магнитных,
тепловых), химических, биологических и других явлений, связанных с трением.
Триботехника – это система знаний о практическом применении трибологии
при проектировании, изготовлении и эксплуатации трибологических систем.
С трением связан износ соприкасающихся тел – разрушение поверхностных
слоев деталей подвижных соединений, в т.ч. при резьбовых соединениях.
Качество соединения определяется внешним трением в витках резьбы и в торце
гайки и головки болта (винта) с соприкасающейся деталью или шайбой. Основная
43

44.

характеристика крепежного резьбового соединения – усилие затяжки болта
(гайки), - зависит от значения и стабильности моментов сил трения сцепления,
возникающих при завинчивании. Момент сил сопротивления затяжке содержит
две составляющих: одна обусловлена молекулярным воздействием в зоне
фактического касания тел, вторая – деформированием тончайших поверхностей
слоев контактирующими микронеровностями взаимодействующих деталей.
Расчет этих составляющих осуществляется по формулам, содержащим ряд
коэффициентов, установленных в результате экспериментальных исследований.
Сведения об этих формулах содержатся в Справочниках «Трение, изнашивание и
смазка» [22](в двух томах) и «Полимеры в узлах трения машин и приборах» [13],
изданных в 1978-1980 г.г. издательством «Машиностроение». Эти Справочники не
потеряли своей актуальности и научной обоснованности и в настоящее время.
Полезный для практического использования материал содержится также в
монографии Геккера Ф.Р. [5].
Сухое трение. Законы сухого трения
1. Основные понятия: сухое и вязкое трение; внешнее и внутреннее трение,
пограничное трение; виды сухого трения.
Трение – физическое явление, возникающее при относительном движении
соприкасающихся
газообразных,
жидких
и
твердых
тел
и
вызывающее
сопротивление движению тел или переходу из состояния покоя в движение
относительно конкретной системы отсчета.
Существует два вида трения: сухое и вязкое.
Сухое трение возникает при соприкосновении твердых тел.
Вязкое трение возникает при движении в жидкой или газообразной среде, а
также при наличии смазки в области механического контакта твердых тел.
При учете трения (сухого или вязкого) различают внешнее трение и
внутренне трение.
44

45.

Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух тел,
находящихся в соприкосновении, при этом сила сопротивления движению
зависит от взаимодействия внешних поверхностей тел и не зависит от состояния
внутренних
частей
каждого
тела.
При
внешнем
трении
переход
части
механической энергии во внутреннюю энергию тел происходит только вдоль
поверхности раздела взаимодействующих тел.
Внутреннее трение возникает при относительном перемещении частиц
одного и того же тела (твердого, жидкого или газообразного). Например,
внутреннее
трение
возникает
при
изгибе
металлической
пластины
или
проволоки, при движении жидкости в трубе (слой жидкости, соприкасающийся со
стенкой трубы, неподвижен, другие слои движутся с разными скоростями и между
ними возникает трение). При внутреннем трении часть механической энергии
переходит во внутреннюю энергию тела.
Внешнее трение в чистом виде возникает только в случае соприкосновения
твердых тел без смазочной прослойки между ними (идеальный случай). Если
толщина смазки 0,1 мм и более, механизм трения не отличается от механизма
внутреннего трения в жидкости. Если толщина смазки менее 0,1 мм, то трение
называют пограничным (или граничным). В этом случае учет трения ведется либо
с позиций сухого трения, либо с точки зрения вязкого трения (это зависит от
требуемой точности результата).
В истории развития понятий о трении первоначально было получено
представление о внешнем трении. Понятие о внутреннем трении введено в науку
в 1867 г. английским физиком, механиком и математиком Уильямом Томсоном
(лордом Кельвиным).1)
1)
*Томсон (1824-1907) в 10-летнем возрасте был принят в университет в Глазго, после обучения в котором
перешел в Кембриджский университет и закончил его в 21 год; в 22 года он стал профессором математики. В
1896 г. Томсон был избран почетным членом Петербургской академии наук, а в 1851 г. (в 27 лет) он стал членом
Лондонского королевского общества и 5 лет был его президентом+.
45

46.

Законы сухого трения
Сухое трение впервые наиболее полно изучал Леонардо да Винчи (14521519). В 1519 г. он сформулировал закон трения: сила трения, возникающая при
контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе
прижатия
тел),
при
этом
коэффициент
пропорциональности
–
величина
постоянная и равна 0,25:
F
0 ,25 N .
Через 180 лет модель Леонарда да Винчи была переоткрыта французским
механиком и физиком Гийомом Амонтоном2), который ввел в науку понятие
коэффициента трения как французской константы и предложил формулу силы
трения скольжения:
F
f N.
Кроме того, Амонтон (он изучал равномерное движение тела по наклонной
плоскости) впервые предложил формулу:
f
tg
,
где f – коэффициент трения;
- угол наклона плоскости к горизонту;
В 1750 г. Леонард Эйлер (1707-1783), придерживаясь закона трения
Леонарда да Винчи – Амонтона:
F
f N,
впервые получил формулу для случая прямолинейного равноускоренного
движения тела по наклонной плоскости:
f
2)
tg
2S
g t 2 cos 2
,
Г.Амонтон (1663-1705) – член Французской академии наук с 1699 г.
46

47.

где t – промежуток времени движения тела по плоскости на участке длиной
S;
g – ускорение свободно падающего тела.
Окончательную формулировку законов сухого трения дал в 1781 г. Шарль
Кулон3)
Эти законы используются до сих пор, хотя и были дополнены результатами
работ ученых XIX и XX веков, которые более полно раскрыли понятия силы
трения покоя (силы сцепления) и силы трения скольжения, а также понятия о
трении качения и трении верчения.
Многие десятилетия XX века ученые пытались модернизировать законы
Кулона,
учитывая
все
новые
и
новые
результаты
физико-химических
исследований явления трения. Из этих исследований наиболее важными
являются исследования природы трения.
Кратко о природе сухого трения можно сказать следующее. Поверхность
любого
твердого
тела
обладает
микронеровностями,
шероховатостью
[шероховатость поверхности оценивается «классом шероховатости» (14 классов)
– характеристикой качества обработки поверхности: среднеарифметическим
отклонением
профиля
микронеровностей
от
средней
линии
и
высотой
неровностей].
Сопротивление сдвигу вершин микронеровностей в зоне контакта тел –
источник трения. К этому добавляются силы молекулярного сцепления между
частицами,
принадлежащими
разным
телам,
вызывающим
прилипание
поверхностей (адгезию) тел.
Работа внешней силы, приложенной к телу, преодолевающей молекулярное
сцепление и деформирующей микронеровности, определяет механическую
энергию тела, которая затрачивается частично на деформацию (или даже
3) Ш.Кулон (1736-1806) – французский инженер, физик и механик, член Французской академии наук
47

48.

разрушение)
микронеровностей,
частично
на
нагревание
трущихся
тел
(превращается в тепловую энергию), частично на звуковые эффекты – скрип,
шум, потрескивание и т.п. (превращается в акустическую энергию).
В последние годы обнаружено влияние трения на электрическое и
электромагнитное поля молекул и атомов соприкасающихся тел.
Для решения большинства задач классической механики, в которых надо
учесть сухое трение, достаточно использовать те законы сухого трения, которые
открыты Кулоном.
В современной формулировке законы сухого трения (законы Кулона) даются
в следующем виде:
В случае изотропного трения сила трения скольжения тела А по поверхности
тела В всегда направлена в сторону, противоположную скорости тела А
относительно тела В, а сила сцепления (трения покоя) направлена в сторону,
противоположную возможной скорости (рис.2.1, а и б).
Примечание. В случае анизотропного трения линия действия силы трения
скольжения не совпадает с линией действия вектора скорости. (Изотропным
называется сухое трение, характеризующееся одинаковым сопротивлением
движению тела по поверхности другого тела в любом направлении, в противном
случае сухое трение считается анизотропным).
Сила трения скольжения пропорциональна силе давления на опорную
поверхность (или нормальной реакции этой поверхности), при этом коэффициент
трения скольжения принимается постоянным и определяется опытным путем для
каждой пары соприкасающихся тел. Коэффициент трения скольжения зависит от
рода материала и его физических свойств, а также от степени обработки
поверхностей соприкасающихся тел:
FСК
f СК N
(рис. 2.1 в).
48

49.

Y
Y
Fск
tg =fск
N
N
V
Fск
G
X
N
X
G
Fсц
а)
в)
б)
Рис.2.1
Сила сцепления (сила трения покоя) пропорциональна силе давления на
опорную поверхность (или нормальной реакции этой поверхности) и не может
быть
больше
максимального
значения,
определяемого
произведением
коэффициента сцепления на силу давления (или на нормальную реакцию
опорной поверхности):
FСЦ
fСЦ N .
Коэффициент сцепления (трения покоя), определяемый опытным путем в
момент перехода тела из состояния покоя в движение, всегда больше
коэффициента трения скольжения для одной и той же пары соприкасающихся
тел:
f СЦ
f СК .
Отсюда следует, что:
max
FСЦ
FСК
,
поэтому график изменения силы трения скольжения от времени движения
тела, к которому приложена эта сила, имеет вид (рис.2.2).
При переходе тела из состояния покоя в движение сила трения скольжения
за очень короткий промежуток времени
Этим промежутком времени
max до F
изменяется от FСЦ
СК (рис.2.2).
часто пренебрегают.
49

50.

В последние десятилетия экспериментально показано, что коэффициент
трения скольжения зависит от скорости (законы Кулона установлены при
равномерном движении тел в диапазоне невысоких скоростей – до 10 м/с).
fсц
max
Fсц
Fск
fск
V
t
V0
Рис. 2.2
Vкр
Рис. 2. 3
(v)
Эту зависимость качественно можно проиллюстрировать графиком f СК
(рис.2.3).
v0
- значение скорости, соответствующее тому моменту времени, когда
сила FСК достигнет своего нормального значения FСК
vКР
-
критическое
значение
скорости,
f СК N ,
после
которого
происходит
незначительный рост (на 5-7 %) коэффициента трения скольжения.
Впервые этот эффект установил в 1902 г. немецкий ученый Штрибек (этот
эффект впоследствии был подтвержден исследованиями других ученых).
Российский ученый Б.В.Дерягин, доказывая, что законы Кулона, в основном,
справедливы, на основе адгезионной теории трения предложил новую формулу
для определения силы трения скольжения (модернизировав предложенную
Кулоном формулу):
FСК
fСК
N
S p0 .
[У Кулона: FСК
fСК N
А , где величина А не раскрыта].
50

51.

В
формуле
Дерягина:
S – истинная площадь соприкосновения тел
(контактная площадь), р0 - удельная (на единицу площади) сила прилипания или
сцепления, которое надо преодолеть для отрыва одной поверхности от другой.
Дерягин также показал, что коэффициент трения скольжения зависит от
( N ) , причем при
нагрузки N (при соизмеримости сил N и S p0 ) - fСК
увеличении N он уменьшается (бугорки микронеровностей деформируются и
сглаживаются, поверхности тел становятся менее шероховатыми). Однако, эта
зависимость учитывается только в очень тонких экспериментах при решении
задач особого рода.
Во многих случаях S p0
N , поэтому в задачах классической механики, в
которых следует учесть силу сухого трения, пользуются, в основном, законом
Кулона,
а
значения
коэффициента
трения
скольжения
и
коэффициента
сцепления определяют по таблице из справочников физики (эта таблица
содержит
значения
коэффициентов,
установленных
еще
в
1830-х
годах
французским ученым А.Мореном (для наиболее распространенных материалов) и
дополненных более поздними экспериментальными данными. [Артур Морен
(1795-1880) – французский математик и механик, член Парижской академии наук,
автор курса прикладной механики в 3-х частях (1850 г.)].
В случае анизотропного сухого трения линия действия силы трения
скольжения составляет с прямой, по которой направлена скорость материальной
точки угол:
F
arctg n ,
Fτ
где Fn и Fτ - проекции силы трения скольжения FCK на главную нормаль и
касательную к траектории материальной точки, при этом модуль вектора FCK
51

52.

определяется формулой: FCK
Fn2
Fτ2 . (Значения
Fn
и Fτ определяются по
методике Минкина-Доронина).
Трение качения
При качении одного тела по другому участки поверхности одного тела
кратковременно соприкасаются с различными участками поверхности другого
тела, в результате такого контакта тел возникает сопротивление качению.
В конце XIX и в первой половине XX века в разных странах мира были
проведены эксперименты по определению сопротивления качению колеса вагона
или локомотива по рельсу, а также сопротивления качению роликов или шариков
в подшипниках.
В результате экспериментального изучения этого явления установлено, что
сопротивление качению (на примере колеса и рельса) является следствием трех
факторов:
1) вдавливание колеса в рельс вызывает деформацию наружного слоя
соприкасающихся тел (деформация требует затрат энергии);
2)
зацепление
бугорков
неровностей
и
молекулярное
сцепление
(являющиеся в то же время причиной возникновения качения колеса по рельсу);
3) трение скольжения при неравномерном движении колеса (при ускоренном
или замедленном движении).
(Чистое качение без скольжения – идеализированная модель движения).
Суммарное влияние всех трех факторов учитывается общим коэффициентом
трения качения.
Изучая трение качения, как это впервые сделал Кулон, гипотезу абсолютно
твердого тела надо отбросить и рассматривать деформацию соприкасающихся
тел в области контактной площадки.
52

53.

Так как равнодействующая N реакций опорной поверхности в точках зоны
контакта смещена в сторону скорости центра колеса, непрерывно набегающего
на впереди лежащее микропрепятствие (распределение реакций в точках
контакта несимметричное – рис.2.4), то возникающая при этом пара сил N и G (
G - сила тяжести) оказывает сопротивление качению (возникновение качения
Vc
C
N
G
Fск
K
N
K
Рис. 2.4
обязано силе сцепления FСЦ , которая образует вторую составляющую полной
реакции опорной поверхности).
Момент пары сил
N, G
называется моментом сопротивления качению.
Плечо пары сил «к» называется коэффициентом
трения качения. Он имеет размерность длины.
Момент
Fсопр
Vс
C
сопротивления
качению
определяется формулой:
MC
N k,
где N - реакция поверхности рельса, равная
вертикальной нагрузке на колесо с учетом его
Fсц
N
веса.
53
Рис. 2.5

54.

Колесо, катящееся по рельсу, испытывает сопротивление движению, которое
можно отразить силой сопротивления Fсопр , приложенной к центру колеса
(рис.2.5), при этом: Fсопр R N k , где R – радиус колеса,
откуда
Fсопр
N
k
R
N h,
где h – коэффициент сопротивления, безразмерная величина.
Эту формулу предложил Кулон. Так как множитель h
k
R
во много раз
меньше коэффициента трения скольжения для тех же соприкасающихся тел, то
сила Fсопр на один-два порядка меньше силы трения скольжения. (Это было
известно еще в древности).
Впервые в технике машин это использовал Леонардо да Винчи. Он изобрел
роликовый и шариковый подшипники.
Если на рисунке дается картина сил с обозначением силы Fсопр , то силу N
показывают без смещения в сторону скорости (колесо и рельс рассматриваются
условно как абсолютно твердые тела).
Повышение
угловой
скорости
качения
вызывает
рост
сопротивления
качению. Для колеса железнодорожного экипажа и рельса рост сопротивления
качению заметен после скорости колесной пары 100 км/час и происходит по
параболическому закону. Это объясняется деформациями колес и гистерезисными
потерями, что влияет на коэффициент трения качения.
Трение верчения
Fск
Fск
r
О
Трение верчения возникает при вращении тела,
опирающегося на некоторую поверхность. В этом
случае следует рассматривать зону контакта тел, в
Fск
54
Рис. 2.6.

55.

точках которой возникают силы трения скольжения FСК (если контакт происходит
в одной точке, то трение верчения отсутствует – идеальный случай) (рис.2.6).
А
–
зона
контакта
вращающегося
тела,
ось
вращения
которого
перпендикулярна к плоскости этой зоны. Силы трения скольжения, если их
привести к центру круга (при изотропном трении), приводятся к паре сил
сопротивления верчению, момент которой:
М сопр N f ск r ,
где r – средний радиус точек контакта тел;
f ск
- коэффициент трения скольжения (принятый одинаковым для всех
точек и во всех направлениях);
N – реакция опорной поверхности, равная силе давления на эту поверхность.
Трение верчения наблюдается при вращении оси гироскопа (волчка) или оси
стрелки компаса острием и опорной плоскостью. Момент сопротивления
верчению стремятся уменьшить, используя для острия и опоры агат, рубин, алмаз
и другие хорошо отполированные очень прочные материалы, для которых
коэффициент трения скольжения менее 0,05, при этом радиус круга опорной
площадки достигает долей мм. (В наручных часах, например, М сопр менее 5 10
мм).
Таблица коэффициентов трения скольжения и качения.
к (мм)
f ск
Сталь по стали……0,15
Шарик из закаленной стали по стали……0,01
Сталь по бронзе…..0,11
Мягкая сталь по мягкой стали……………0,05
Железо по чугуну…0,19
Дерево по стали……………………………0,3-0,4
Сталь по льду……..0,027
Резиновая шина по грунтовой дороге……10
55
5

56.

Процессы износа контактных поверхностей при трении
Молекулярное сцепление приводит к образованию связей между трущимися
парами. При сдвиге они разрушаются. Из-за шероховатости поверхностей трения
контактирование пар происходит площадками. На площадках с небольшим
давлением имеет место упругая, а с большим давлением - пластическая
деформация. Фактическая площадь соприкасания пар представляется суммой
малых площадок. Размеры площадок контакта достигают 30-50 мкм. При
повышении нагрузки они растут и объединяются. В процессе разрушения
контактных площадок выделяется тепло, и могут происходить химические
реакции.
Различают три группы износа: механический - в форме абразивного износа,
молекулярно-механический - в форме пластической деформации или хрупкого
разрушения
и
коррозийно-механический
-
в
форме
коррозийного
и
окислительного износа. Активным фактором износа служит газовая среда,
порождающая окислительный износ. Образование окисной пленки предохраняет
пары трения от прямого контакта и схватывания.
Важным фактором является температурный режим пары трения. Теплота
обусловливает физико-химические процессы в слое трения, переводящие
связующие в жидкие фракции, действующие как смазка. Металлокерамические
материалы на железной основе способствуют повышению коэффициента трения
и износостойкости.
Важна быстрая приработка трущихся пар. Это приводит к быстрому
локальному износу и увеличению контурной площади соприкосновения тел. При
медленной приработке локальные температуры приводят к нежелательным
местным изменениям фрикционного материала. Попадание пыли, песка и других
инородных частиц из окружающей среды приводит к абразивному разрушению не
только контактируемого слоя, но и более глубоких слоев. Чрезмерное давление,
56

57.

превышающее порог схватывания, приводит к разрушению окисной пленки,
местным
вырывам
материала
с
последующим,
абразивным
разрушением
поверхности трения.
Под нагруженностью фрикционной пары понимается совокупность условий
эксплуатации:
давление
поверхностей
трения,
скорость
относительного
скольжения пар, длительность одного цикла нагружения, среднечасовое число
нагружений, температура контактного слоя трения.
Главные
требования,
предъявляемые
к
трущимся
парам,
включают
стабильность коэффициента трения, высокую износостойкость пары трения,
малые модуль упругости и твердость материала, низкий коэффициент теплового
расширения, стабильность физико-химического состава и свойств поверхностного
слоя,
хорошая
прирабатываемость
фрикционного
материала,
достаточная
механическая прочность, антикоррозийность, несхватываемость, теплостойкость
и другие фрикционные свойства.
Основные
факторы
нестабильности
трения
-
нарушение
технологии
изготовления фрикционных элементов; отклонения размеров отдельных деталей,
даже в пределах установленных допусков; несовершенство конструктивного
исполнения с большой чувствительностью к изменению коэффициента трения.
Абразивный
износ
закономерностям. Износ
фрикционных
пар
подчиняется
следующим
пропорционален пути трения s,
=ks s,
(2.1)
а интенсивность износа— скорости трения
kv
s
(2.2)
Износ не зависит от скорости трения, а интенсивность износа на единицу
пути трения пропорциональна удельной нагрузке р,
s
(2.3)
kp p
57

58.

Мера
интенсивности
износа
рv
не
должна
превосходить
нормы,
определенной на практике (pv<С).
Энергетическая концепция износа состоит в следующем.
Для имеющихся закономерностей износа его величина представляется
интегральной функцией времени или пути трения
t
s
k p pds .
k p pvdt
0
(2.4)
0
В условиях кулонова трения, и в случае kр = const, износ пропорционален
работе сил трения W
kw W
kp
f
s
Fds .
W; W
0
Здесь сила трения F=f N = f p
нормального давления;
(2.5)
; где
f – коэффициент трения, N – сила
- контурная площадь касания пар.
Работа сил трения W переходит в тепловую энергию трущихся пар
E и
окружающей среды Q
W=Q+ E.
Работа сил кулонова трения при гармонических колебаниях s == а sin t за
период колебаний Т == 2л/
определяется силой трения F и амплитудой
колебаний а
W= 4F а.
(2.6)
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОДНОБОЛТОВЫХ ФПС
58

59.

3.1. Исходные посылки для разработки методики расчета
ФПС
Исходными посылками для разработки методики расчета ФПС
являются
экспериментальные
нахлесточных
соединений
[13],
исследования
позволяющие
одноболтовых
вскрыть
основные
особенности работы ФПС.
Для выявления этих особенностей в НИИ мостов в 1990-1991 гг.
были выполнены экспериментальные исследования деформирования
нахлесточных соединений такого типа. Анализ полученных диаграмм
деформирования позволил выделить для них 3 характерных стадии
работы, показанных на рис. 3.1.
На первой стадии нагрузка Т не превышает несущей способности
соединения
[Т], рассчитанной как для обычного соединения на
фрикционных высокопрочных болтах.
На второй стадии Т > [Т] и происходит преодоление сил трения по
контактным
плоскостям
соединяемых
элементов
сохраняющих
шайбах
При
болтов
неподвижность
высокопрочных
этом
за
в
при
счет
них
болтов.
деформации
растет
сила
натяжения, и как следствие растут
силы трения по всем плоскостям
контактов.
Рис.3.1. Характерная диаграмма деформирования
ФПС
На
третьей
1 – упругая работа ФПС;
срыв
2 – стадия проскальзывания листов ФПС при
заклиненных шайбах, характеризующаяся ростом 59
натяжения болта вследствие его изгибной деформации;
3 – стадия скольжения шайбы болта,
характеризующаяся интенсивным износом контактных
поверхностей.
стадии
происходит
с места одной из шайб и

60.

дальнейшее взаимное смещение соединяемых элементов. В процессе
подвижки наблюдается интенсивный износ во всех контактных парах,
сопровождающийся падением натяжения болтов и, как следствие,
снижение несущей способности соединения.
В процессе испытаний наблюдались следующие случаи выхода из
строя ФПС:
• значительные взаимные перемещения соединяемых деталей, в
результате которых болт упирается в край овального отверстия и в
конечном итоге срезается;
• отрыв головки болта вследствие малоцикловой усталости;
• значительные пластические деформации болта, приводящие к его
необратимому удлинению и исключению из работы при “обратном
ходе" элементов соединения;
• значительный износ контактных поверхностей, приводящий к
ослаблению болта и падению несущей способности ФПС.
Отмеченные
результаты
экспериментальных
исследований
представляют двоякий интерес для описания работы ФПС. С одной
стороны для расчета усилий и перемещений в элементах сооружений с
ФПС важно задать диаграмму деформирования соединения. С другой
стороны
необходимо
определить
возможность
перехода
ФПС
в
предельное состояние.
Для описания диаграммы деформирования наиболее существенным
представляется
факт
интенсивного
износа
трущихся
элементов
соединения, приводящий к падению сил натяжения болта и несущей
способности соединения. Этот эффект должен определять работу как
стыковых, так и нахлесточных ФПС. Для нахлесточных ФПС важным
60

61.

является
и
дополнительный
рост
сил
натяжения
вследствие
деформации болта.
Для оценки возможности перехода соединения в предельное
состояние необходимы следующие проверки:
а) по предельному износу контактных поверхностей;
б) по прочности болта и соединяемых листов на смятие в случае
исчерпания зазора ФПС u0;
в) по несущей способности конструкции в случае удара в момент
закрытия зазора ФПС;
г) по прочности тела болта на разрыв в момент подвижки.
Если учесть известные результаты [11,20,21,26], показывающие,
что закрытие зазора приводит к недопустимому росту ускорений в
конструкции,
то
проверки
(б)
и
(в)
заменяются
проверкой,
ограничивающей перемещения ФПС и величиной фактического зазора
в соединении u0.
Решение вопроса об износе контактных поверхностей ФПС и
подвижке в соединении должно базироваться на задании диаграммы
деформирования
соединения,
представляющей
зависимость
его
несущей способности Т от подвижки в соединении s. Поэтому получение
зависимости Т(s) является основным для разработки методов расчета
ФПС и сооружений с такими соединениями. Отмеченные особенности
учитываются далее при изложении теории работы ФПС.
3.2. Общее уравнение для определения несущей
способности ФПС
Для построения общего уравнения деформирования ФПС обратимся
к
более
сложному
случаю
61
нахлесточного
соединения,

62.

характеризующегося трехстадийной диаграммой деформирования. В
случае стыкового соединения второй участок на диаграмме Т(s) будет
отсутствовать.
Первая стадия работы ФПС не отличается от работы обычных
фрикционных соединений. На второй и третьей стадиях работы несущая
способность соединения поменяется вследствие изменения натяжения
болта. В свою очередь натяжение болта определяется его деформацией
(на второй стадии деформирования нахлесточных соединений) и
износом трущихся поверхностей листов пакета при их взаимном
смещении.
При
этом
для
теоретического
описания
диаграммы
деформирования воспользуемся классической теорией износа [5, 14,
23], согласно которой скорость износа V пропорциональна силе
нормального давления (натяжения болта) N:
V
(3.1)
K N,
где К— коэффициент износа.
В свою очередь силу натяжения болта N можно представить в виде:
N
N0
здесь
a
EF
l
N1
a
N0 -
N1
(3.2)
N2
начальное -натяжение болта, а - жесткость болта;
, где l - длина болта, ЕF - его погонная жесткость,
k
f(s)-
увеличение
натяжения
болта
вследствие
его
деформации;
N2
( s ) - падение натяжения болта вследствие его пластических
деформаций;
s - величина подвижки в соединении,
- износ в соединении.
Для стыковых соединений обе добавки N1
62
N2
0.

63.

Если пренебречь изменением скорости подвижки, то скорость V
можно представить в виде:
V
d
dt
d ds
ds dt
V ср ,
(3.3)
где V ср — средняя скорость подвижки.
После подстановки (3.2) в (3.1) с учетом (3.3) получим уравнение:
k a
k
N0
к
f(s)
(3.4)
(s) ,
где k K / Vср .
Решение уравнения (3.4) можно представить в виде:
s
k N0 a
1
1 e
kas
e ka( s z ) k
k
f(z)
( z ) dz ,
0
или
s
k
N0 a
1
e
kas
k
k
f(z)
ekazdz
(z)
N0 a 1 .
(3.5)
0
3.3. Решение общего уравнения для стыковых ФПС
Для стыковых соединений общий интеграл (3.5) существенно
упрощается, так как в этом случае N1
функции
и
f(z)
использование
( z ),
входящие
интеграла.
(3.5)
в
(3.5).
позволяет
формулу для определения величины износа
1 e kas
0 , и обращаются в 0
С
учетом
получить
сказанного
следующую
:
(3.6)
k N0 a 1
Падение натяжения
N2
N при этом составит:
63

64.

1 e kas
N
(3.7)
k N0 ,
а несущая способность соединений
определяется по формуле:
T
T0 f
T0
N
1
T0
1 e kas
f
1 e kas
k
N0
a 1
a 1 .
k
(3.8)
Как
Рис.3.2.Падение несущей способности ФПС в
зависимости от величины подвижки для болта 24
мм при коэффициенте износа k=5 10-8Н-1 для
различной толщины листов пакета l
- l=20 мм;
- l=30 мм; - l=40 мм; - l=50 мм;
- l=60 мм; - l=70 мм; - l=40 мм
видно
из
полученной
формулы относительная несущая
способность соединения КТ =Т/Т0
определяется
всего
параметрами
-
двумя
коэффициентом
износа k и жесткостью болта на растяжение а. Эти параметры могут
быть заданы с достаточной точностью и необходимые для этого данные
имеются в справочной литературе.
На рис. 3.2 приведены зависимости КТ(s) для болта диаметром 24 мм
и коэффициента износа
k~5×10-8 H-1 при различных значениях
толщины пакета l, определяющей жесткость болта а. При этом для
наглядности несущая способность соединения Т отнесена к своему
начальному значению T0, т.е. графические зависимости представлены в
безразмерной форме. Как видно из рисунка, с ростом толщины пакета
падает
влияние
несущую
износа
способность
листов
на
соединений.
В
целом падение несущей способности
соединений весьма существенно и при
реальных
2 3см
Рис.3.3. Падение несущей способности ФПС в
зависимости от величины подвижки для болта
24 мм при коэффициенте износа k=3 10-8Н-1 для
различной толщины листов пакета l
- l=20 мм; - l=30 мм; - l=40 мм;
- l=50 мм; - l=60 мм; - l=70 мм; - l=80 мм
составляет
соединений
64
величинах
подвижки
s
для
стыковых
80-94%.
Весьма

65.

существенно на характер падений несущей способности соединения
сказывается коэффициент износа k. На рис.3.3 приведены зависимости
несущей способности соединения от величины подвижки s при k~3×108
H-1.
Исследования показывают, что при k > 2 10-7 Н-1 падение несущей
способности соединения превосходит 50%. Такое падение натяжения
должно
приводить
к
существенному
росту
взаимных
смещений
соединяемых деталей и это обстоятельство должно учитываться в
инженерных расчетах. Вместе с тем рассматриваемый эффект будет
приводить к снижению нагрузки, передаваемой соединением. Это
позволяет при использовании ФПС в качестве сейсмоизолирующего
элемента конструкции рассчитывать усилия в ней, моделируя ФПС
демпфером сухого трения.
3.4. Решение общего уравнения для нахлесточных ФПС
Для нахлесточных ФПС общее решение (3.5) определяется видом
функций f(s) и
>(s).Функция f(s) зависит от удлинения болта
вследствие искривления его оси. Если принять для искривленной оси
аппроксимацию в виде:
u( x )
s sin
x
,
2l
(3.9)
где x — расстояние от середины болта до рассматриваемой точки
(рис. 3.3), то длина искривленной оси стержня составит:
1
2
L
du
dx
1
1
1
2
s2 2
8l 2
1
2
cos 2
1
1
2
2
dx
1 s
1
1
2
4l
cos
2l
1
1
2
x
dx 1
2l
2
dx
s2 2
.
8l
2
65
2
s2 2
8l 2
cos
x
dx
2l

66.

Удлинение болта при этом определится по формуле:
s2 2
.
8l
l L l
(3.10)
Учитывая, что приближенность представления (3.9) компенсируется
k,
коэффициентом
который
может
быть
определен
из
экспериментальных данных, получим следующее представление для
f(s):
f(s)
s2
l
.
Для дальнейшего необходимо учесть, что деформирование тела
болта будет иметь место лишь до момента срыва его головки, т.е. при s
< s0. Для записи этого факта воспользуемся единичной функцией
Хевисайда :
f(s)
s2
( s s0 ).
l
(3.11)
Перейдем теперь к заданию функции
(s). При этом необходимо
учесть следующие ее свойства:
1. пластика проявляется лишь при превышении подвижкой s
некоторой величины Sпл, т.е. при Sпл<s<S0.
2. предельное натяжение стержня не превосходит усилия Nт, при
котором напряжения в стержне достигнут предела текучести, т.е.:
lim ( N0
кf ( s )
( s )) 0 .
(3.12)
s
Указанным условиям удовлетворяет функция (s) следующего вида:
(s)
N пл ( NТ
N пл ) ( 1 e q( s Sпл ) )
1
( s s0 )
( s S пл).
(3.13)
Подстановка выражений (3.11, 3.12) в интеграл (3.5) приводит к
следующим зависимостям износа листов пакета
при s<Sпл
66
от перемещения s:

67.

N0
( 1 e k1as )
a
s
k 2
s
al
2
s
k1a
2
k1a
2
(3.14)
1 e k1as ,
при Sпл< s<S0
(s)
I
N
( Sпл ) k1( T 1 ek1a( S пл s )
k1a
NT N пл
k1 a
(3.15)
e ( S пл s ) e k1a( S пл s ) ),
при s<S0
(s)
II ( S )
0
Несущая
N ( S0 )
( 1 e k 2 a( s S0 ) ).
a
способность
(3.16)
соединения
определяется
при
этом
выражением:
T
T0
fv a
(3.17)
.
Здесь fv— коэффициент трения, зависящий в общем случае от
скорости подвижки v. Ниже мы используем наиболее распространенную
зависимость коэффициента трения от скорости, записываемую в виде:
f
f0
,
1 kvV
(3.18)
где kv — постоянный коэффициент.
Предложенная
зависимость
содержит
9
неопределенных
параметров:
k1, k2, kv, S0, Sпл, q, f0, N0, и k0. Эти параметры должны определяться
из данных эксперимента.
В отличие от стыковых соединений в формуле (3.17) введено два
коэффициента износа - на втором участке диаграммы деформирования
износ определяется трением между листами пакета и характеризуется
коэффициентом износа k1, на третьем участке износ определяется
трением между шайбой болта и наружным листом пакета; для его
описания введен коэффициент износа k2.
67

68.

На
рис.
3.4
приведен
пример
теоретической
диаграммы
деформирования при реальных значениях параметров k1 = 0.00001; k2
=0.000016; kv = 0.15; S0 = 10 мм; Sпл = 4 мм; f0 = 0.3; N0 = 300 кН. Как
видно
из
рисунка,
теоретическая
диаграмма
деформирования
соответствует описанным выше экспериментальным диаграммам.
Рис. 3.4
Теоретическая диаграмма деформирования ФПС
68

69.

26
4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ ФПС
Для анализа работы ФПС и сооружений с такими соединениями необходимы
фактические
данные
о
параметрах
исследуемых
соединений.
Экспериментальные
исследования работы ФПС достаточно трудоемки, однако в 1980-85 гг. такие исследования
были начаты в НИИ мостов А.Ю.Симкиным [3,11]. В частности, были получены записи Т(s)
для нескольких одноболтовых и четырехболтовых соединений.
Для анализа поведения ФПС были испытаны соединения с болтами диаметром 22, 24,
27 и 48 мм. Принятые размеры образцов обусловлены тем, что диаметры 22, 24 и 27 мм
являются наиболее распространенными. Однако при этом в соединении необходимо
размещение слишком большого количества болтов, и соединение становится громоздким.
Для уменьшения числа болтов необходимо увеличение их диаметра. Поэтому было
рассмотрено ФПС с болтами наибольшего диаметра 48 мм. Общий вид образцов показан на
рис. 4.1.
Рис. 4.1 Общий вид образцов ПС с болтами
48 мм
Пластины ФПС были выполнены из толстолистовой стали марки 10ХСНД.
Высокопрочные болты были изготовлены тензометрическими из стали 40Х "селект" в
соответствии с требованиями [6]. Контактные поверхности пластин были обработаны
протекторной цинкосодержащей грунтовкой ВЖС-41 после дробеструйной очистки. Болты
были предварительно протарированы с помощью электронного пульта АИ-1 и при сборке
69
соединений натягивались по этому же пульту в соответствии с тарировочными
зависимостями ручным ключом на заданное усилие натяжения N0.
4.

70.

АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ ФПС
Для анализа работы ФПС и сооружений с такими соединениями
необходимы
фактические
данные
о
параметрах
исследуемых
соединений. Экспериментальные исследования работы ФПС достаточно
трудоемки, однако в 1980-85 гг. такие исследования были начаты в
НИИ мостов А.Ю.Симкиным [3,11]. В частности, были получены записи
Т(s) для нескольких одноболтовых и четырехболтовых соединений.
Для анализа поведения ФПС были испытаны соединения с болтами
диаметром
22,
24,
27
и
48
мм.
Принятые
размеры
образцов
обусловлены тем, что диаметры 22, 24 и 27 мм являются наиболее
распространенными.
Однако при
этом
Рис. 4.1 Общий вид образцов ПС с болтами
в
соединении
необходимо
48 мм
размещение слишком большого количества болтов, и соединение
становится громоздким. Для уменьшения числа болтов необходимо
70

71.

увеличение их диаметра. Поэтому было рассмотрено ФПС с болтами
наибольшего диаметра 48 мм. Общий вид образцов показан на рис. 4.1.
Пластины ФПС были выполнены из толстолистовой стали марки
10ХСНД. Высокопрочные болты были изготовлены тензометрическими
из стали 40Х "селект" в соответствии с требованиями [6]. Контактные
поверхности
пластин
были
обработаны
протекторной
цинкосодержащей грунтовкой ВЖС-41 после дробеструйной очистки.
Болты были предварительно протарированы с помощью электронного
пульта АИ-1 и при сборке соединений натягивались по этому же пульту
в соответствии с тарировочными зависимостями ручным ключом на
заданное усилие натяжения N0.
Испытания проводились на пульсаторах в НИИ мостов и на
универсальном динамическом стенде УДС-100 экспериментальной базы
ЛВВИСКУ. В испытаниях на стенде импульсная нагрузка на ФПС
обеспечивалась путем удара движущейся массы М через резиновую
прокладку в рабочую тележку, связанную с ФПС жесткой тягой. Масса и
скорость тележки, а также жесткость прокладки подбирались таким
образом, чтобы при неподвижной рабочей тележке получился импульс
силы с участком, на котором сила сохраняет постоянное значение,
длительностью около 150 мс. Амплитудное значение импульса силы
подбиралось из условия некоторого превышения несущей способности
ФПС. Каждый образец доводился до реализации полного смещения по
овальному отверстию.
Во
время
испытаний
на
стенде
и
пресс-пульсаторах
контролировались следующие параметры:
• величина динамической продольной силы в пакете ФПС;
• взаимное смещение пластин ФПС;
71

72.

• абсолютные скорости сдвига пластин ФПС;
• ускорение движения пластин ФПС и ударные массы (для
испытаний на стенде).
После
каждого
нагружения
проводился
замер
напряжения
высокопрочного болта.
Из полученных в результате замеров данных наибольший интерес
представляют для нас зависимости продольной силы, передаваемой на
соединение (несущей способности ФПС), от величины подвижки S. Эти
зависимости
могут
быть
получены
теоретически
по
формулам,
приведенным выше в разделе 3. На рисунках 4.2 - 4.3 приведено
графическое
Рис. 4.2, 4.3 Экспериментальные диаграммы деформирования
ФПС для болтов 22 мм и 24 мм.
представление
полученных
диаграмм
деформирования
ФПС.
Из
рисунков видно, что характер зависимостей Т(s) соответствует в целом
принятым
гипотезам
и
результатам
теоретических
построений
предыдущего раздела. В частности, четко проявляются три участка
деформирования
соединения,
соединения:
после
до
проскальзывания
проскальзывания
листов
пакета
элементов
и
после
проскальзывания шайбы относительно наружного листа пакета. Вместе
72

73.

с
тем,
необходимо
отметить
существенный
разброс
полученных
диаграмм. Это связано, по-видимому, с тем, что в проведенных
испытаниях принят наиболее простой приемлемый способ обработки
листов
пакета.
полученные
Несмотря
диаграммы
на
наличие
оказались
существенного
пригодными
для
разброса,
дальнейшей
обработки.
В
результате
предварительной
обработки
экспериментальных
данных построены диаграммы деформирования нахлесточных ФПС. В
соответствии с ранее изложенными теоретическими разработками эти
диаграммы должны описываться уравнениями вида (3.14). В указанные
уравнения входят 9 параметров:
N0— начальное натяжение; f0 — коэффициент трения покоя;
k0
—
коэффициент,
определяющий
влияние
скорости
на
коэффициент трения скольжения;
k1— коэффициент износа по контакту трущихся листов пакета;
k2— коэффициент износа по контакту листа и шайбы;
Sпл — предельное смещение, при котором возникают пластические
деформации в теле болта;
S0— предельное смещение, при котором возникает срыв шайбы
болта относительно листа пакета;
к — коэффициент, характеризующий увеличение натяжения болта
вследствие геометрической нелинейности его работы;
q — коэффициент, характеризующий уменьшение натяжения болта
вследствие его пластической работы.
Обработка экспериментальных данных заключалась в определении
этих 9 параметров. При этом параметры варьировались на сетке их
возможных значений. Для каждой девятки значений параметров по
73

74.

методу наименьших квадратов вычислялась величина невязки между
расчетной и экспериментальной диаграммами деформирования, причем
невязка
суммировалась
по
точкам
цифровки
экспериментальной
диаграммы.
Для поиска искомых значений параметров для болтов диаметром 24
мм последние варьировались в следующих пределах:
k1, k2— от 0.000001 до 0.00001 с шагом 0.000001 Н; kv— от 0 до 1 с
шагом 0.1 с/мм;
S0 — от величины Sпл до 25 с шагом 1 мм; Sпл — от 1 до 10 с шагом 1
мм;
q— от 0.1 до 1 с шагом 0.1 мм~1; f0— от 0.1 до 0.5 с шагом 0.05;
N0— от 30 до 60 с шагом 5 кН; к — от 0.1 до 1 с шагом 0.1;
На
рис. 4.4
и
4.5
привед
ены
характе
рные
Рис.4.4
деформирования
соответствующие
диагра
Рис. 4.5
ФПС,
им
полученные
теоретические
ммы
экспериментально
диаграммы.
и
Сопоставление
расчетных и натурных данных указывают на то, что подбором
параметров ФПС удается добиться хорошего совпадения натурных и
расчетных диаграмм деформирования ФПС. Расхождение диаграмм на
конечном их участке обусловлено резким падением скорости подвижки
74

75.

перед остановкой, не учитываемым в рамках предложенной теории
расчета ФПС. Для болтов диаметром 24 мм было обработано 8
экспериментальных
определения
диаграмм
параметров
деформирования.
соединения
для
каждой
Результаты
из
подвижек
приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Результаты определения параметров ФПС
параметры k1106, k2
k,
S0, SПЛ
q,
f0 N0, к
1
6
-1
N подвижки кН10 , с/мм мм мм мм
кН
1
кН1
11
32
0.25 11
9 0.0000 0.34 105 260
2
8
15
0,24 8
7 0.0004
0.36 152 90
1
3
12
27
0.44 13.5 11.2 0.0001
0.39 125 230
4
4
7
14
0.42 14.6 12 0.0001
0.29 193 130
2
5
14
35
0.1
8 4.2 0.0006
0.3 370 310
1
6
6
11
0.2 12
9 0.0000 0.3 120 100
7
8
20
0.2 19 16 0.0000
0.3 106 130
2
8
8
15
0.3
9 2.5 0.0002
0.35
154 75
1
8
Приведенные в таблице 4.1 результаты вычислений параметров
соединения
были
статистически
обработаны
и
получены
математические ожидания и среднеквадратичные отклонения для
каждого из параметров. Их значения приведены в таблице 4.2. Как
видно из приведенной таблицы, значения параметров характеризуются
значительным
разбросом.
Этот
факт
затрудняет
применение
одноболтовых ФПС с рассмотренной обработкой поверхности (обжиг
листов
пакета).
Вместе
с
тем,
переход
от
одноболтовых
к
многоболтовым соединениям должен снижать разброс в параметрах
диаграммы деформирования.
Таблица. 4.2.
Результаты статистической обработки значений параметров ФПС
75

76.

Значения параметров
Параметры
математическо среднеквадратичн
соединени
е
ое
6я
1
ожидание
отклонение
k1 10 , КН9.25
2.76
6
1
k2 10 , кН21.13
9.06
kv с/мм
0.269
0.115
S0, мм
11.89
3.78
Sпл , мм
8.86
4.32
-1
q, мм
0.00019
0.00022
f0
0.329
0.036
Nо,кН
165.6
87.7
165.6
88.38
5. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ДИАГРАММЫ
ДЕФОРМИРОВАНИЯ МНОГОБОЛТОВЫХ
ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ФПС)
5.1. Общие положения методики расчета
многоболтовых ФПС
Имеющиеся теоретические и экспериментальные исследования
одноболтовых ФПС позволяют перейти к анализу многоболтовых
соединений. Для упрощения задачи примем широко используемое в
исследованиях фрикционных болтовых соединений предположение о
том, что болты в соединении работают независимо. В этом случае
математическое ожидание несущей способности T и дисперсию DT (или
среднеквадратическое отклонение
T( s )
T
) можно записать в виде:
T ( s , 1 , 2 ,... k ) p1( 1 ) p2 ( 2 )...pk ( k )d 1d 2 ...d k
76
(5.1)

77.

(T
DT
T )2 p1 p2 ...pk d 1d 2 ...d k
(5.2)
... T 2 p1 p2 ...pk d 1d 2 ...d k
T
T
2
(5.3)
DT
В приведенных формулах:
T ( s , 1 , 2 ,... k ) - найденная выше зависимость несущей способности T
от подвижки s и параметров соединения
i;
в нашем случае в качестве
выступают коэффициент износа k, смещение при срыве
параметров
соединения S0 и др.
pi(ai) — функция плотности распределения i-го параметра; по
имеющимся данным нам известны лишь среднее значение
i
и их
стандарт (дисперсия).
Для дальнейших исследований приняты два возможных закона
распределения параметров ФПС: равномерное в некотором возможном
диапазоне изменения параметров
учесть,
что
в
предыдущих
математических ожиданий
i
min
i
max
исследованиях
и стандарта
i,
и нормальное. Если
получены
то соответствующие
функции плотности распределения записываются в виде:
а) для равномерного распределения
pi
1
при
2 i 3
3
(5.4)
3
и pi = 0 в остальных случаях;
б) для нормального распределения
pi
1
i 2
e
i ai
2 i2
2
(5.5)
.
77
величины

78.

Результаты расчетного определения зависимостей T(s) и
(s) при
двух законах распределения сопоставляются между собой, а также с
данными натурных испытаний двух, четырех, и восьми болтовых ФПС.
5.2. Построение уравнений деформирования стыковых
многоболтовых ФПС
Для
вычисления
несущей
способности
соединения
сначала
рассматривается более простое соединение встык. Такое соединение
характеризуется
всего
двумя
параметрами
-
начальной
несущей
способностью Т0 и коэффициентом износа k. При этом несущая
способность одноболтового соединения описывается уравнением:
T=Toe-kas .
(5.6)
В случае равномерного распределения математическое ожидание
несущей способности соединения из п болтов составит:
T0
T
T
3
n
k
T
3
T
3
e kas
T
T0
T
3
k
dk
dT
2 k 3
2 T 3
(5.7)
sh( sa k 3 )
nT0 e kas
.
sa k
При нормальном законе распределения математическое ожидание
несущей способности соединения из п болтов определится следующим
образом:
( k k )2
( T T )2
T
T e kas
n
1
T 2
e
2 T2
1
k 2
e
2 k2
( k k )2
( T T )2
1
n
T
2
Te
2 T2
dkdT
1
dT
k
2
e kase
78
2 k2
dk .

79.

Если
учесть,
что
математическим
для
любой
ожиданием
случайной
функцией
x
величины
с
x
р(х}
распределения
выполняется соотношение:
x
x p( x ) dx ,
то первая скобка. в описанном выражении для вычисления несущей
способности
Т
соединения
равна
математическому
ожиданию
начальной несущей способности Т0. При этом:
T
kas
1
nT0
2 k2
e
2
k
( k k )2
dk .
Выделяя в показателе степени полученного выражения полный
квадрат, получим:
T
1
nT0
k k as k2
2 k2
e
k 2
as k2
as k
1
nT0
k
2
2
e
e
Подынтегральный
1
множителя
k
2
2
as k
as k2
2
dk
k k as k2
2 k2
член
в
2
dk .
полученном
выражении
с
учетом
представляет не что иное, как функцию плотности
нормального распределения с математическим ожиданием k as
среднеквадратичным отклонением
k
и выражение для
несущей способности соединения принимает окончательный вид:
ask
T
nT0 e
2
.
(5.8)
79
и
. По этой причине интеграл в
полученном выражении тождественно равен 1
a 2 s 2 k2
2
k

80.

Соответствующие принятым законам распределения дисперсии
составляют:
для равномерного закона распределения
D
2
nT0 e 2 ask
1
2
T
2
T0
где F ( x ) shx ; x sa
x
F( 2 x )
k
(5.9)
F ( x )2 ,
3
для нормального закона распределения
D n T0
2
где A1
2
T
( A1 ) e A1
1
T0
2
2
1 A
e 1
2
( A)
,
(5.10)
полученные
зависимости
2as( k2 as k ).
Представляет
интерес
сопоставить
с
аналогичными зависимостями, выведенными выше для одноболтовых
соединений.
Рассмотрим,
прежде
всего,
характер
изменения
несущей
способности ФПС по мере увеличения подвижки s и коэффициента
износа
k
для
случая
использования
равномерного
закона
распределения в соответствии с формулой (5.4). Для этого введем по
аналогии с (5.4) безразмерные характеристики изменения несущей
способности:
относительное падение несущей способности
1
kas
T
nT0
e
sh( x )
x .
коэффициент
перехода
(5.11)
от
одноболтового
к
многоболтовому
соединению
T
1
nT0 e
kas
sh( x )
.
x
(5.12)
80

81.

Наконец
отклонения
для
с
величины
среднеквадратичного
с использованием формулы (5.9) нетрудно получить
1
kas n
nT0 e
1
относительной
1
2
T
2
T0
sh 2 x
2x
shx
x
2
(5.13)
.
Аналогичные зависимости получаются и для случая нормального
распределения:
1 A
e 1
2
2
2
1
e
2
2
1
n
( A) ,
2 2
k s kas
2
1
1
2
T
2
T0
1
(5.14)
( A) ,
( A1 ) e A1
(5.15)
1 A
e 1
2
2
( A)
(5.16)
,
где
A
2 2
ks
2
2 s ka ,
A1
2 As( k2 sa
k ),
( A)
2
A
2
e z dz .
0
На рис. 5.1 - 5.2 приведены зависимости
i
и
i от
величины
подвижки s. Кривые построены при тех же значениях переменных, что
использовались нами ранее при построении зависимости T/T0 для
одноболтового соединения. Как видно из рисунков, зависимости
i
( k ,s )
аналогичны зависимостям, полученным для одноболтовых соединений,
но характеризуются большей плавностью, что должно благоприятно
сказываться на работе соединения и конструкции в целом.
Особый интерес представляет с нашей точки зрения зависимость коэффициента перехода
i
( k , a , s ) . По
своему смыслу математическое ожидание несущей способности многоболтового соединения T получается из
несущей способности одноболтового соединения Т1 умножением на , т.е.:
T
(5.17)
T1
81

82.

Согласно (5.12)
lim x
ожидания коэффициента износа
k
k
. В частности,
1
1
при неограниченном увеличении математического
k или смещения s. Более того, при выполнении условия
3
(5.18)
будет иметь место неограниченный рост несущей способности ФПС с увеличением подвижки s, что
противоречит смыслу задачи.
Полученный результат ограничивает возможность применения равномерного распределения условием
(5.18).
Что касается нормального распределения, то возможность его применения определяется пределом:
lim
s
2
1
lim e( kas
2s
A)
1
( A) .
Для анализа этого предела учтем известное в теории вероятности соотношение:
lim 1
x
x
1
lim
e
x
2
x2
2
1
.
x
82

83.

1=
а)
2=Т/nT0
S, мм
Подвижка S, мм
Рис.5.1. Графики зависимости расчетного снижения несущей способности ФПС от величины подвижки в
соединении при различной толщине пакета листов l
83

84.

а) при использовании равномерного закона распределения параметров ФПС
б) при использовании нормального закона распределения параметров ФПС
● - l=20мм; ▼- l=30мм; □ - l=40мм; - l=50мм; - l=60мм; ○ - l=70мм;
84
- l=80мм;

85.

1
а)
S, мм
Коэффициент перехода
2
б)
Подвижка S, мм
85

86.

Рис.5.2. Графики зависимости коэффициента перехода от одноболтового к многоболтовому ФПС от
величины подвижки в соединении при различной толщине пакета листов l
а) при использовании равномерного закона распределения параметров ФПС
б) при использовании нормального закона распределения параметров ФПС
● - l=20мм;
- l=30мм; □ - l=40мм; - l=50мм; - l=60мм; ○ - l=70мм;
- l=80мм
С учетом сказанного получим:
lim
s
2
1
lim e kas
s
2
A
1
e
2
A2
2
1
A
0.
(5.19)
Предел (5.19) указывает на возможность применения нормального закона распределения при любых
соотношениях
k и k.
Результаты обработки экспериментальных исследований, выполненные ранее, показывают, что разброс
значений несущей способности ФПС для случая обработки поверхностей соединяемых листов путем нанесения
грунтовки ВЖС достаточно велик и достигает 50%. Однако даже в этом случае применение ФПС вполне
приемлемо, если перейти от одноболтовых к многоболтовым соединениям. Как следует из полученных формул
(5.13, 5.16), для среднеквадратичного отклонения
1
последнее убывает пропорционально корню из числа
болтов. На рисунке 5.3 приведена зависимость относительной величины среднеквадратичного отклонения
1
от
безразмерного параметра х для безразмерной подвижки 2-х, 4-х, 9-ти и 16-ти болтового соединений. Значения
T
и T0 приняты в соответствии с данными выполненных экспериментальных исследований. Как видно из графика,
уже для 9-ти болтового соединения разброс значений несущей способности Т не превосходит 25%, что следует
считать вполне приемлемым.
86

87.

Рис.5.3. Зависимость относительного разброса несущей
способности ФПС от величины подвижки при различном
числе болтов n
5.3. Построение уравнений деформирования
нахлесточных многоболтовых соединений
Распространение использованного выше подхода на расчет нахлесточных соединений достаточно
громоздко из-за большого количества случайных параметров, определяющих работу соединения. Однако с
практической точки зрения представляется важным учесть лишь максимальную силу трения Тmax, смещение при
срыве соединения S0 и коэффициент износа k. При этом диаграмма деформирования соединения между точками
(0,Т0) и (S0, Tmax) аппроксимируется линейной зависимостью. Для учета излома графика T(S) в точке S0 введена
функция
:
S , S0
1 при 0
S
0 при S
S0
S0
(5.20)
При этом диаграмма нагружения ФПС описывается уравнением:
T ( S ) T1( S , S0 ,T0 ,Tmax ) ( S , S0 ) T2 ( S ,Tmax ,k ,S0 ) 1
87
( S , S0 ) ,
(5.21)

88.

где T1( S ) T0
( Tmax
T0 )
S
,
S0
T2 ( S ) Tmax e ka( S S0 ) .
Математическое ожидание несущей способности нахлесточного соединения из n болтов определяется
следующим интегралом:
T
n
T ( S ) p( k ) p( S0 ) p( Tmax ) dk dS0 dT0 dTmax
n I1
I2
(5.22)
k S0 T0 Tmax
Обратимся сначала к вычислению первого интеграла. После подстановки в (5.22) представления для Т1
согласно (5.20) интеграл I1 может быть представлен в виде суммы трех интегралов:
I1
T0
( Tm ax T0 )
S0 T0 Tmax
dS 0 dT0 dTm ax
I 1,1
I 1,2
s
S0
s , S 0 p( S 0 ) p( T0 ) p( Tm ax )
I 1,3
(5.23)
где
I1,1
T0 p( T0 ) ( s , S0 )p( S0 ) p( T0 ) p( Tmax )dTmax dS0 dT0
S0 T0 Tmax
T0 p( T0 )dT0
T0
s , S0 p( S0 )dS0
S0
Tmax p( Tmax )dTmax
Tmax
Если учесть, что для любой случайной величины x выполняются соотношения:
xp( x )dx
p( x )dx
1
x,
и
то получим
I 1,1 T
( s ,S0 )p( S0 ) dS0 .
S0
Аналогично
88

89.

I1,2
Tmax
S0 T0 Tmax
T max
S0
( s , S0 )
p( S0 ) dS0 .
S0
I1,3
T0
S0 T0 Tmax
T0
S0
s
( s , S0 )p( S0 ) p( T0 ) p( Tmax ) dS0 dT0 dTmax
S0
s
( s , S0 )p( S0 ) p( T0 ) p( Tmax ) dS0 dT0 dTmax
S0
( s , S0 )
p( S0 ) dS0 .
S0
Если ввести функции
1( s )
( s , S0 ) p( S0 ) dS0
(5.24)
и
( s , S0 )
p( S0 ) dS0 ,
S0
1( s )
(5.25)
то интеграл I1 можно представить в виде:
I1 T 1( s ) ( T max
(5.26)
T 0 )s 2 ( s ).
Если учесть, что на первом участке s < S0, то с учетом (5.20) формулы (5.24) и (5.25) упростятся и примут вид:
1( s )
p( S0 )dS0
(5.27)
s
2( s )
s
p( S0 )
dS0 .
S0
(5.28)
Для нормального распределения p(S0) функция
функция
записывается в виде:
89
1
1 erf ( s ) ,
а

90.

( S0 S 0 ) 2
2 s2
e
2
s
(5.29)
dS0 .
S0
Для равномерного распределения функции
1
и
2
могут быть
представлены аналитически:
1 при s
1
S0
S0
s при S 0
s 3
0 при s
1
2 s 3
1
2
ln
ln
s 3
S0
s 3
S0
s 3
s 3
S0
при s
S0
при S 0
s
2 s 3
0 при s
S0
(5.30)
s 3
s 3.
S0
S0
s 3 s
s 3
s 3 s
S0
(5.31)
s 3
s 3
Аналитическое представление для интеграла (5.23) весьма сложно.
Для
большинства
видов
распределений
его
целесообразно
табулировать; для равномерного распределения интегралы I1 и I2
представляются в замкнутой форме:
T0
I1
( T max
1
2 s 3
T0 )
T 0 S0
S
2 s 3
s
3
при
0 при
0 при S
I2
Tm
2 s 3
S
S0
S0
s
ln
S0
s
3
S0
s
3
S ln
S0
S0
s
при
3
3
S
S0
s
причем F ( x ) Ei ax( k
s
T 0 )S ln
3
S0
s
s
3
(5.32)
3
3
s 3
F( S ) F( s 3 )
S0
( T max
s
s
S
при S
k
3)
S0
(5.33)
s 3,
Ei ax( k
интегральная показательная функция.
90
k
3 ) . В формулах (5.32, 5.33) Ei -

91.

Полученные
экспериментальных
формулы
подтверждены
исследований
многоболтовых
результатами
соединений
и
рекомендуются к использованию при проектировании сейсмостойких
конструкций с ФПС.
91

92.

42
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФПС И СООРУЖЕНИЙ С
ТАКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Технология изготовления ФПС включает выбор материала элементов соединения,
подготовку контактных поверхностей, транспортировку и хранение деталей, сборку
соединений. Эти вопросы освещены ниже.
6.1. Материалы болтов, гаек, шайб и покрытий
контактных поверхностей стальных деталей ФПС
и опорных поверхностей шайб
Для ФПС следует применять высокопрочные болты по ГОСТ 553-77, гайки по ГОСТ
22354-74, шайбы по ГОСТ 22355-75 с обработкой опорной поверхности по указаниям
раздела 6.4 настоящего пособия. Основные размеры в мм болтов, гаек и шайб и расчетные
площади поперечных сечений в мм2 приведены в табл.6.1.
Таблица 6.1.
Номиналь
Расчетная
Высота
Высота
ный
площадь
головки
гайки
12
15
диаметр по сечения
телу по резьбе
по
болта
16
201
157
Размер
Диаметр
Размеры шайб
Толщина
Диаметр
под ключ опис.окр.
внутр.
нар.
гайки
27
29,9
4
18
37
18
255
192
13
16
30
33,3
4
20
39
20
314
245
14
18
32
35,0
4
22
44
22
380
303
15
19
36
39,6
6
24
50
24
453
352
17
22
41
45,2
6
26
56
27
573
459
19
24
46
50,9
6
30
66
30
707
560
19
24
46
50,9
6
30
66
36
1018
816
23
29
55
60,8
6
39
78
42
1386
1120
26
34
65
72,1
8
45
90
48
1810
1472
30
38
75
83,4
8
52
100
Полная длина болтов в случае использования шайб по ГОС 22355-75 назначается в
соответствии с данными табл.6.2.
92
6.

93.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФПС И
СООРУЖЕНИЙ С ТАКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Технология
элементов
изготовления
соединения,
ФПС
включает
подготовку
выбор
контактных
материала
поверхностей,
транспортировку и хранение деталей, сборку соединений. Эти вопросы
освещены ниже.
6.1.
Материалы болтов, гаек, шайб и покрытий
контактных поверхностей стальных деталей ФПС и
опорных поверхностей шайб
Для ФПС следует применять высокопрочные болты по ГОСТ 553-77,
гайки по ГОСТ 22354-74, шайбы по ГОСТ 22355-75 с обработкой опорной
поверхности по указаниям раздела 6.4 настоящего пособия. Основные
размеры в мм болтов, гаек и шайб и расчетные площади поперечных
сечений в мм2 приведены в табл.6.1.
Таблица 6.1.
Номина Расчетная
льный
диаметр
болта
Высота Высот Разме Диамет
площадь головк
сечения
и
а
р под
р
Размеры шайб
Диаметр
внут нар.
на
Толщи
гайки ключ опис.ок
по
р.
р. гайки
по телу по
16
201 резьбе
157
12
15
27
29,9
4
18
37
18
255 192
13
16
30
33,3
4
20
39
20
314 245
14
18
32
35,0
4
22
44
22
380 303
15
19
36
39,6
6
24
50
93

94.

24
453 352
17
22
41
45,2
6
26
56
27
573 459
19
24
46
50,9
6
30
66
30
707 560
19
24
46
50,9
6
30
66
36
1018 816
23
29
55
60,8
6
39
78
42
1386 1120
26
34
65
72,1
8
45
90
48
1810 1472
30
38
75
83,4
8
52
100
Полная длина болтов в случае использования шайб по ГОС 22355-75
назначается в соответствии с данными табл.6.2.
Таблица 6.2.
Номинальна Длина резьбы 10 при номинальном диаметре
16 18 20 22 24 27 30 36 42 48
я
длина резьбы d
40
*
45
38 *
стержня
50
38 42 *
55
38 42 46 *
60
38 42 46 50 *
65
38 42 46 50 54
70
38 42 46 50 54 60
75
38 42 46 50 54 60 66
80
38 42 46 50 54 60 66
85
38 42 46 50 54 60 66
90
38 42 46 50 54 60 66 78
95
38 42 46 50 54 60 66 78
100
38 42 46 50 54 60 66 78
105
38 42 46 50 54 60 66 78 90
110
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
115
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
120
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
125
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
130
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
140
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
150
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
160,
170,
190,
200, 44 48 52 56 60 66 72 84 96 108
180
240,260,280,
220
Примечание:
знаком * отмечены болты с резьбой по всей длине стержня.
300
94

95.

Для консервации контактных поверхностей стальных деталей
следует применять фрикционный грунт ВЖС 83-02-87 по ТУ. Для
нанесения на опорные поверхности шайб методом плазменного
напыления антифрикционного покрытия следует применять в
качестве материала подложки интерметаллид ПН851015 по ТУ-141-3282-81, для несущей структуры - оловянистую бронзу БРОФ10-8
по ГОСТ, для рабочего тела - припой ПОС-60 по ГОСТ.
Примечание:
Приведенные
данные
действительны
при
сроке
хранения несобранных конструкций до 1 года.
6.2. Конструктивные требования к соединениям
В
конструкциях
соединений
должна
быть
обеспечена
возможность свободной постановки болтов, закручивания гаек и
плотного стягивания пакета болтами во всех местах их постановки
с применением динамометрических ключей и гайковертов.
Номинальные диаметры круглых и ширина овальных отверстий
в элементах для пропуска высокопрочных болтов принимаются по
табл.6.3.
Таблица 6.3.
Группа
Номинальный диаметр болта в мм.
16 18 20 22 24 27 30 36 42 48
соединений
Определяющи 17 19 21 23 25 28 32 37 44 50
х геометрию
Не
20
23
25
28
30
33
36
40
45
52
определяющи
Длины овальных
х геометрию
отверстий
в
элементах
для
пропуска
высокопрочных болтов назначают по результатам вычисления
максимальных абсолютных смещений соединяемых деталей для
каждого ФПС по результатам предварительных расчетов при
95

96.

обеспечении
несоприкосновения
болтов
о
края
овальных
отверстий, и назначают на 5 мм больше для каждого возможного
направления смещения.
ФПС следует проектировать возможно более компактными.
Овальные отверстия одной детали пакета ФПС могут быть не
сонаправлены.
Размещение болтов в овальных отверстиях при сборке ФПС
устанавливают с учетом назначения ФПС и направления смещений
соединяемых элементов.
При необходимости в пределах одного овального отверстия
может быть размещено более одного болта.
Все
контактные
поверхности
деталей
ФПС,
являющиеся
внутренними для ФПС, должны быть обработаны грунтовкой ВЖС
83-02-87 после дробеструйной (пескоструйной) очистки.
Не допускается осуществлять подготовку тех поверхностей
деталей ФПС, которые являются внешними поверхностями ФПС.
Диаметр болтов ФПС следует принимать не менее 0,4 от
толщины соединяемых пакета соединяемых деталей.
Во всех случаях несущая способность основных элементов
конструкции, включающей ФПС, должна быть не менее чем на
25%
больше
несущей
способности
ФПС
на
фрикционно-
неподвижной стадии работы ФПС.
Минимально
допустимое
расстояние
от
отверстия до края детали должно составлять:
- вдоль направления смещения >= 50 мм.
- поперек направления смещения >= 100 мм.
96
края
овального

97.

В
соединениях
поверхностями
прокатных
полок
или
профилей
при
с
непараллельными
наличии
непараллельности
наружных плоскостей ФПС должны применяться клиновидные
шайбы, предотвращающие перекос гаек и деформацию резьбы.
Конструкции ФПС и конструкции, обеспечивающие соединение
ФПС с основными элементами сооружения, должны допускать
возможность
ведения
последовательного
не
нарушающего
связности сооружения ремонта ФПС.
6.3. Подготовка контактных поверхностей элементов и
методы контроля.
Рабочие контактные поверхности элементов и деталей ФПС
должны быть подготовлены посредством либо пескоструйной
очистки
в
соответствии
с
указаниями
ВСН
163-76,
либо
дробеструйной очистки в соответствии с указаниями.
Перед обработкой с контактных поверхностей должны быть
удалены заусенцы, а также другие дефекты, препятствующие
плотному прилеганию элементов и деталей ФПС.
Очистка должна производиться в очистных камерах или под
навесом, или на открытой площадке при отсутствии атмосферных
осадков.
Шероховатость
поверхности
очищенного
металла
должна
находиться в пределах 25-50 мкм.
На очищенной поверхности не должно быть пятен масел, воды
и других загрязнений.
97

98.

Очищенные контактные поверхности должны соответствовать
первой степени удаления окислов и обезжиривания по ГОСТ 902274.
Оценка шероховатости контактных поверхностей производится
визуально сравнением с эталоном или другими апробированными
способами оценки шероховатости.
Контроль степени очистки может осуществляться внешним
осмотром поверхности при помощи лупы с увеличением не менее
6-ти
кратного.
Окалина,
ржавчина
и
другие
загрязнения
на
очищенной поверхности при этом не должны быть обнаружены.
Контроль степени обезжиривания осуществляется следующим
образом: на очищенную поверхность наносят 2-3 капли бензина и
выдерживают не менее 15 секунд. К этому участку поверхности
прижимают кусок чистой фильтровальной бумаги и держат до
полного впитывания бензина. На другой кусок фильтровальной
бумаги наносят 2-3 капли бензина. Оба куска выдерживают до
полного испарения бензина. При дневном освещении сравнивают
внешний
вид
обоих
кусков
фильтровальной
бумаги.
Оценку
степени обезжиривания определяют по наличию или отсутствию
масляного пятна на фильтровальной бумаге.
Длительность
перерыва
между
пескоструйной
очисткой
поверхности и ее консервацией не должна превышать 3 часов.
Загрязнения, обнаруженные на очищенных поверхностях, перед
нанесением консервирующей грунтовки ВЖС 83-02-87 должны
быть удалены жидким калиевым стеклом или повторной очисткой.
Результаты проверки качества очистки заносят в журнал.
98

99.

6.4. Приготовление и нанесение протекторной
грунтовки ВЖС 83-02-87. Требования к загрунтованной
поверхности. Методы контроля
Протекторная грунтовка ВЖС 83-02-87 представляет собой
двуупаковочный
лакокрасочный
материал,
состоящий
из
алюмоцинкового сплава в виде пигментной пасты, взятой в
количестве 66,7% по весу, и связующего в виде жидкого калиевого
стекла плотностью 1,25, взятого в количестве 33,3% по весу.
Каждая
партия
документации
на
материалов
должна
соответствие
ТУ.
быть
проверена
Применять
по
материалы,
поступившие без документации завода-изготовителя, запрещается.
Перед смешиванием составляющих протекторную грунтовку
ингредиентов
следует
довести
жидкое
калиевое
стекло
до
необходимой плотности 1,25 добавлением воды.
Для приготовления грунтовки ВЖС 83-02-87 пигментная часть и
связующее тщательно перемешиваются и доводятся до рабочей
вязкости 17-19 сек. при 18-20°С добавлением воды.
Рабочая вязкость грунтовки определяется вискозиметром ВЗ-4
(ГОСТ 9070-59) по методике ГОСТ 17537-72.
Перед
и
во
время
нанесения
следует
перемешивать
приготовленную грунтовку до полного поднятия осадка.
Грунтовка
ВЖС
83-02-87
сохраняет
малярные
свойства
(жизнеспособность) в течение 48 часов.
Грунтовка
помещении.
ВЖС
При
83-02-87
отсутствии
наносится
под
атмосферных
навесом
осадков
грунтовки можно производить на открытых площадках.
99
или
в
нанесение

100.

Температура воздуха при произведении работ по нанесению
грунтовки ВЖС 83-02-87 должна быть не ниже +5°С.
Грунтовка
ВЖС
83-02-87
может
наноситься
методами
пневматического распыления, окраски кистью, окраски терками.
Предпочтение следует отдавать пневматическому распылению.
Грунтовка ВЖС 83-02-87 наносится за два раза по взаимно
перпендикулярным направлениям с промежуточной сушкой между
слоями не менее 2 часов при температуре +18-20°С.
Наносить грунтовку следует равномерным сплошным слоем,
добиваясь окончательной толщины нанесенного покрытия 90-110
мкм. Время нанесения покрытия при естественной сушке при
температуре воздуха 18-20
С составляет 24 часа с момента
нанесения последнего слоя.
Сушка загрунтованных элементов и деталей во избежание
попадания
атмосферных
осадков
и
других
загрязнений
на
невысохшую поверхность должна проводится под навесом.
Потеки, пузыри, морщины, сорность, не прокрашенные места и
другие дефекты не допускаются. Высохшая грунтовка должна
иметь серый матовый цвет, хорошее сцепление (адгезию) с
металлом и не должна давать отлипа.
Контроль
толщины
покрытия
осуществляется
магнитным
толщиномером ИТП-1.
Адгезия определяется методом решетки в соответствии с ГОСТ
15140-69 на контрольных образцах, окрашенных по принятой
технологии одновременно с элементами и деталями конструкций.
100

101.

Результаты проверки качества защитного покрытия заносятся в
Журнал контроля качества подготовки контактных поверхностей
ФПС.
6.4.1 Основные требования по технике безопасности
при работе
с грунтовкой ВЖС 83-02-87
Для обеспечения условий труда необходимо соблюдать:
"Санитарные правила при окрасочных работах с применением
ручных распылителей" (Министерство здравоохранения СССР, №
991-72)
"Инструкцию
оборудования
по
санитарному
производственных
содержанию
предприятий"
помещений
и
(Министерство
здравоохранения СССР, 1967 г.).
При
пневматическом
увеличения
методе
туманообразования
распыления,
во
и
лакокрасочного
расхода
избежание
материала, должен строго соблюдаться режим окраски. Окраску
следует производить в респираторе и защитных очках. Во время
окрашивания
в
располагаться
таким
материала
имела
закрытых
помещениях
образом,
направление
чтобы
струя
маляр
должен
лакокрасочного
преимущественно
в
сторону
воздухозаборного отверстия вытяжного зонта. При работе на
открытых площадках маляр должен расположить окрашиваемые
изделия так, чтобы ветер не относил распыляемый материал в его
сторону и в сторону работающих вблизи людей.
101

102.

Воздушная магистраль и окрасочная аппаратура должны быть
оборудованы
редукторами
давления
и
манометрами.
Перед
началом работы маляр должен проверить герметичность шлангов,
исправность
окрасочной
надежность
аппаратуры
присоединения
и
инструмента,
воздушных
а
также
шлангов
к
краскораспределителю и воздушной сети. Краскораспределители,
кисти и терки в конце рабочей смены необходимо тщательно
очищать и промывать от остатков грунтовки.
На каждом бидоне, банке и другой таре с пигментной частью и
связующим должна быть наклейка или бирка с точным названием
и обозначением этих материалов. Тара должна быть исправной с
плотно закрывающейся крышкой.
При приготовлении и нанесении грунтовки ВЖС 83-02-87 нужно
соблюдать
осторожность
и
не
допускать
ее
попадания
на
слизистые оболочки глаз и дыхательных путей.
Рабочие
и
ИТР,
работающие
на
участке
консервации,
допускаются к работе только после ознакомления с настоящими
рекомендациями, проведения инструктажа и проверки знаний по
технике
безопасности.
На
участке
консервации
и
в
краскозаготовительном помещении не разрешается работать без
спецодежды.
Категорически запрещается прием пищи во время работы. При
попадании составных частей грунтовки или самой грунтовки на
слизистые оболочки глаз или дыхательных путей необходимо
обильно промыть загрязненные места.
102

103.

6.4.2 Транспортировка и хранение элементов и
деталей, законсервированных грунтовкой
ВЖС 83-02-87
Укладывать, хранить и транспортировать законсервированные
элементы и детали нужно так, чтобы исключить возможность
механического повреждения и загрязнения законсервированных
поверхностей.
Собирать можно только те элементы и детали, у которых
защитное покрытие контактных поверхностей полностью высохло.
Высохшее
защитное
должно иметь
покрытие
загрязнений,
контактных
масляных
поверхностей
не
пятен и механических
повреждений.
При
наличии
поверхности
загрязнений
должны
и
быть
масляных
обезжирены.
пятен
контактные
Обезжиривание
контактных поверхностей, законсервированных ВЖС 83-02-87,
можно производить водным раствором жидкого калиевого стекла с
последующей
промывкой
водой
и
просушиванием.
Места
механических повреждений после обезжиривания должны быть
подконсервированы.
6.5. Подготовка и нанесение антифрикционного
покрытия на опорные поверхности шайб
Производится очистка только одной опорной поверхности шайб
в дробеструйной камере каленой дробью крупностью не более 0,1
мм. На отдробеструенную поверхность шайб методом плазменного
напыления наносится подложка из интерметаллида ПН851015
103

104.

толщиной . …..м. На подложку из интерметаллида ПН851015
методом
плазменного
напыления
наносится
несущий
слой
оловянистой бронзы БРОФ10-8. На несущий слой оловянистой
бронзы БРОФ10-8 наносится способом лужения припой ПОС-60 до
полного покрытия несущего слоя бронзы.
6.6. Сборка ФПС
Сборка
ФПС
проводится
с
использованием
шайб
с
фрикционным покрытием одной из поверхностей, при постановке
болтов следует располагать шайбы обработанными поверхностями
внутрь ФПС.
Запрещается очищать внешние поверхности внешних деталей
ФПС.
Рекомендуется
использование
неочищенных
внешних
поверхностей внешних деталей ФПС.
Каждый болт должен иметь две шайбы (одну под головкой,
другую под гайкой). Болты и гайки должны быть очищены от
консервирующей смазки, грязи и ржавчины, например, промыты
керосином и высушены.
Резьба болтов должна быть прогнана путем провертывания
гайки от руки на всю длину резьбы. Перед навинчиванием гайки ее
резьба должна быть покрыта легким слоем консистентной смазки.
Рекомендуется следующий порядок сборки:
совмещают отверстия в деталях и фиксируют их взаимное
положение;
устанавливают
гайковертами
на
болты
90%
от
и
осуществляют
проектного
их
усилия.
натяжение
При
сборке
многоболтового ФПС установку болтов рекомендуется начать с
104

105.

болта находящегося в центре тяжести поля установки болтов, и
продолжать установку от центра к границам поля установки
болтов;
после
проверки
плотности
стягивания
ФПС
производят
герметизацию ФПС;
болты
затягиваются
до
нормативных
усилий
натяжения
динамометрическим ключом.
Поступила в редакцию газеты «Земля России» 31 декабря 2020 г.
Об авторах: Мажиев Хасан Нажоеевич- ученый секретарь кафедры ТСМиМ
, ктн, доцент СПб ГАСУ (удостоверение № 8302 СПб ГАСУ /ЛИСИ), президент «Сейсмофонда» ),190005,
Санкт-Петербург,ул Красноармейская ул д. 4 СПбГАСУ [email protected]
Аубакирова Ирина Утарбаевна ученый секретарь кафедры ТСМиМ, ктн ,
доцент СПб ГАСУ 190005, Санкт-Петербург,ул Красноармейская ул д. 4
СПбГАСУ [email protected]
Коваленко Елена Ивановна инж- патентовед, инженер-механик, научный
консультант СПб ГАСУ [email protected]
Репин Сергей Владимирович – научный консультант [email protected]
105

106.

106

107.

Restraint anti-wind and anti-seismic friction damping device
107

108.

Ссылка на эту страницу
TW201400676 (A) - Restraint anti-wind and anti-seismic friction damping
device
Изобретатель(и):
CHANGCHIEN JIA-SHANG [TW] +
Заявитель(и):
CHANGCHIEN JIA-SHANG [TW] +
- международной (МПК): E04B1/98; F16F15/10
Индекс(ы) по классификации:
- cooperative:
Номер заявки:
TW20120121816 20120618
Номера приоритетных
документов:
TW20120121816 20120618
TW201400676 (A) ― 2014-01-01
108

109.

Библиографические данные: TW201400676 (A) ―
2014-01-01
|
В список выбранных документов
|
EP Register
|
Сообщить об ошибке
|
Печать
Restraint anti-wind and anti-seismic friction damping device
Ссылка на эту страницу
Изобретатель(и):
Заявитель(и):
Индекс(ы) по классификации:
Номер заявки:
Номера приоритетных
документов:
TW201400676 (A) - Restraint anti-wind and anti-seismic friction
damping device
CHANGCHIEN JIA-SHANG [TW] +
CHANGCHIEN JIA-SHANG [TW] +
- международной (МПК): E04B1/98; F16F15/10
- cooperative:
TW20120121816 20120618
TW20120121816 20120618
Реферат документа TW201400676 (A)
Перевести этот текст Tooltip
The present invention relates to a restraint anti-wind and anti-seismic friction damping device, which comprises
main axial base, supporting cushion block, a plurality of frictional damping segments, and a plurality of outer
covering plates. The main axial base is radially protruded with plural wings from the axial center thereof to the
external. Those wings are provided with a longitudinal trench, respectively. The supporting cushion block is
arranged between every two wings. The friction damping segments are fitted between the wing and the
supporting cushion block. The outer covering plates are arranged in an orientation perpendicular to the protruding
direction of the wing at the outmost of the overall device. Besides, a locking element passes through and securely
lock the two outer covering plates relative to each other; in the meantime, m the locking element may pass
through one supporting cushion block, one friction damping segment, the longitudinal trench of one wing, the
other friction damping segment and the other supporting cushion block in sequence. The main axial base and
those outer covering plates can be fixed to two adjacent constructions at one end thereof, respectively. As a
result, as wind force or force of vibration is exerted on the two constructions to allow the main axial base and the
outer covering plates to relatively displace, plural sliding
109 friction interfaces may be generated by the friction
damping segments fitted on both sides of each wing so as to substantially increase the designed capacity of the
damping device.

110.

0676 (A)
Перевести этот текст Tooltip
The present invention relates to a restraint anti-wind and anti-seismic friction damping device, which comprises main
axial base, supporting cushion block, a plurality of frictional damping segments, and a plurality of outer covering plates.
The main axial base is radially protruded with plural wings from the axial center thereof to the external. Those wings are
provided with a longitudinal trench, respectively. The supporting cushion block is arranged between every two wings. The
friction damping segments are fitted between the wing and the supporting cushion block. The outer covering plates are
arranged in an orientation perpendicular to the protruding direction of the wing at the outmost of the overall device.
Besides, a locking element passes through and securely lock the two outer covering plates relative to each other; in the
meantime, m the locking element may pass through one supporting cushion block, one friction damping segment, the
longitudinal trench of one wing, the other friction damping segment and the other supporting cushion block in sequence.
The main axial base and those outer covering plates can be fixed to two adjacent constructions at one end thereof,
respectively. As a result, as wind force or force of vibration is exerted on the two constructions to allow the main axial
base and the outer covering plates to relatively displace, plural sliding friction interfaces may be generated by the friction
damping segments fitted on both sides of each wing so as to substantially increase the designed capacity of the damping
device.
110

111.

111

112.

112

113.

113

114.

114

115.

115

116.

116

117.

117

118.

118

119.

119

120.

120

121.

121

122.

122

123.

123

124.

124

125.

125

126.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU 2010136746
(11)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
2010
(13)
A
(51) МПК
E04C 2/00 (2006.01)
(12)
ЗАЯВКА НА ИЗОБРЕТЕНИЕ
Состояние делопроизводства: Экспертиза завершена (последнее изменение статуса: 02.10.2013)
(21)(22) Заявка: 2010136746/03, 01.09.2010
(71) Заявитель(и):
Открытое акционерное общество "Теплант" (RU)
Приоритет(ы):
(72) Автор(ы):
(22) Дата подачи заявки: 01.09.2010
Подгорный Олег Александрович (RU),
(43) Дата публикации заявки: 20.01.2013 Бюл. № 2
Акифьев Александр Анатольевич (RU),
Тихонов Вячеслав Юрьевич (RU),
Адрес для переписки:
Родионов Владимир Викторович (RU),
443004, г.Самара, ул.Заводская, 5, ОАО "Теплант"
Гусев Михаил Владимирович (RU),
Коваленко Александр Иванович (RU)
(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СДВИГОУСТОЙЧИВЫХ И
ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ СИСТЕМУ ДЕМПФИРОВАНИЯ ФРИКЦИОННО СТИ И
СЕЙСМОИЗОЛЯЦИЮ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
(57) Формула изобретения
126

127.

1. Способ защиты здания от разрушений при взрыве или землетрясении, включающий выполнение
проема/проемов рассчитанной площади для снижения до допустимой величины взрывного давления,
возникающего во взрывоопасных помещениях при аварийных внутренних взрывах, отличающийся тем, что
в объеме каждого проема организуют зону, представленную в виде одной или нескольки х полостей,
ограниченных эластичным огнестойким материалом и установленных на легкосбрасываемых фрикционных
соединениях при избыточном давлении воздухом и землетрясении, при этом обеспечивают плотную
посадку полости/полостей во всем объеме проема, а в момент взрыва и землетрясения под действием
взрывного давления обеспечивают изгибающий момент полости/полостей и осуществляют их выброс из
проема и соскальзывают с болтового соединения за счет ослабленной подпиленной гайки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что «сэндвич»-панели, щитовые панели смонтированы на
высокоподатливых с высокой степенью подвижности фрикционных, скользящих соединениях с сухим
трением с включением в работу фрикционных гибких стальных затяжек диафрагм жесткости, состоящих из
стальных регулируемых натяжений затяжек сухим трением и повышенной подвижности, позволяющие
перемещаться перекрытиям и «сэндвич»-панелям в горизонтали в районе перекрытия 115 мм, т.е. до 12
см, по максимальному отклонению от вертикали 65 мм, т.е. до 7 см (подъем пятки на уровне фундамента),
не подвергая разрушению и обрушению конструкции при аварийных взрывах и сильных землетрясениях.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждая «сэндвич»-панель крепится на сдвигоустойчивых
соединениях со свинцовой, медной или зубчатой шайбой, которая распределяет одинаковое напряжение
на все четыре-восемь гаек и способствует одновременному поглощению сейсмической и взрывной
энергии, не позволяя разрушиться основным несущим конструкциям здания, уменьшая вес здания и
амплитуду колебания здания.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что за счет новой конструкции сдвигоустойчивого податливого
соединения на шарнирных узлах и гибких диафрагмах «сэндвич»-панели могут монтироваться как
самонесущие без стального каркаса для малоэтажных зданий и сооружений.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что система демпфирования и фрикционности и поглощения
сейсмической энергии может определить величину горизонтального и вертикального перемещения
«сэндвич»-панели и определить ее несущую способность при землетрясении или взрыве прямо на
строительной площадке, пригрузив «сэндвич»-панель и создавая расчетное перемещение по вертикали
лебедкой с испытанием на сдвиг и перемещение до землетрясения и аварийного взрыва прямо при
монтаже здания и сооружения.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что расчетные опасные перемещения определяются, проверяются
и затем испытываются на программном комплексе ВК SCAD 7/31 r5, ABAQUS 6.9, MONOMAX 4.2, ANSYS,
PLAKSIS, STARK ES 2006, SoliddWorks 2008, Ing+2006, FondationPL 3d, SivilFe m 10, STAAD.Pro, а затем на
испытательном при объектном строительном полигоне прямо на строительной площадке испытываются
фрагменты и узлы, и проверяются экспериментальным путем допустимые расчетные перемещения
строительных конструкций (стеновых «сэндвич»-панелей, щитовых деревянных панелей, колонн,
перекрытий, перегородок) на возможные при аварийном взрыве и при землетрясении более 9 баллов
перемещение по методике разработанной испытательным центром ОО «Сейсмофонд» - «Защита и
безопасность городов».
127

128.

128

129.

Материалы научного сообщения, изобретения, специальные технические условия, альбомы , чертежи,
лабораторные испытания : о новых конструктивных решениях виброгасящей демпфирующей
сейсмоизоляции, используемые в США и Канаде фирмой STAR SEIMIC , на основе изобретений проф дтн
ПГУП А.М.Уздина №№ 1143895, 1168755, 1174616, 165076 «Опора сейсмостойкая», 154505 «Панель
противовзрывная», № 2010136746 «Способ защиты зданий и сооружений при взрыве с использованием
сдвигоустойчивых и легко сбрасываемых соединений , использующие систему демпфирования
фрикционности и сейсмоизоляцию для поглощения взрывной и сейсмической энергии» , хранятся на Кафедре
металлических и деревянных конструкций 190005, Санкт-Петербург, 2-я , Красноармейская ул., д. 4, СПб ГАСУ
у заведующий кафедрой металлических и деревянных конструкций , дтн проф ЧЕРНЫХ Александр Григорьевич
строительный факультет [email protected] [email protected] [email protected]
Подтверждение компетентности организации «Сейсмофонд» при СПб
ГАСУ https://pub.fsa.gov.ru/ral/view/13060/applicant
ASSESSMENT OF THE SEISMIC RESISTANCE OF the installation of domestic wastewater treatment of sewage treatment
plants "Hermes Group" WITH SEISMIC PROTECTION IN THE FORM OF DAMPING vibration-damping SEISMIC INSULATION
FROM EARTHQUAKE-RESISTANT SUPPORTS ACCORDING TO INVENTION No. 165076 "Earthquake-resistant support" on
friction-movable bolted connections and their software implementation in SCAD Office
129