Проектные решения применении шарнирной виброгасящей сейсмоизоляции и демпфирующих ограничителей перемещений

1.

Проектные решения применении шарнирной виброгасящей
сейсмоизоляции типа «гармошка» ( по изобретению УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КазГАСУ №
2382151 Е04 B 1 58 поворачивающее шарнирное соединение колонны с ригелем )
и демпфирующих
ограничителей перемещений ( по изобретению изобретение № 165076
«Опора сейсмостойкая» на фланцевых фрикционо-подвижных болтовых
соединениях, для обеспечения сейсмостойкости установки очистки
хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес Групп» и их программная
реализация в SCAD Office
Испытательного центра СПбГАСУ, аккредитован Федеральной службой по аккредитации (аттестат №
RA.RU.21СТ39, выдан 27.05.2015), Организация "Сейсмофонд" ОГРН: 1022000000824 4 ИНН 2014000780
уеный секретарь
кафедры ТСМи М СПбГАСУ ктн доцент И.У.Аубакирова
От ФГБОУ СПб ГАСУ № RA.RU.21СТ39 от 27.05.2015, 190005, СПб, 2-я Красноармейская ул. д 4,
Инж –мех ЛПИ им Калинина Е.И.Коваленко, зам президента организации «Сейсмофонд»
ОГРН : 1022000000824
ИНН 2014000780 [email protected]
( ШИФР 1.010.1-2с.94, выпуск 0-1, утвержден Главпроектом Мистрой России, письмо от 21.09.94 ; 9-3-1/130 за подписью Д.А.Сергеева, исп.
Барсуков 930-54-87 согласно письма Минстроя № 9-3-1/199 от 26.12.94 и письма № 9-2-1/130 от 21.09.94
Мажиев Хасан Нажоевич Президент организации «Сейсмофонд»
)
ОГРН : 1022000000824 ИНН 2014000780 [email protected]
Научные консультанты от СПб ГАСУ , ПГУПС : Х.Н.Мажиев, ученый секретарь
кафедры ТСМиМ СПб ГАСУ , заместитель руководителя ИЦ «СПб ГАСУ» Ирина
Утарбаевна Аубакирова [email protected] ИНН 2014000780
Изобретатель СССР Андреев Борис Александрович, автор конструктивного
решения по использованию фрикционно -демпфирующих опор с

2.

зафиксированными запорными элементов в штоке, по линии ударной нагрузки
, согласно изобретения № 165076 «Опора сейсмостойкая» для обеспечения
надежности технологических трубопроводов , преимущественно при
растягивающих и динамических нагрузках и улучшения демпфирующих
свойств технологических трубопроводов , согласно изобретениям проф ПГУПС
дтн проф Уздина А М №№ 1168755, 1174616, 1143895 и внедренные в США
Автор отечественной фрикционо- кинематической,
демпфирующей сейсмоизоляции и системы поглощения и
рассеивания сейсмической и взрывной энергии проф дтн ПГУПC
Уздин А М
Shinkiсhi Suzuki -Президент фирмы Kawakin Япония , внедрил в Японии
фрикционо- кинематические, демпфирующие системы
сейсмоизоляции и конструктивные решения по применении шарнирной,
виброгасящей сейсмоизоляции, типа «гармошка» с системой
поглощения и рассеивания сейсмической энергии проф дтн
ПГУПC Уздин А М в Японии, США , Тайване и Европе
УДК 624.042.8:699.841

3.

Аннотация. Проведен краткий обзор сейсмоизолирующих элементов
здания, дано описание математических моделей, содержащих характер
работы опор, а также методы расчета на сейсмическое воздействие. Для
расчета здания был выбран тип сейсмоизоляторов — шарнирные опоры,
по изобретению № 165076 «Опора сейсмостойкая» и опоры «гармошка» с
пластическим шарниром . В программном комплексе «SCAD»
замоделировано воздействие землетрясения на установки очистки
хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в
соответствии с техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015 и
предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов без и при наличии демпфирующих виброгасящих
элементов в конструкции — шарнирных сейсмоизолирующих опор.
Выполнены расчеты и проведена оценка эффективности использования
данных шарнирных опор. На основе подбора реологических свойств
используемой резины определены оптимальные параметры опор, при
которых нагрузки на конструкцию установки очистки хозяйственно-бытовых
сточных вод КОС «Гермес Групп», предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов здания ниже критических. Приведена оценка
надежности работы элементов здания с системой сейсмоизоляции в виде
шарнирных опор. К недостаткам примененных опор относится
возникновение значительных перемещений при большепериодных
сейсмических воздействиях, для устранения которых, возможно, следует
применять систему из шарнирных опор в сочетании с другими
средствами сейсмозащиты.
Ключевые слова: система сейсмозащиты, шарнирная сейсмоизолирующая
опора, сейсмоизоляторы, демпфирование, линейно-спектральный метод,
оценка надежности.
Системы сейсмоизоляции отличаются большим разнообразием
конструктивных решений и исполнений, каждое из которых обладает
своими достоинствами и недостатками. Из анализа современных методов
сейсмозащиты зданий можно сделать вывод о том, что сейсмоизоляция
канализационных очистных сооружений «Гермес Групп», выполненная на
основе шарнирных упругих, антифрикционных и пластичных материалов,
представляет наибольший интерес.
В настоящее время система шарнирных сейсмоизолирующих опор (ШСО)
по технико-экономическим показателям наиболее обоснована . Кроме
того, одним из способов сейсмической защиты зданий является
использование упругих шарнирных опор .

4.

Шарнирные (гармошка) опоры можно классифицировать:
• в зависимости от демпфирующих характеристик;
• по типу конструктивного решения;
• по несущей способности.
Шарнирные сейсмоизолирующие опоры представляют собой слоистую
конструкцию, изготовленную из высококачественной стали с прорезями
(ослаблением в шахматном порядке болгаркой ) стальных пластин (рис. 1).

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

Рис 1 Шарнирные антисейсмические опоры (ШСО –шарнирные
сейсмоизолирующие опоры ) с пластическим шарниром по линии нагрузки
по изобретению УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КазГАСУ номер изобретения 2382151 Е04 B 1 58 поворачивается шарнир
соединение колонны с ригелем шарнирное
В строительстве сегодня наиболее часто используются для
сейсмоизоляции объектов три типа таких опор : с низким
демпфированием и дополнительными демпферами; с повышенным
демпфированием; со свинцовым сердечником. В соответствии с
конструкцией здания сейсмоизоляторы располагаются между
фундаментом и основными несущими элементами конструкции.
Описание моделей и методов расчета
Для расчета зданий с системой сейсмоизоляции, скомпонованной из
ШСО, необходимо разработать математическую модель, описывающую
характер работы опоры. В настоящее время имеется большое количество
таких идеализированных моделей, которые можно разбить на следующие
типы: нелинейные, линейные и билинейные.
В работе выполнен сравнительный анализ названных моделей и сделан
вывод о том, что нелинейная модель является наиболее подходящей для
описания фактической диаграммы работы ШСО. Идеализированные
линейная и билинейная модели имеют значительные расхождения с
действительными результатами .

14.

Для оценки надежности канализационных очистных сооружений с
системой сейсмоизоляции в виде ШСО необходимо выбрать метод и
задать сейсмическое воздействие для подготовленной расчетной модели.
Линейно-спектральный метод анализа используется в большинстве
известных программных комплексов по расчету строительных
конструкций и представлен в СП 14.13330.2014 «СНиП II-7-81*
Строительство в сейсмических районах».
Сегодня применяются различные методы генерации расчетных
сейсмических воздействий. В статье приведено сравнение методов
построения синтезированных акселерограмм и рассматриваются два
основных подхода: детерминистский и полуэмпирический. На основании
выполненных исследований предлагается в условиях ограниченной
изученности строительной площадки использовать детерминистский
подход к синтезированию акселерограмм. Этот метод дает достаточно
достоверные результаты, так как охватывает несущие периоды
колебаний грунтовой толщи площадки строительства.
В том случае если имеется запись уже произошедшего землетрясения, то
наиболее предпочтителен полуэмпирический метод моделирования
синтезированных акселерограмм, поскольку в качестве исходной
информации используется не набор случайных чисел, как в
детерминистском подходе, а реальные данные землетрясения.
Расчет канализационных очистных сооружений на сейсмическое
воздействие
В России около 20 % территории находится в сейсмоопасных зонах. В XX
в. здесь произошло более 40 разрушительных землетрясений. С начала
1960-х гг. считалось, что крупнопанельные и каркасно-панельные здания,
запроектированные с учетом равномерного распределения жесткостей и
при надежном обеспечении связи между панелями, относятся к наиболее
сейсмостойким зданиям . Изучение последствий землетрясений,
произошедших во всем мире, показывает, что именно крупнопанельные
здания хорошо сопротивляются сейсмическим воздействиям . Кроме того,
расчетный срок службы канализационных очистных сооружений «Гермес
Групп» (не более 100 лет) вполне соответствует их фактической
надежности и долговечности.

15.

Поэтому при выполнении расчетов особое внимание было уделено зданиям
такого типа, которые возводятся в основном в Крыму и соседних
областях.
Учитывалось, что Восточно-Европейская равнина характеризуется
относительно слабой сейсмичностью и очень редко возникающими здесь
местными землетрясениями с интенсивностью в эпицентре до 6—7
баллов. Такие явления известны, например, в районе городов Альметьевск
(землетрясения в 1914 и 1986 гг.), Елабуга (1851 г., 1989 г.), Вятка (1897 г.),
Сыктывкар (1939 г.), Верхний Устюг (1829 г.). Аналогичные по силе
землетрясения возникают на Среднем Урале, в Предуралье, Приазовье,
Поволжье, в районе Воронежского массива. На Кольском полуострове и
сопредельной с ним территории отмечены и более крупные сейсмические
события (Белое море, Кандалакша, 1626 г., 8 баллов).
Относительно недавними сейсмическими событиями, во время которых
сотрясения в Москве достигали интенсивности 3—4 балла, были
Карпатские землетрясения 1940, 1977, 1986 и 1990 гг. В последнем случае
ощущались два толчка — 30 и 31 мая.

16.

Рис. 2. Общий вид 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
На установку очистки хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес
Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими условиями ТУ 4859-02269211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов , интенсивность колебаний достигала 5—6 баллов,
поскольку с увеличением высоты здания колебания всегда усиливаются за
счет его раскачивания. Особенно часто это наблюдается при
низкочастотных (плавных) сейсмических колебаниях от удаленных очагов
сильных землетрясений (высокие частоты быстро затухают с
расстоянием). Например, при относительно плавных сейсмических
колебаниях в юго-западном районе Москвы при Карпатском землетрясении
1977 г. в железобетонном здании башенного типа на 24-м этаже
наблюдались заметные повреждения в виде небольших трещин на стыке
стен и потолков. Сообщалось также, что шпиль Московского
университета на Воробьевых горах раскачивался с амплитудой до 2 м.

17.

Вместе с тем такие и даже более интенсивные (до 7 баллов) сейсмические
воздействия на здания повышенной этажности соизмеримы с ветровыми
нагрузками, которые учитываются при проектировании и строительстве
таких сооружений .
Для установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес
Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими условиями ТУ 4859-02269211495-2015, предназначенные для сейсмоопасных районов с
сейсмичностью до 9 баллов, преимущество имеют схемы с продольными и
поперечными несущими стенами. При этом должна быть обеспечена их
совместная работа с конструкциями перекрытий. В этой связи для
моделирования работы системы сейсмоизоляции были проведены расчеты
воздействия землетрясения на модель 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 с ШСО. Ускорения грунта приняты такими,
чтобы их максимальные абсолютные значения по горизонтальным осям
составляли 3 м/с2, что соответствует землетрясению с магнитудой,
равной 7 баллам по шкале Рихтера. Ускорения колебаний грунта во
времени моделируются в виде нестационарного случайного процесса с
нормальным распределением плотности вероятности. В качестве
системы сейсмозащиты КОС были выбраны шарнирные опоры , типа
пластический шарнир из «гармошки»
Эффективность системы сейсмозащиты была оценена в результате
расчета с использованием программного комплекса «SCAD», который
позволяет определить поведение здания под воздействием сейсмической
нагрузки.
Для моделирования ШСО имеются специальные элементы упругих связей
— одно- и двухузловые конечные элементы (маятниковых) упругих связей с
учетом предельных усилий. Регулируя их свойства можно изменять
параметры элемента и тем самым подбирать оптимальные. Указанные
специальные ограничителей перемещений (ОП )по изобретению № 165076
«Опора сейсмостойкая» , располагаются в соответствии с планом
размещения ШСО и вводятся в уровне фундамента канализационных
очистных сооружений «Гермес Групп» в местах стыковки с несущими
строительными конструкциями.

18.

Моделирование 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 с горизонтальными элементами выполнено с
помощью инструмента объединения перемещений узлов через группу узлов
с добавлением зазора между КОС. Установка 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, замоделированы с использованием пластинчатых
элементов согласно рекомендациям .
Нагрузки от собственного веса строительных конструкций, в том числе и
полезные, заданы статическими на перекрытия здания. Загружение
установки очистки хозяйственно-бытовых сточных вод КОС «Гермес
Групп»,изготавливаемые в соответствии с техническими условиями ТУ 4859-02269211495-2015, с динамической нагрузкой осуществлялось на основании
заданного ускорения колебания грунта и с учетом работ . Расчет
произведен линейно-спектральным методом.
Для ШСО применялась модель, которая позволила на основе выполненных
расчетов уточнить оптимальные характеристики опоры — реологические
свойства использованной и применения шарнирной виброгасящей
сейсмоизоляции с пластическим шарниром , обеспечивающие изначально
заданное снижение максимальных напряжений в элементах конструкции
здания в 2—3 раза (в зависимости от расположения) по сравнению с
моделью здания без ШСО. Полученные характеристики опоры
сравнивались с рекомендуемыми аналогичными опорами .
Вывод
На основании выполненного расчета и полученных амплитуд ускорений
для одного и того же узла обеих моделей (с пластическим
сейсмоизолирующим шарниром и сейсмоизолирующими опорами и без
них), расположенного в верхней точке 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, , можно сделать положительное заключение об
эффективности работы ШСО с уточненными (подобранными)
техническими характеристиками для установки очистки хозяйственнобытовых сточных вод КОС «Гермес Групп»,изготавливаемые в соответствии с
техническими условиями ТУ 4859-022-69211495-2015, предназначенные для
сейсмоопасных районов с

19.

сейсмичностью до 9 баллов, данной конструктивной схемы и высотности в
условиях поставленной задачи. К недостаткам примененных ШСО
относится возникновение значительных перемещений при
большепериодных сейсмических воздействиях. Для устранения этого
недостатка систему из ШСО, возможно, следует применять в сочетании
с другими средствами сейсмозащиты.
Приложение к научной публикации УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КазГАСУ номер изобретения 2382151 Е04 B 1 58 сейсмофонд Коваленко
поворачивается шарнир соединение колонны с ригелем шарнирное
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19) RU
(11) 2382151
(13) C1
(51) МПК
E04B1/58 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 08.12.2010 - действует
(21), (22) Заявка: 2008149203/03, 12.12.2008
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
12.12.2008
(46) Опубликовано: 20.02.2010
(72) Автор(ы):
Ефимов Олег Иванович (RU),
Хайбуллова Елена Вячеславовна (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования Казанский государственный архитектурностроительный университет ФГОУ ВПО КазГАСУ (RU)
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ФАЙБИШЕНКО В.К. Металлические конструкции. - М.:
Стройиздат, 1984, с.75, рис.52в. RU 2208098 C1, 10.07.2003. US
5680738 A, 28.10.1997.
Адрес для переписки:
420043, г.Казань, Зеленая, 1, КГАСУ, ПИО, Ф.И. Давлетбаевой
(54) УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области строительства, в частности к узлу соединения. Технический результат заключается в увеличении
несущей способности сварных швов и снижении кручения несущей конструкции. Узел соединения включает несущую конструкцию и конец
балки, соединенные при помощи листовых накладок. Накладки прикреплены вертикальными сварными швами к несущей конструкции и
стенке конца балки. Вертикальные сварные швы по стенке конца балки выполнены на участке (0,5÷0,65)h, где h - высота листовой
накладки. Центральная зона накладки на участке (0,7÷0,85)h имеет расположенные в шахматном порядке прорези. 3 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в узлах соединения балок балочных клеток покрытий и
перекрытий, а также в связевых каркасах в узлах соединения балок с колоннами.
Известен узел соединения балок балочной клетки, где конец балки устанавливается непосредственно на несущую балку (Металлические
конструкции: Учеб. пособие для вузов./ Файбишенко В.К. - М.: Стройиздат, 1984. Стр.75, рис.52.а).
Недостаток этого узла состоит в большой строительной высоте балочной клетки.
Известен узел соединения балок балочной клетки, в котором на несущей балке укреплен листовой опорный столик, а конец балки
снабжен опорным ребром («ножевое» опирание) (Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие

20.

для строит. вузов/ В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В.Филиппов и др. Под ред. В.В.Горева. - М.: Высш. шк., 1997. Стр.460, рис.8.3.б).
Недостатками этой конструкции узла являются сложность и значительная трудоемкость изготовления, необходимость в точном монтаже
несущей балки и точном изготовлении опирающейся балки по длине.
Наиболее близким по техническому решению является сварной узел соединения балок балочной клетки, где на несущую балку опирается
конец балки посредством листовых накладок (Металлические конструкции: Учеб. пособие для вузов./ Файбишенко В.К. - М.: Стройиздат,
1984. Стр.75, рис.52.в).
Недостатками этого узла являются нежелательное кручение несущей балки и непредсказуемая упругопластическая работа материала
листовых накладок. Последнее приводит к отсутствию «полного» шарнира в узле, что отрицательно сказывается на работе сварных швов.
Изобретение направлено на увеличение несущей способности сварных швов и снижение кручения несущей конструкции за счет
обеспечения наиболее «полного» шарнира в узле ее соединения с концом балки без привлечения дополнительных деталей и устройств.
Это достигается тем, что в узле соединения, включающем несущую конструкцию и конец балки, соединенные при помощи листовых
накладок, прикрепленных вертикальными сварными швами к несущей конструкции и стенке конца балки, согласно изобретению
вертикальные сварные швы по стенке конца балки выполнены на участке (0,5÷0,65)h, где h - высота листовой накладки, а центральная
зона листовой накладки на участке (0,7÷0,85)h имеет расположенные в шахматном порядке прорези.
На фиг.1 и фиг.2 изображен узел соединения. На фиг.3 - листовая накладка с прорезями.
Узел соединения состоит из несущей конструкции 1 с присоединенными к ней при помощи вертикальных сварных швов 2 листовыми
накладками 3 высотой h, к которым вертикальными сварными швами 4 длиной (0,5÷0,65)h присоединена стенка конца балки 5. При длине
вертикальных сварных швов 4 менее 0,5h ее может быть недостаточно для восприятия перерезывающей силы, а при длине более 0,65h не обеспечивается более «полный» шарнир в узле. Сварные швы 4 расположены в середине листовой накладки 3, которая в центральной
части на участке (0,7÷0,85)h имеет расположенные в шахматном порядке прорези 6. При размере участка менее 0,7h не обеспечивается
более «полный» шарнир в узле, а при размере участка более 0,85h не обеспечивается прочность сплошных зон по горизонтальным краям
листовых накладок 3.
Размеры прорезей и их шаг в обоих направлениях определяется прочностным расчетом листовых накладок при условии упругой работы
их материала.
Работа узла происходит следующим образом. При приложении поперечной нагрузки конец балки 5 поворачивается вместе со сварными
швами 4, при этом листовые накладки 3 не препятствуют повороту, так как имеющиеся в них прорези 6, расположенные в растянутой зоне
конца балки 5, расширяются, а в сжатой - сужаются, что обеспечивает более «полный» шарнир в соединении несущей конструкции и
конца балки. Этим достигается благоприятная работа сварных швов и узла в целом.
Формула изобретения
Узел соединения, включающий несущую конструкцию и конец балки, соединенные при помощи листовых накладок, прикрепленных
вертикальными сварными швами к несущей конструкции и стенке конца балки, отличающийся тем, что вертикальные сварные швы по
стенке конца балки выполнены на участке (0,5÷0,65)h, где h - высота листовой накладки, а центральная зона листовой накладки на
участке (0,7÷0,85)h имеет расположенные в шахматном порядке прорези.
РИСУНКИ
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
(13)

21.

СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ
ЗНАКАМ
C1
(51) МПК
E04B
1/58 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: не действует (последнее изменение статуса: 17.12.2013)
(21)(22) Заявка: 2008149203/03, 12.12.2008
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
12.12.2008
(45) Опубликовано: 20.02.2010 Бюл. № 5
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ФАЙБИШЕНКО В.К. Металлические конструкции. - М.:
Стройиздат, 1984, с.75, рис.52в. RU 2208098 C1, 10.07.2003. US
5680738 A, 28.10.1997.
Адрес для переписки:
420043, г.Казань, Зеленая, 1, КГАСУ, ПИО, Ф.И. Давлетбаевой
(72) Автор(ы):
Ефимов Оле
Хайбуллова Е
(73) Патентооб
Федеральное
образовател
профессиона
государствен
строительн
КазГАСУ (RU
(54) УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области строительства, в частности к узлу
соединения. Технический результат заключается в увеличении несущей
способности сварных швов и снижении кручения несущей конструкции. Узел
соединения включает несущую конструкцию и конец балки, соединенные при
помощи листовых накладок. Накладки прикреплены вертикальными сварными
швами к несущей конструкции и стенке конца балки. Вертикальные сварные швы
по стенке конца балки выполнены на участке (0,5÷0,65)h, где h - высота листовой
накладки. Центральная зона накладки на участке (0,7÷0,85)h имеет
расположенные в шахматном порядке прорези. 3 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано
в узлах соединения балок балочных клеток покрытий и перекрытий, а также в
связевых каркасах в узлах соединения балок с колоннами.
Известен узел соединения балок балочной клетки, где конец балки
устанавливается непосредственно на несущую балку (Металлические конструк ции:
Учеб. пособие для вузов./ Файбишенко В.К. - М.: Стройиздат, 1984. Стр.75,
рис.52.а).
Недостаток этого узла состоит в большой строительной высоте балочной
клетки.
Известен узел соединения балок балочной клетки, в котором на несущей балке
укреплен листовой опорный столик, а конец балки снабжен опорным ребром
(«ножевое» опирание) (Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы
стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов/ В.В.Горев, Б.Ю.Уваров,
В.В.Филиппов и др. Под ред. В.В.Горева. - М.: Высш. шк., 1997. Стр.460, рис.8.3.б).

22.

Недостатками этой конструкции узла являются сложность и значительная
трудоемкость изготовления, необходимость в точном монтаже несущей балки и
точном изготовлении опирающейся балки по длине.
Наиболее близким по техническому решению является сварной узел соединения
балок балочной клетки, где на несущую балку опирается конец балки посредством
листовых накладок (Металлические конструкции: Учеб. пособие для вузов./
Файбишенко В.К. - М.: Стройиздат, 1984. Стр.75, рис.52.в).
Недостатками этого узла являются нежелательное кручение несущей балки и
непредсказуемая упругопластическая работа материала листовых накладок.
Последнее приводит к отсутствию «полного» шарнира в узле, что отрицательно
сказывается на работе сварных швов.
Изобретение направлено на увеличение несущей способности сварных швов и
снижение кручения несущей конструкции за счет обеспечения наиболее «полного»
шарнира в узле ее соединения с концом балки без привлечения дополнительных
деталей и устройств.
Это достигается тем, что в узле соединения, включающем несущую
конструкцию и конец балки, соединенные при помощи листовых накладок,
прикрепленных вертикальными сварными швами к несущей конструкции и стенке
конца балки, согласно изобретению вертикальные сварные швы по стенке конца
балки выполнены на участке (0,5÷0,65)h, где h - высота листовой накладки, а
центральная зона листовой накладки на участке (0,7÷0,85)h имеет расположенные
в шахматном порядке прорези.
На фиг.1 и фиг.2 изображен узел соединения. На фиг.3 - листовая накладка с
прорезями.
Узел соединения состоит из несущей конструкции 1 с присоединенными к ней при
помощи вертикальных сварных швов 2 листовыми накладками 3 высотой h, к
которым вертикальными сварными швами 4 длиной (0,5÷0,65)h присоединена
стенка конца балки 5. При длине вертикальных сварных швов 4 менее 0,5h ее
может быть недостаточно для восприятия перерезывающей силы, а при длине
более 0,65h - не обеспечивается более «полный» шарнир в узле. Сварные швы 4
расположены в середине листовой накладки 3, которая в центральной части на
участке (0,7÷0,85)h имеет расположенные в шахматном порядке прорези 6. При
размере участка менее 0,7h не обеспечивается более «полный» шарнир в узле, а при
размере участка более 0,85h не обеспечивается прочность сплошных зон по
горизонтальным краям листовых накладок 3.
Размеры прорезей и их шаг в обоих направлениях определяется прочностным
расчетом листовых накладок при условии упругой работы их материала.
Работа узла происходит следующим образом. При приложении поперечной
нагрузки конец балки 5 поворачивается вместе со сварными швами 4, при этом
листовые накладки 3 не препятствуют повороту, так как имеющиеся в них
прорези 6, расположенные в растянутой зоне конца балки 5, расширяются, а в
сжатой - сужаются, что обеспечивает более «полный» шарнир в соединении
несущей конструкции и конца балки. Этим достигается благоприятная работа
сварных швов и узла в целом.
Формула изобретения
Узел соединения, включающий несущую конструкцию и конец балки, соединенные
при помощи листовых накладок, прикрепленных вертикальными сварными швами к

23.

несущей конструкции и стенке конца балки, отличающийся тем, что вертикальные
сварные швы по стенке конца балки выполнены на участке (0,5÷0,65)h, где h высота листовой накладки, а центральная зона листовой накладки на участке
(0,7÷0,85)h имеет расположенные в шахматном порядке прорези.
ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_ kawakinct.co.jp_
po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzuki
_78_str

24.

25.

Заявка на изобретение полезная модель Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Коваленко Александр Иванович
Е04Н9/02
Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Предлагаемое техническое решение предназначено для сейсмозащиты , мостов,
магистральных трубопроводов, зданий , сооружений, объектов и оборудования от
сейсмических воздействий за счет использования упругопластических деформаций ,
как "пластический шарнир" в самой маятниковой, подвижной опоре . Известны
фрикционные соединения для защиты объектов от динамических воздействий.
Известно, например Болтовое соединение плоских деталей встык по Патенту RU
2208098 E04 B 1/18"Узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого
здания (варианты), "Опора сейсмоизолирующая маятниковая" заявка на полезную
модель изобретение патент RU 2016119967 /20 (031416) от 21.07.2016
Опора "гармошка" содержит металлические листы, накладки и прокладки. Опора
имеет коробчатый вид на фрикционно-подвижных соединениях, выполненных в
овальные отверстия, через которые пропущены болты.

26.

С увеличением нагрузки происходит энергопоглощение и смятие медных листов вставка , ослабленных пропилом - в шахматном порядке из тонких медных
обожженных многослойных листов - прокладок относительно линии нагрузки с
меньшими пропилами (ослаблением) и креплением подвижной опоры на
фрикционно-подвижных соединений (ФПС) обеспечивая более "полный"
маятниковый эффект- шарнир в самой подвижной опоре , создавая упругопластичную работу опоры ( см. изобретение № 2382151 "Узел соединения" и "
2208098 "Узел соединения колонный с ригелем каркаса сейсмостойкого здания
(варианты) ) и согласно изобретениям №№ 1143895 F16 B5/02, 1168755 F16, 1174616
F16 B5/02, 1154506 Е04В 1/92, 154506 Е04 B1/92, 165076 Е04Н 9/02, 2010136746
Е04С2/00, СН 471-75, НП-031-01, СП 12.13130.2009, заявка на изобретение №
2016119967/20( 031416) E04H 9/02 "Опора сейсмоизолирующая маятниковая", №
2018105803/ 20(008844) F16L 23/02 "Антисейсмическое фланцевое фрикционноподвижное соединение для трубопроводов" серийный выпуск, закрепленные на
основании фундамента с помощью фрикционно-подвижных соединений (ФПС),
выполненных согласно изобретениям №№ 1143895,1174616, 1168755 SU, 4094111 US,
TW201400676,RU 2010136746, RU 165076, заявка на изобретение № 2018105803/
20(008844) от 27.02.2018 "Антисейсмическое фланцевое фрикционно-подвижное
соединение для трубопроводов"
Изобретение направлено на увеличение энергопоглощающей способности и
сохраняемости подвижной опоры, узлов в сейсмостойких существующих и
находящихся в аварийном состоянии железнодорожных мостов, сооружений,
трубопроводов, зданий, без привлечения дополнительных ограничителей
перемещений , обеспечивающих несущую способность моста, трубопровода,
сооружения, здания . с использованием демпфера , описанного в изобретении №
167977 "Устройство для гашения ударных и вибрационных воздействий"
Взаимное смещение упруго пластическая работа, медных обожженных многослойных
листов , происходит до упора болтов в края длинных овальных отверстий, после чего
соединения при импульсных растягивающих нагрузках при многокаскадном
демпфировании начинают работать энергопоглощающие медные
упругопластичные, ослабленные в шахматном порядке опора- "гормошка".
Недостатками известного являются: ограничение демпфирования по направлению
воздействия только по горизонтали и вдоль овальных отверстий; а также
неопределенности при расчетах из-за разброса по энергопоглощению и
упругопластическая работа, опоры типа "гармошка" .

27.

Известно также Устройство для фрикционного демпфирования антиветровых и
антисейсмических воздействий по Патенту TW201400676(A)-2014-01-01. Restraint antiwind and anti-seismic friction damping device, E04B1/98, F16F15/10.
Устройство содержит базовое основание, поддерживающее защищаемый объект,
нескольких сегментов ( вставка многослойная медная - гармошка) и многослойная
вставка из одной или двух "гармошек" . В сегментах выполнены продольные пазы.
Энергопоголощение создается между пластинами и наружными поверхностями
опоры . Перпендикулярно вертикальной поверхности сегментов, через пазы, проходят
запирающие болтами , которые фиксируют подвижную опору, друг относительно
друга. Кроме того, запирающие элементы проходят через подвижную опору с одной
или двумя пластинами -"гармошками", через паз сегмента.
Таким образом получаем конструкцию подвижной, сейсмоизолирующие опору "гармошку", которая выдерживает сейсмические нагрузки но, при возникновении
динамических , импульсных растягивающих нагрузок, взрывных, и сейсмических
нагрузок, превышающих расчетные силы энергопоглощения и смятия в шахматном
порядке пропилов, которые смещается от своего начального положения, при этом
сохраняет конструкцию опоры подвижной , без разрушения.
Недостатками Японской опоры, типа: Netis registration number kt 070026 a ( см
(http://www.kawakinct.co.jp/english/bridges/b_d02.html, Японской фирмы
kawakinct.co.jp по применению маятниковых сейсмоизолирующих опор типа, марки
NETIS Registration number KT-070026-A Vibration Control Shear Panel Stopper for Seismic
Response Control по названию в интернете
ob ispolzovanii opita yaponskoy firmi kawakinct.co.jp po primineniyu
mayatnikovikh seismoizoliruyuschikh opor prezident Shinkichi Suzuki 78 str,
https://www.youtube.com/watch?v=VRTV59EfbS4
https://rutube.ru/video/ceb7da9cb57860929c605509ca26cf27/
https://www.youtube.com/watch?v=IExrAQcmiTM
ob ispolzovanii opita yaponskoy firmi kawakinct.co.jp po primineniyu mayatnikovikh
seismoizoliruyuschikh opor prezident Shinkichi Suzuki 78 str
https://cloud.mail.ru/home/ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_%20kawakinct.co.jp_
%20po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzu
ki_78_str.doc

28.

https://cloud.mail.ru/home/ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_%20kawakinct.co.jp_
%20po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzu
ki_78_str.docx https://yadi.sk/i/Brdt_7u-3YyaV6 https://yadi.sk/i/Vr0fPFkx3YyaVB
Ссылка для скачивания файла: http://fayloobmennik.cloud/729385 Ссылка для
скачивания файла: http://fayloobmennik.cloud/7293854
Ссылка для скачивания файла: http://fayloobmennik.cloud/7293855
Вы загрузили файл ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_ kawakinct.co.jp_
po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzuki_7
8_str.doc на сервис www.fayloobmennik.net!
https://cloud.mail.ru/home/ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_%20kawakinct.co.jp_
%20po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzu
ki_78_str.doc
https://cloud.mail.ru/home/ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_%20kawakinct.co.jp_
%20po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzu
ki_78_str.docx
https://yadi.sk/i/Brdt_7u-3YyaV6 https://yadi.sk/i/Vr0fPFkx3YyaVB
Ссылка для скачивания файла: http://fayloobmennik.cloud/729385
Ссылка для скачивания файла: http://fayloobmennik.cloud/7293854
Ссылка для скачивания файла: http://fayloobmennik.cloud/7293855
Вы загрузили файл ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_ kawakinct.co.jp_
po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzuki_7
8_str.doc на сервис www.fayloobmennik.net!
Сохраните данное письмо, если желаете в дальнейшем управлять загруженным
файлом.
Вы загрузили файл ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_ kawakinct.co.jp_
po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzuki_7
8_str.doc на сервис www.fayloobmennik.net!
Сохраните данное письмо, если желаете в дальнейшем управлять загруженным
файлом.
Ссылка для скачивания Файла:http://fayloobmennik.cloud/7293852
http://www.kawakinct.co.jp/english/bridges/b_d02.html
что являются: сложность конструкции и сложность расчетов из-за не использования
фрикционно-подвижных соединений и фрикци-болты, на которых "зависает" опора
Целью предлагаемого решения является упрощение конструкции, а также
повышение сейсмостойкости , вибрастойкости, взрывостойкости при использования

29.

ослабленных сечений, и платического шарнира в опоре "гармошке" на фрикциболтовых демпфирующих податливых креплений. для квадратных маятниковых. Для
"подвешивания" подвижных сейсмоизолирующих опор на обожженных медных
клиньях, для создания эффекта "качения", за счет смятия медных клиньев , забитых в
пропиленный паз латунной шпильки .
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что сейсмоизолирующая
подвижная опора сейсмостойкая выполнена как этажерка, причем, нижнейкорпуса, закрепленного на фундаменте с помощью подвижного смянаемого фрикци
–болта с пропиленным пазом в который забит медный обожженный клин с
бронзовой втулкой ( гильзой) и свинцовой шайбой и верхней и нижней, для
установленной возможности перемещаться, и качаться, по линии нагрузки с
возможностью ограничения перемещения, за счет деформации "гармошки" до этого
ослабленных центрально или двух П -образных "гармошек" для "тяжелых" пролетных
строений
В корпусе опоры , вставлены две или одна или многослойной обожженная медной
"гармошки" вставлена по линии нагрузки для упругопластичной работы с
запирающий элемент стопорный фрикци-болт в нижней части опоры, а сам опора
укладывается на свинцовый тонки лист с верху и снизу сейсмоизолирующего пояса, с
болтами с контролируемым натяжением с забитым медным смянаемым клином в
пропиленный паз латунной шпильки и бронзовой или латунной втулкой ( гильзой) с
тонкой свинцовой шайбой с низу для ремонта существующих пролетных строений
аварийных мостов, магистральных газотрубопроводов .
Кроме того в коробчато- квадратной, подвижной опоры , параллельно центральной
оси, устанавливаются выполнены восемь или десяти латунных шпилек со
сямянаемым медным обожженным клином - , которые обеспечивает опоре
"гармошке" возможность деформироваться за счет протяжных соединения с
фрикци- болтовыми демпфирующими креплениями в направлении нагрузки ( фиг 6,
фиг 7) .
В подвижной опоры , установленной на фрикци- болтах , которая соответствует
заданному перемещению квадратной опоры. Продольные протяжные пазы с
контролируемым натяжением фрикци-болта с забитым медным клином в
пропиленный паз стальной шпильки , которые обеспечивают возможность
деформации опоры корпуса и «переход» сопряжения из состояния возможного
перемещения, в состояние «гармошки» с возможностью перемещения только под

30.

сейсмической по линии нагрузкой, вибрационной, взрывной и от ударной
воздушной волны.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен общий вид, сейсмоизолирующей подвижная квадратная опора,
типа: "гармошка" деформирующая по линии нагрузки с одной вставкой "гармошки" и
обожженным медным ослабленным подпилов в шахматном порядке вставке
деформируемой по линии нагрузки
на фиг.2 изображена сейсмоизолирующая , подвижная с центральной
упругополатичной вставкой в аксонометрии со вставкой в центре опоры из
многослойных медных ослабленных и обожженных платин , демпфирующих или
энергопоглощающих по линии нагрузки
; на фиг.3 изображены квадратная сейсмоизолирующая подвижная ( маятниковая)
опора на фрикционных соединениях с устройствами для гашения ударных и
вибрационных воздействий по изобретению № 167971 " или " 165076 "Опора
сейсмостойкая" (телескопическая )
;на фиг.4 изображены квадратная сейсмоизолирующая подвижная ( маятниковая)
опора с пластическим шарниром ( см № 2208098"Узел соединеия колонны сс
ригелем каркаса сейсмостойкого здания (варианты ) на фрикционных соединениях с
устройствами для гашения ударных и вибрационных воздействий по изобретению
№ 167971 со сдвинутой энергопоглощающей вставкой типа "гармошка"
на фиг.5 изображен вид с боку , сейсмоизолирующей подвижная квадратная опора,
типа: "гармошка" по линии нагрузки с одной вставкой "гармошки" и обожженных
медных пластин ослабленных подпилов в шахматном порядке
на фиг. 6 изображен чертеж квадратной опоры -"гармошка" вид с верху с
длинными овальными отверстиями для протяжных соединений ; ослаблением, с 8
овальными отверстиями , для фрикуи -болта
на фиг 7 изображена усиленная (тяжелая) квадратная опора сейсмоизолирующая
маятниковая ( вид с верху) с двумя энергопоглощающими по линии нагрузки
упругоплатичными "гармошками" на протяжных фрикционно -подвижных
соединениях ; с десятью овальными отверстиями , для установки на фрикци-болтах
, как "избушка" на "курьих" смянаемых ножках
фиг 8 изображен чертеж квадратной "легкой" опоры -"гармошка"
сейсмоизолирующая маятниковая (вид с боку) закрепленная с фрикци -болтом с

31.

забитым медным обожженным клином , с пропиленным пазом в латунной шпильке,
уложенным на свинцовый "скользящий" лист на фрикционно-подвижных
соединениях; со скользящим свинцовым основанием на восьми медных смянаемых
клиньев , для маленьких мостов
фиг 9 изображена квадратная сейсмоизолирующая подвижная - маятниковая
опора с одной энергопоглощающей упругопластичной медной вставкой, на
фрикционно- подвижных креплением, с фрикци-болтами с контрольным
натяжением -разрез с боку ; на 4 -х медных смянаемых латунных"ножках"
фиг 10 изображена уже с перемещением (сдвинутая) квадратная опора -"гармошка"
сейсмоизолирующая маятниковая установленная на свинцовый тонкий лист с
закрепленными устройствами для гашения ударных и вибрационных воздействий
по изобретению № 167977 –вид с боку ; или с помощью телескопической опоры стопора " 165076 "Опора сейсмостойкая"
, фиг 11 изображена квадратная опора -этажерка сейсмоизолирующая маятниковая
на свинцовом листе, с фрикционными соединениями с установленными
устройствами для гашения ударных и вибрационных воздействий с двух сторон по
изобретению № 167971, вид с боку , без пермещаения .
Опора сейсмостойкая состоит из квадратного стального корпуса -этажерки, с
подвижной вставкой из упругопластиных тонких, многослойных обожженных
медных платин , ослабленных с помощью пропила пазов, в шахматном порядке , а
так же с контролируемым натяжением фрикци-болта с пропиленным пазом в
стальной шпильке. И, с предварительно забитым, в пропиленный паз латунной
шпильки -демпфирующая стойка.
Сейсмоизолирующая опора установленная на свинцовом листе с верху и снизу
закреплена на фланцево –фрикционо подвижном соединениях (ФПС) к нижнему и
верхнему поясу оборудования, сооружению, зданию, мосту , которая начинает
поглощать сейсмическую, вибрационную, взрывную, энергию фрикционноподвижными соединениями, и состоит из демпферов сухого трения, с
энергопоглощающей гофрой и свинцовыми (возможен вариант использования
латунной втулки, свинцовых шайб ) поглотителями сейсмической и взрывной энергии
за счет "гармошки" , которые обеспечивают смещение опорных частей
фрикционных соединений на расчетную величину при превышении горизонтальных
сейсмических нагрузок от сейсмических воздействий или величин, определяемых
расчетом на основные сочетания расчетных нагрузок, а сама опора раскачиваться, за
счет вылезания или смянания обожженным медных клиньев , которые

32.

предварительно забиты в пропиленный паз латунной шпильки-ножки , для легкой
опоры 8 , для тяжелой -усиленной по десять латунных "ножек" -шпилек.
Податливые энергопоглощающие , упругоплатичные демпферы - "гармошки" ( одна
или две с двух сторон -усиленная) представляют собой ослабленные в шахматном
порядке, со стабильным коэффициент смянаемости, которые создают "пастический
шарнир" в опоре "гармошке", за счет ослабления , выполненного , в шахматном
порядке, пропилов болгаркой в медной обожженной, многослойной , спрессованной
на специальной смазке , и работающей как фрикционно -подвижное соединение ( см
статью НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ФРИКЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА
ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТАХ д.т.н. Кабанов Е.Б., к.т.н. Агеев В.С., инж. Дерновой
А.Н., Паушева Л.Ю., Шурыгина М.П. (Научно-производственный центр мостов, г.
Санкт-Петербург) http://www.npcmostov.ru/downloads/summa.pdf
Сама составная опора выполнена квадратной (состоит из двух П-образных и
смянаемых пластин, упругоплатичного типа, энергопоглощающих с ослабленных и
смянаемых "гаромошек" с ослаблением на фрикционно - подвижных соединениях (
Файбишенко В.К металлические конструкции . М .Стройиздат , 1984, с 75, рис 52в)
Сжимающее усилие создается медными обожженными многослойными листами и
шпильками с вбитым обожженным медным клином в пропиленный паз стальной
шпильки внизу , натягиваемыми динамометрическими ключами или гайковертами на
расчетное усилие фрикционным соединением с контрольным натяжением при
креплении опоры к основанию моста и пролетному строению или верхнему
сейсмоизолирующему поясу магистрального трубопровода, сооружения .
Количество болтов определяется с учетом воздействия собственного веса ( массы)
оборудования, сооружения, здания, моста и расчетные усилия рассчитываются по СП
16.13330.2011 ( СНиП II -23-81* ) Стальные конструкции п. 14.4, Москва, 2011, ТКТ 455.04-274-2012 (02250), «Стальные конструкции» Правила расчет, Минск, 2013. п.
10.3.2
Медная обожженная многослойная энергопоглощающая , ослабленная с подпилом
болгаркой , в шахматном порядке , платина является энергопоглотителем пиковых

33.

ускорений (ЭПУ), с помощью которого, поглощается взрывная, ветровая,
сейсмическая, вибрационная энергию самой опорой и пролетными пазами для
смятия "гармошки" и медных обожженных клиньев , забитых в пропиленные пазы
латунной шпильки .
Фрикци-болт, которым крепится сам опора сейсмоизолирующая подвижная ,
снижает на 2-3 балла нагрузка, за счет импульсных растягивающих напряжений, при
землетрясений и взрывной ударной воздушной волны. Фрикци –болт повышает
надежность работы опоры сейсмоизолируюшей подвижной , маятниковой типа
"гармошка", сохраняет пролетное строение, железнодорожного моста, ЛЭП,
магистральные трубопроводы, за счет уменьшения пиковых ускорений, и за счет
эергопоглощения за счет протяжных фрикционных соединений, работающие на
растяжением на фрикци- ботах, установленные в длинные овальных отверстиях, с
контролируемым натяжением в протяжных соединениях. ( ТКП 45-5.04-274-2012
(02250) п. 10.3.2 стр. 74 , Минск, 2013, СП 16.13330.2011,СНиП II-23-81* п. 14.3- 15.2).
Втулка (гильза) фрикци-болта, нагреваясь до температуры плавления за счет трения, а
свинцовая шайба расплавляется, поглощает пиковые ускорения взрывной,
сейсмической энергии, и исключает разрушения ЛЭП, опор электропередач, мостов,
разрушении теплотрасс горячего водоснабжения от тяжелого автотранспорта и
вибрации на ж/д транспорте. Надежность опоры сейсмоизолирующей подвижной маятниковой типа "гармошка" с friction-bolt на опорах сейсмоизолирующих
маятниковых, достигается, путем обеспечения многокаскадного демпфирования,
при динамических нагрузках, преимущественно при импульсных растягивающих
нагрузках на мост, сооружение, оборудование, здание, которое устанавливается на
маятниковых сейсмоизолирующих опорах, на фланцево-фрикционно- подвижных
соединениях (ФПС) по изобретению "Опора сейсмостойкая" изобретение г. №
165076 Авт. Андреев. Б.А. Коваленко А.И, проф ПГУПС дтн Уздин А.М №№ 1143895,
1174616, 1168755
В основе сейсмоизолирующей подвижной опоры на фрикционно -подвижных о
соединениях , основана на поглощении сейсмической энергии, лежит принцип
который, на научном языке называется "рассеивание", "поглощение" сейсмической,
взрывной, вибрационной энергии упругоплатичными материалами.

34.

Использования фрикционно - подвижных соединений (ФПС), с фрикци-болтом в
протяжных соединениях с демпфирующими узлами крепления (ДУК с тросовым
зажимом), имеет пару структурных элементов, соединяющей эти структурные
элементы со скольжением энергопоглащиющихся соединение, разной
шероховатостью поверхностей, обладающие значительными фрикционными
характеристики, с многокаскадным рассеиванием сейсмической, взрывной,
вибрационной энергии. Совместное скольжение, включает зажимные средства на
основе friktion-bolt ( аналог американского Hollo Bolt ), заставляющие указанные
поверхности, проскальзывать, при применении силы, стремящейся вызвать такую,
чтобы движение большой величины.
Устройство опора "гармошка", для гашения ударных и вибрационных воздействий
работает следующим образом. Устройство размещается между источником ударных и
вибрационных воздействий и защищаемой конструкцией, к которым жестко
прикрепляются многослойная ослабленная медная ослабленная пластина, как
"пластический" шарнир , по изобртению № 2208098
Благодаря наличию пропиленных пазов в шахматном порядке , гасится
вибрационные и ударные, воздействия ориентированы по линии нагрузки моста,
трубопровода, сооружения. Если воздействия имеют двухосное направление, так как
энергопоглотитель работает как "гармошка" с боковыми демпферами по изобртению:
№ 167977 "Устройство для гашения ударных и вибрационных воздействий"
При внешних воздействиях, различных по величине в противоположных
направлениях, медная обожженная многослойная "гармошка" , может иметь
различную жесткость и ослабления за счет распила и ослабления болгаркой по
линии нагрузки.
Работа рамного узла опоры происходит следующим образом. В момент
сейсмического толчка опора стремится повернуться по отношению к пролетному
строению , чему препятствуют фрикционное соединения . В одной из части опоры ,
возникают существенные сжимающие напряжения, которые на участке опоры"гормошки" , вызывают потерю местной устойчивости с проявлением пластических
деформаций, поглощающих энергию колебаний, самой опоры .
Пластические деформации проявляются, вне зоны концентраторов напряжений, чем
достигается увеличение энергопоглощающей способности и сохраняемости опоры .
Отсоединение "гармошки" от стенки опоры, не приводит к снижению его несущей

35.

способности при изгибе в горизонтальной плоскости, по линии нагрузки и потому не
требует введения в сейсмоизолирующею опору дополнительных распорок.
В результате взрыва, вибрации при землетрясении, происходит сминаемость
"гармошки", сейсмоизолирующей маятниковой опоры (фрагменты опоры) со
скольжением по свинцовому листу, продольному длинным овальном отверстиям,
нижней сейсмоизолирующей опоры, что повышает надежность опоры -"гармошка"
так как в Японской опоре
( и фирмы kawakinct.co.jp по применению маятниковых сейсмоизолирующих опор
типа NETIS Registration number KT-070026-A Vibration Control Shear Panel Stopper for
Seismic Response Control ) отсутствует фрикци- соединения, спрессованных
многослойных медных ослабленных демпфирующих платин и медные -"ножки",
смянаемые медные обожженные клинья, которые забиваются в пропиленный паз
болгаркой , латунные шпильки, позволяющие раскачиваться как маятник опоре, до
начала работы "пластического" шарнира в самой опоре -"гармошка".
Происходит поглощение энергии, за счет сжатия и расжатия "гармошки" от
сейсмической, ветровой, взрывной нагрузки, что позволяет перемещаться и
раскачиваться сейсмоизолирующей маятниковой , подвижной , опоре с
оборудованием, зданием, мостом, сооружением на расчетное допустимое
перемещение.
Сейсмоизолирующая опора рассчитана на одну, два землетрясения или взрывные,
вибрационные нагрузки, либо на одну взрывную нагрузку от ударной взрывной
волны.
Податливые демпферы опоры- "гармошка" , представляют собой ослабленные
подпилом в шахматном порядке , обожженной , многослойной
энергопоглощающей упругопластичной медной "гармошки" с одной или двумя
вставками, имеющую стабильный коэффициент энергопоглащения , установленный на
свинцовом листу в нижней и верхней части сейсмоизолирующих поясов и вставкой
свинцовой шайбы и латунной гильзой в работе с фрикци-болтами соединением для
создания энергопоглощения и создание "пластического" шарнира в самой опоре
"гармошка"

36.

После взрывной или сейсмической нагрузки, необходимо заменить смятую ,
энергопоглощающеюся медную , многослойную "гармошку" и заменить свинцовые
смятые шайбы, в паз шпильки демпфирующего узла крепления забивается внизу,
новые стопорные обожженные медные клинья, с помощью домкрата поднять и
выровнять опору моста , оборудование, сооружение, здание, и затянуть болты на
проектное натяжение, фрикционное соединение, работающие как "пластический
шарнир" на растяжение как "пластичным" шарниром на протяжных о соединениях.
В результате взрыва, вибрации при землетрясении происходит перемещение
(скольжение) фрагментов фрикционно-подвижного соединения (ФПС) опора "гармошка" (фрагменты опоры скользят по продольному овальному отверстию
опоры), происходит поглощение энергии, за счет смятия "гармошки"
сейсмической, ветровой, взрывной нагрузки, что позволяет перемещаться
сейсмоизолирующей опоре с оборудованием на расчетное перемещение.
Сейсмоизолирующая опора рассчитана на одну сейсмическую нагрузку дол 9 баллов
и более, либо на одну взрывную нагрузку. После взрывной или сейсмической
нагрузки необходимо заменить и выбить смятую "гармошку", в паз шпильки
демпфирующего узла крепления забить новую "гармошку" и новые стопорные
медные клинья, с помощью домкрата поднять опору и затянуть болты на проектное
натяжение и заменить свинцовые листы, свинцовые шайбы в латунной шпильке и
заменить смятые медные расплющенные гильзы - втулки с латунной шпильки.
При воздействии сейсмических, вибрационных, взрывных нагрузок превышающих
силы трения в сопряжении в квадратной маятниковой сейсмоизолирующей опоре ,
происходит смятие "гармошки" , в пределах квадратной опоры , по линии нагрузки с
перемещением квадратной опоры , без разрушения конструкции моста,
трубопровода, сооружения .
Формула
Опора сейсмоизолирующая маятниковая , содержащая квадратный корпус -опору и
сопряженный с ним подвижный узел состоящий из упругопластичной "гармошки" ,
закрепленными запорными элементом в виде протяжных фрикционно-подвижных
соединений , отличающийся тем, что в квадратном корпусе-опоре, выполнено из
квадратного замкнутого по периметру стальной опоры и верхнего составного
внутреннего из двух или четырех частей, забитой энергопоглощающим медным

37.

обожженным и ослабленной вставкой, с подпилом в шахматном порядке о
ослабленной , при этом верхняя составная квадратная фрикционно-подвижная
часть опоры зафиксирована фрикционо-подвижными соединениями ,в виде
демпфирующего фрикци –болта с забитым в пропиленный паз шпильки с
обожженным медным клином , выполненным в виде калиброванного латунного
болта фрикционного соединения работающего на растяжением с фрикционным
соединением с контрольным натяжением , забитого через поперечные длинные
овальные отверстия квадратной опоры, через вертикальный паз, выполненный в
теле квадратной , опоры и закрепленный гайкой контролируемым с заданным
усилием натяжением, работающим на растяжением. Кроме того в корпусе,
параллельно центральной оси , выполнены две или одна энергопоглощающие вставки: типа "гармошки" которые поглощают сейсмическую , вибрационную,
взрывную энергию и работают , как "пластический шарнир" , за счет ослабления
"упругоплатичного соединения" и меющих расположение в виде шахматного порядке
прорези.
Сжимающее усилие поглощаются вбитым обожженным медной энергопоглощаюей
вставкой в виде: "гармошкой" с пропиленными пазами в шахматном порядка
Толщина энергопоглощающей медной обожженной "гармошки", определяется с
учетом воздействия собственного веса ( массы) моста, трубопровода , оборудования,
сооружения, здания, расчетные усилия рассчитываются по СП 16.13330.2011 ( СНиП II
-23-81* ) Стальные конструкции п. 14.4, Москва, 2011, ТКТ 45-5.04-274-2012 (02250),
«Стальные конструкции» Правила расчет, Минск, 2013. п. 10.3.2, а размеры
подвижной маятниковой опоры , принимаются согасно типвого проекта № 3.501-35
"Литы опоры части под металлические пролетные строения железнодорожных
мостов . взамен типового проекта инв № 7250 . Рабочие чертежи Гипротрансмост ,
Москва 1975 г https://dwg.ru/dnl/9949
ФИГУРЫ

38.

Фиг 1 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 2 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 3 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 4 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"

39.

Фиг 5 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 6 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 7 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"

40.

Фиг 8 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 9 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
Фиг 10 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"

41.

Фиг11 Опора сейсмоизолирующая "гармошка"
РЕФЕРАТ
Опора сейсмоизолирующая подвижная ( маятниковая ) "гармошка" предназначена
для защиты железнодорожных мостов , сооружений, объектов, зданий от
сейсмических, взрывных, вибрационных , неравномерных воздействий за счет
использования упругоплатичной работы , "пластического шарнира" в виде
"гармошки" ых фланцевых - фрикционно податливых соединений с целью
повышения надежности соединения путем, за счет обеспечения многокаскадного
демпфирования, при динамических, вибрационных, сейсмических, взрывных
нагрузках при импульсных растягивающихся нагрузках .
Опора сейсмоизолирующая подвижная , содержащая квадратный корпус -опору и
энергопоглощающеюся вставку в виде одной или двух упругопластичных "гармошек"
с ослабенными в шахматном порядке пропилов в медной обожженной
упругопластичной вставкой или вставками, сопряженный с ним подвижный узел
крепится на фланцево- фрикционно-подвижными соединениями закрепленный
запорным элементом в виде протяжного соединения отличающийся тем, что, в
квадратном корпусе-опоре выполнено их квадратного энергопоглощающегося
замкнутого по периметру стальной опоры - "гармошка", верхнего составного
внутреннего из двух или четырех частей, при этом верхняя составная, квадратная
фрикционно-подвижная часть , крепится к основанию в виде демпфирующего
фрикци –болта с забитым в пропиленный паз шпильки с обожженным медным
клином , выполненным в виде калиброванного латунного болта фрикционного
соединения работающего на растяжением с фрикционным соединением с
контрольным натяжением , проходящего через поперечные длинные овальные
отверстия корпуса, квадратной опоры, через вертикальный паз, квадратной опоры "гармошка" и закрепленный гайкой контролируемым с заданным усилием
натяжением, работающим на растяжением.

42.

Податливые демпферы - "гармошка" представляют собой и имеющую стабильный
коэффициент трения по свинцовому листу в нижней и верхней части
сейсмоизолирующих поясов и вставкой свинцовой шайбы и латунной гильзой в
работу с фрикци-болтовым соединением для создания упругоплатичных
деформаций .
Сжимающее усилие при креплении опоры "гармошки" к основанию, на свинцовой
прокладке, создается высокопрочными шпильками с вбитым
обожженным медным клином в пропиленный паз стальной шпильки ,
натягиваемыми динамометрическими ключами или гайковертами на расчетное
усилие
фрикционным соединением с контрольным натяжением . Количество болтов
определяется с учетом воздействия собственного веса моста ( массы)
трубопроводов, оборудования, сооружения, здания, моста и расчетные усилия
рассчитываются по СП 16.13330.2011 ( СНиП II -23-81* ) Стальные
конструкции п. 14.4, Москва, 2011, ТКТ 45-5.04-274-2012 (02250), «Стальные
конструкции» Правила расчет, Минск, 2013. п. 10.3.2 Сама
подвижная многослойная "гармошка" вставка для опора, сейсмоизолирующей
маятниковой , выполнена с прорезями (ослаблениями) в шахматном
порядке , на фрикционно - подвижными соединениях с обмазкой медных
ослабленных платин мягким цинкнаполненным полимером с использовании
несъемных фрикционно-защитных покрытий (грунтовка ЦВЭС - (1)
-грунтовка INTERZINK 22 - (2), -грунтовка HEMPEL GALVOSIL 15700 - (3)
(НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ФРИКЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ
БОЛТАХ
д.т.н. Кабанов Е.Б., к.т.н. Агеев В.С., инж. Дерновой А.Н., Паушева Л.Ю., Шурыгина М.П.
(Научно-производственный центр мостов, г. Санкт-Петербург)
Сама подвижная многослойная "гармошка" вставка для опора, сейсмоизолирующей
маятниковой , выполнена с прорезями (ослаблениями) в

43.

шахматном порядке , на фрикционно - подвижными соединениях с обмазкой
медных ослабленных платин мягким цинкнаполненным полимером с
использовании несъемных фрикционно-защитных покрытий (грунтовка ЦВЭС - (1)
-грунтовка INTERZINK 22 - (2)
-грунтовка HEMPEL GALVOSIL 15700 - (3)
Энергопоглащающаяся "гармошка" , это энергопоглотитель пиковых ускорений
(ЭПУ), с помощью которого, поглощается взрывная, ветровая, сейсмическая,
вибрационная энергию. Фрикци-болт снижает на 2-3 балла импульсные,
растягивающие нагрузки при землетрясений и от ударной воздушной взрывной
волны.
Фрикци –болт повышает надежность работы оборудования, сохраняет каркас
здания, мосты, ЛЭП, магистральные трубопроводы, за счет упругопластичной работы,
"гармошки" и создание платического шарнира , работающие на маятниковое
качение, на фрикци- ботах, установленные в длинные овальных отверстиях, с
контролируемым натяжением с забитым медным обожженным смянаемым клином,
в пропиленный паз, латунной шпильки . ( ТКП 45-5.04-274-2012 (02250) п. 10.3.2 стр.
74 , Минск, 2013, СП 16.13330.2011,СНиП II-23-81* п. 14.3- 15.2).
ob ispolzovanii opita yaponskoy firmi kawakinct.co.jp po primineniyu mayatnikovikh
seismoizoliruyuschikh opor prezident Shinkichi Suzuki 78 str
https://cloud.mail.ru/home/ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_%20kawakinct.co.jp_
%20po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzu
ki_78_str.doc
https://cloud.mail.ru/home/ob_ispolzovanii_opita_yaponskoy_firmi_%20kawakinct.co.jp_
%20po_primineniyu_mayatnikovikh_seismoizoliruyuschikh_opor_prezident_Shinkichi_Suzu
ki_78_str.docx
https://yadi.sk/i/Brdt_7u-3YyaV6 https://yadi.sk/i/Vr0fPFkx3YyaVB

44.

45.

46.

47.

:
"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 (авторы: Коваленко А.И. и
другие)
(54) 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
(57) Формула изобретения
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 нескольких
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.

48.

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, STARKES 2006, SoliddWorks 2008, Ing+2006, FondationPL 3d,
SivilFem 10, STAAD.Pro, а затем на испытательном стенде 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 ОО"Сейсмофонд» - «Защита и безопасность городов».
:
"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 (авторы: Коваленко А.И. и
другие)
(54) 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
(57) Формула изобретения
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 нескольких
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.

49.

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, STARKES 2006, SoliddWorks 2008, Ing+2006, FondationPL 3d,
SivilFem 10, STAAD.Pro, а затем на испытательном стенде 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».

50.

51.

Изобретение Опора сейсмостойкая № 165076 с использованием
антисейсмических фрикционно- демпфирующих опор с
зафиксированными запорными элементов в штоке, по линии
выправления крена здания, моста , согласно изобретения № 165076
«Опора сейсмостойкая»
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
(19)
RU
(11)
165 076
(13)
U1
(51) МПК
E04H 9/02 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ
Статус: не действует (последнее изменение статуса: 26.09.2019)
(21)(22) Заявка: 2016102130/03, 22.01.2016
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
22.01.2016
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 22.01.2016
(72) Автор(ы):
Андреев Борис Александрович (RU),
Кадашов Александр Иванович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Андреев Борис Александрович (RU),
Кадашов Александр Иванович (RU)
(45) Опубликовано: 10.10.2016 Бюл. № 28
Адрес для переписки:
190005, Санкт-Петербург, 2-я
Красноармейская ул дом 4 СПб ГАСУ
(54) ОПОРА СЕЙСМОСТОЙКАЯ
(57) Реферат:
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 котор ых 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 бо лта.
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.

52.

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 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 корп уса - 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 шток -отверстие
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 изображен разрез В-В (фиг. 1); на фиг. 4 изображен
выносной элемент 1 (фиг. 2) в увеличенном масштабе.

53.

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 затягива ют 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 корпус шток, 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.

54.

55.

56.

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
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
(19)
RU 2010136746
(11)
2010 136 746
(13)
A
(51) МПК

57.

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
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 01.09.2010
(43) Дата публикации заявки: 20.01.2013 Бюл. № 2
Адрес для переписки:
443004, г.Самара, ул.Заводская, 5, ОАО
"Теплант"
(71) Заявитель(и):
Открытое акционерное общество "Теплант" (RU)
(72) Автор(ы):
Подгорный Олег Александрович (RU),
Акифьев Александр Анатольевич (RU),
Тихонов Вячеслав Юрьевич (RU),
Родионов Владимир Викторович (RU),
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 ФРИКЦИОННОСТИ И СЕЙСМОИЗОЛЯЦИЮ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ И
СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
(57) Формула изобретения
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 нескольких полостей, ограниченных эластичным огнестойким материало м 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 давлени я
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, п ригрузив «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.

58.

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, SivilFem 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».

59.

Изобретение патент ПАНЕЛЬ ПРОТИВОВЗРЫВНАЯ легко сбрасываемые
конструкции

60.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
(19)
RU
(11)
154 506
(13)
U1
(51) МПК
E04B 1/92 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ
Статус: не действует (последнее изменение статуса: 07.08.2018)
(21)(22) Заявка: 2014131653/03, 30.07.2014
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
30.07.2014
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 30.07.2014
(72) Автор(ы):
Андреев Борис Александрович (RU),
Коваленко Александр Иванович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Андреев Борис Александрович (RU),
Коваленко Александр Иванович (RU)
(45) Опубликовано: 27.08.2015 Бюл. № 24
Адрес для переписки:
190005, Санкт-Петербург, 2-я
Красноармейская ул дом 4 СПб ГАСУ
(54) ПАНЕЛЬ ПРОТИВОВЗРЫВНАЯ
(57) Реферат:
Техническое решение относится к области строительства и предназначено для защиты
помещений от возможных взрывов. Конструкция позволяет обеспечить надежный и быстрый
сброс легкосбрасываемой панели, сброс давления при взрыве и зависание панели на опорной
плите, Конструкция представляет собой опорную плиту с расчетным проемом, которая жестко
крепится на каркасе защищаемого сооружения. На опорной плите крепежными элементами,
имеющими ослабленное резьбовое поперечное сечение, закреплена панель легкосб расываемая.
Ослабленное резьбовое соединение каждого крепежного элемента образовано лысками
выполненными с двух сторон резьбовой части. Кроме того опорная плита и легкосбрасываемая
панель соединены тросом один конец которого жестко закреплен на опорной пли те, а другой
конец соединен с крепежным элементом через планку, с возможностью перемещения. 4 ил.
Техническое решение относится к области строительства и предназначено для защиты
помещений содержащих взрывоопасные среды.
Известна панель для легкосбрасываемой кровли взрывоопасных помещений по Авт.св.
617552, М.Кл. 2 E04B 1/98 с пр. от 21.11.75. Панель включает ограждающий элемент с
шарнирно закрепленными на нем поворотными скобами, взаимодействующими через опоры
своими наружными полками с несущими элементами. С целью защиты от воздействия ветровой
нагрузки, панель снабжена подвижной плитой, шарнирно соединенной с помощью тяг с
внутренними концами поворотных скоб, которые выполнены Т-образными. Недостатком
предлагаемой конструкции является низкая надежность шарнирных соединений при
переменных внешних и внутренних нагрузках. Известна также легкосбрасываемая
ограждающая конструкция взрывоопасных помещений по Патенту SU 1756523, МПК5 E06B
5/12 с пр. от 05.10.1990. Указанная конструкция содержит поворотную стеновую панель,
состоящую из нижней и верхней секций и соединенную с каркасом временной связью. Нижняя

61.

секция в нижней части шарнирно связана с каркасом здания, а в верхней части - шарнирно
соединена с верхней секцией панели. Верхняя секция снабжена роликами, установленными в
направляющих каркаса здания. Недостатком указанной конструкции является низкая
надежность вызванная большим количеством шарнирных соединений, требующих высокой
точности изготовления в условиях строительства. Известна также противовзрывная панель по
Патенту RU 2458212, E04B 1/92 с пр. от 13.04.2011, которую выбираем за прототип.
Изобретение относится к защитным устройствам применяемым во взрывоопасных объектах.
Противопожарная панель содержит металлический каркас с бронированной обшивкой и
наполнителем-свинцом. Панель имеет четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии
взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически
вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели. Наполнитель выполнен в виде дисперсной
системы воздух-свинец, а опорные стержни выполнены упругими. Недостатком вышеуказанной
панели является низкая надежность срабатывания телескопических сопряжений при
воздействии переменных внешних и внутренних нагрузок.
Задачей заявляемого устройства является обеспечение надежности открывания проема при
взрыве (сбрасывания легкосбрасываемой панели) за минимальное время и обеспечение
зависания панели после сброса.
Сущность заявляемого решения состоит в том, что для защиты стен, оборудования и
персонала от возможного взрыва, помещение снабжено панелью противовзрывной,
обеспечивающей надежное и быстрое открытие проема при взрыве и сброс избыточного
давления, а также зависание панели на плите опорной. Панель противовзрывная содержит
плиту опорную которая жестко закреплена на стене защищаемого помещения и имеет проем
соответствующий проему в стене, а с другой стороны плиты опорной винтами с резьбой,
ослабленной по сечению, закреплена панель легкосбрасываемая. Площадь проема плиты
опорной и проема помещения определяется в зависимости от объема помещения, от
взрывоопасной среды, температуры горения, давления, скорости распространения фронта
пламени и др. параметров. Винты имеют резьбовую часть, ослабленную по сечению с двух
сторон лысками до размера <Z> и т. о. образуется ослабленное резьбовое сопряжение,
разрушаемое под воздействием взрывной волны.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами где:
на фиг. 1 изображен разрез Б-Б (фиг. 2) панели противовзрывной;
на фиг. 2 изображен разрез Α-A (фиг. 1);
на фиг. 3 изображен вид по стрелке В (фиг. 1) в увеличенном масштабе;
на фиг. 4 изображен разрез Г-Г (фиг. 2), узел крепления троса в увеличенном масштабе.
Панель противовзрывная состоит из опорной плиты 1, которая жестко крепится к кар касу
защищаемого помещения (на чертеже не показано). В каркасе помещения и в опорной плите
выполнен проем 2, имеющий расчетную площадь S=b*h, которая зависит от объема
защищаемого помещения, температуры горения, давления, скорости распространения фронта
пламени и др. параметров. На опорной плите 1, резьбовыми крепежными элементами, например
саморежущими шурупами 3, имеющими ослабленное поперечное резьбовое сечение,
закреплена легкосбрасываемая панель 4. Кроме того, легкосбрасываемая панель соединена с
опорной плитой гибким узлом, состоящим из планки 5, закрепленной с одной стороны на тросе
6, а с др. стороны сопряженной с крепежным элементом 3. Ослабленное поперечное сечение
резьбовой части образовано лысками, выполненными с двух сторон по всей длине резьбы до
размера <Z>. Ослабленная резьбовая часть в совокупности с обычным резьбовым отверстием в
опорной плите 1, образуют ослабленное резьбовое сопряжение, разрушаемое под действием
взрывной волны. Разрушение (вырыв) в ослабленном резьбовом соединении возможно или за
счет разрушения резьбы в опорной плите, или за счет среза резьбы крепежного элемента самореза 3, в зависимости от геометрии резьбы и от соотношения пределов прочности
материалов самореза и плиты опорной. Рассмотрим пример. На опорной плите 1 толщин ой 5
мм, изготовленной из стали 3, самосверлящими шурупами 3 размером 5,5/6,3×105,
изготовленными из стали У7А, закреплена легкосбрасываемая панель 4, изготовленная из
стали 20. Усилие вырыва при стандартной резьбе для одного шурупа составляет 1500 кгс.
Опытным путем установлено, что после доработки шурупа путем стачивания резьбы с двух
сторон до размера Z=3 мм, величина усилия вырыва составляет 700 кгс. Соответственно, при

62.

креплении плиты четырьмя шурупами, усилие вырыва составит 2800 кгс. При условии, что
площадь проема S=10000 см 2, распределенная нагрузка для вырыва должна быть не менее 0,28
кгс/см2 . Таким образом, зная параметры взрывоопасной среды, объем и компоновку
защищаемого помещения, выбираем конструкцию крепежных элементов после чего, в
зависимости от заданного усилия вырыва, можно определить величину <Z> - толщину
ослабленной части резьбы.
Панель противовзрывная работает следующим образом. При возникновении взрывной
нагрузки, взрывная волна через проем 2 в опорной плите 1 воздействует по площади
легкосбрасываемой панели 4, закрепленной на опорной плите 1 четырьмя саморежущими
шурупами 3, имеющими ослабленное резьбовое сечение. При превышении взрывным усилием
предела прочности резьбового соединения, резьбовое соединение разрушается по ослабленному
сечению, легкосбрасываемая панель освобождается от механического крепления, после чего
сбрасывается, сечение проема открывается и давление сбрасывается до атмосферного. После
сбрасывания панель легкосбрасываемая зависает на тросе 6, один конец которого зак реплен на
опорной плите, а другой, через планку 5 сопряжен с крепежным элементом 3.
Формула полезной модели
1. Панель противовзрывная, содержащая опорную плиту, на которой резьбовыми
крепежными элементами закреплена панель легкосбрасываемая, отличающаяся т ем, что в
опорной плите выполнен проем, а панель легкосбрасываемая выполнена сплошной, при этом
крепежные элементы, скрепляющие панель легкосбрасываемую с опорной плитой, имеют
ослабленное поперечное сечение резьбовой части, образованное лысками, выполненн ыми с
двух сторон по всей длине резьбы и, кроме того, панель легкосбрасываемая соединена с
опорной плитой тросом, один конец которого жестко закреплен в опорной плите, а другой
конец соединен с панелью легкосбрасываемой.
2. Панель противовзрывная по п.1, отличающаяся тем, что трос соединен с панелью
легкосбрасываемой через планку, сопряженную с крепежным элементом.
ИЗВЕЩЕНИЯ

63.

64.

65.

Научные консультанты :

66.

Научные консультанты от организации «Сейсмофонд» при СПб ГАСУ ОГРН: 1022000000824 САЙДУЛАЕВ
КАЗБЕК МАЙРБЕКОВИЧ, УЛУБАЕВ СОЛТ-АХМАД ХАДЖИЕВИЧ, Доктор физико-математических наук,
профессор кафедры моделирования социально-экономических систем, заведующий
кафедрой моделирования социально-экономических систем СПб ГУ МАЛАФЕЕВ Олег Алексеевич
[email protected] [email protected] [email protected]
Подтверждение компетентности СПб ГАСУ Номер решения о прохождении процедуры подтверждения
компетентности 8590-гу (А-5824)
http://188.254.71.82/rao_rf_pub/?show=view&id_object=DCB44608D54849B2A27CFEFEBEF970D4
https://pub.fsa.gov.ru/ral/view/13060/applicant
Используемая литература при испытаниях численным моделированием в ПК SCAD креплений узлов и
фрагментов крепления предохранительного дорожного барьера ( изобретение № 1622494, Грузия ) с
использованием антисейсмических фрикционно- демпфирующих опор с зафиксированными запорными
элементов в штоке, по линии ударной нагрузки от груженого самосвала, автобуса согласно изобретения №
165076 «Опора сейсмостойкая» и испытаниях на сейсмостойкость выравнивающейся сейсмоизоляции
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 ,

67.

13. Заявка на изобретение № 2016119967/20 ( 031416) от 23.05.2016 «Опора сейсмоизолирующая
маятниковая» E04 H 9/02.
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 «звездотрясения» 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 и
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 пл. Островского, д.3

68.

69.

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
ELEMENTS OF THE FRICTION THEORY,
CALCULATION AND APPLICATION TECHNOLOGY
FRICTION-MOBILE JOINTS

70.

https://www.imperial.ac.uk/pls/portallive/docs/1/40377
698.PDF

71.

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 ФПС
38
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
45
6.4
Приготовление и нанесение протекторной грунтовки ВЖС 83-02-87.
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
6.5
46
47
Транспортировка и хранение элементов и деталей, законсервированных
грунтовкой ВЖС 83-02-87
49
Подготовка и нанесение антифрикционного покрытия на опорные
49
поверхности шайб
6.6
7
Сборка ФПС
49
Список литературы
51

72.

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 фрикционно-подвижные 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 34 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.
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 в принципе может позволить задание и регулирование несущей способности соединения.
Именно эту цель преследовали предложения [3,14-17].

73.

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.
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
способы
обработки
соединяемых
листов,
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

74.

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 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.

75.

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.
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

76.

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)
Законы сухог о трения
Сухое трение впервые наиболее полно изучал Леонардо да Винчи (1452-1519). 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;
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+.
2)
Г.Амонтон (1663-1705) – член Французской академии наук с 1699 г.

77.

В 1750 г. Леонард Эйлер (1707-1783), придерживаясь закона трения Леонарда да
Винчи – Амонтона:
f N,
F
впервые получил формулу для случая прямолинейного равноускоренного
движения тела по наклонной плоскости:
f
tg
2S
g t 2 cos 2
,
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 разрушение)
3) Ш.Кулон (1736-1806) – французский инженер, физик и механик, член Французской академии наук

78.

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
fСК N
(рис. 2.1 в).

79.

Y
Y
Fск
tg =fск
N
N
V
Fск
X
G
N
X
G
Fсц
а)
б)
в)
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
f СЦ 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
max
изменяется от FСЦ
до FСК (рис.2.2). Этим
промежутком времени часто пренебрегают.
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).

80.

fсц
max
Fсц
Fск
fск
V
t
V0
Vкр
Рис. 2.2
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
fСК N ,
скорости,
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
[У Кулона: FСК
S p0 .
fСК N
А , где величина А не раскрыта].
В формуле Дерягина: S – истинная площадь соприкосновения тел (контактная
площадь), р 0 - 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 нагрузки
( N ) , причем при увеличении N он
N (при соизмеримости сил N и S p0 ) - fСК
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.

81.

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:
arctg
Fn
,
Fτ
где Fn и Fτ - проекции силы трения скольжения FCK на главную нормаль и
касательную к траектории материальной точки, при этом модуль вектора
FCK 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);

82.

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.
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 обязано силе
C
Vc
N
G
Fск
K
N
K
Рис. 2.4
сцепления FСЦ , которая образует вторую составляющую полной реакции опорной
поверхности).

83.

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
Рис. 2.5
веса.
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.
k
во много раз меньше
R
коэффициента трения скольжения для тех же соприкасающихся тел, то сила Fсопр на
Эту формулу предложил Кулон. Так как множитель h
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.

84.

Это объясняется деформациями колес и гистерезисными потерями, что влияет на
коэффициент трения качения.
Трение верчения
Трение верчения возникает при вращении тела,
опирающегося на некоторую поверхность. В этом случае
Fск
Fск
r
О
следует рассматривать зону контакта тел, в точках
которой возникают силы трения скольжения FСК (если
контакт происходит в одной точке, то трение верчения
отсутствует – идеальный случай) (рис.2.6).
Fск
А – зона контакта вращающегося тела, ось вращения
которого перпендикулярна к плоскости этой зоны. Силы
Рис. 2.6.
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
5
мм).
Таблица коэффициентов трения скольжения и качения.
f ск
к (мм)
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

85.

Железо по чугуну…0,19
Дерево по стали……………………………0,3-0,4
Сталь по льду……..0,027
Резиновая шина по грунтовой дороге……10
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, превышающее порог
схватывания, приводит к разрушению окисной пленки, местным вырывам материала с
последующим, абразивным разрушением поверхности трения.

86.

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 фрикционных пар подчиняется следующим закономерностям.
Износ
пропорционален пути трения s,
=ks s,
(2.1)
а интенсивность износа— скорости трения
ks v
(2.2)
Износ не зависит от скорости трения, а интенсивность износа на единицу пути
трения пропорциональна удельной нагрузке р,
s
(2.3)
kp p
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 pvdt
0
k p pds .
0
(2.4)

87.

В условиях кулонова трения, и в случае kр = const, износ пропорционален работе
сил трения W
kw W
kp
f
s
W; W
Fds .
(2.5)
0
Здесь сила трения F=f N = f p
нормального давления;
; 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
3.1. Исходные посылки для разработки методики расчета
ФПС
Исходными посылками для разработки методики расчета ФПС являются
экспериментальные исследования одноболтовых нахлесточных соединений [13],
позволяющие 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
высокопрочных болтах.
для
обычного
соединения
на
фрикционных

88.

На второй стадии Т > [Т] и происходит преодоление сил трения по
контактным
плоскостям
соединяемых
элементов
при
сохраняющих
неподвижность шайбах высокопрочных болтов. При этом за счет деформации
болтов в них растет сила натяжения, и как следствие растут силы трения по всем
плоскостям контактов.
На третьей стадии происходит срыв с
места одной из шайб и дальнейшее
взаимное
смещение
элементов.
В
соединяемых
процессе
подвижки
наблюдается интенсивный износ во
всех
контактных
парах,
сопровождающийся
падением
натяжения болтов и, как следствие,
снижение
Рис.3.1. Характерная диаграмма деформирования
ФПС
1 – упругая работа ФПС;
2 – стадия проскальзывания листов ФПС при
заклиненных шайбах, характеризующаяся ростом
натяжения болта вследствие его изгибной деформации;
3 – стадия скольжения шайбы болта,
характеризующаяся интенсивным износом контактных
поверхностей.
несущей
способности
соединения.
В
процессе
наблюдались
испытаний
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
возможность перехода ФПС в предельное состояние.
необходимо
определить

89.

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 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
нахлесточного
соединения,
характеризующегося

90.

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
K
(3.1)
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,
N2
увеличение натяжения болта вследствие его деформации;
f(s)-
k
(s)
- падение натяжения болта вследствие его пластических
деформаций;
s - величина подвижки в соединении,
- износ в соединении.
Для стыковых соединений обе добавки N1
N2
0.
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
где k K / Vср .
N0 к
f(s)
(s) ,
(3.4)

91.

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
N2
0 , и обращаются в 0 функции
f(z)
и
( z ),
входящие в (3.5). С учетом сказанного использование интеграла. (3.5) позволяет
получить следующую формулу для определения величины износа
1 e kas
:
k N0 a 1
Падение натяжения
(3.6)
N при этом составит:
1 e kas
N
(3.7)
k N0 ,
а несущая способность соединений
определяется по формуле:
T
T0 f
T0
1
N
T0
1 e kas
f
1 e kas
k
k
N0
a 1
a 1 .
(3.8)
Как
формулы
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
относительная
способность
определяется
соединения
всего
полученной
несущая
КТ
=Т/Т0
двумя
параметрами - 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.

92.

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 износа листов на несущую
способность соединений. В целом падение несущей способности соединений
весьма существенно и при реальных величинах подвижки s
2 3см составляет
для стыковых соединений 80-94%. Весьма
существенно на характер падений несущей
способности
соединения
сказывается
коэффициент
износа
На
приведены
зависимости
способности
k.
соединения
рис.3.3
несущей
от
величины
подвижки s при k~3×10-8 H-1.
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
существенному
росту
взаимных
Исследования показывают, что при k >
2 10-7 Н-1 падение несущей способности
соединения превосходит 50%. Такое падение
натяжения
должно
приводить
смещений
соединяемых
деталей
и
к
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)

93.

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
cos 2
8l 2
1
2
dx
1
1
2
1
2
s2 2
1
1
2
s
4l
cos
2l
1
1
2
x
dx 1
2l
2
dx
s2 2
8l 2
cos
x
dx
2l
2
s2 2
.
8l
2
Удлинение болта при этом определится по формуле:
l
s2 2
.
8l
L l
Учитывая,
(3.10)
что
приближенность
представления
(3.9)
компенсируется
коэффициентом k, 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 S пл ) )
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
от перемещения s:

94.

N0
( 1 e k1as )
a
s
k 2
s
al
2
s
k1a
2
k1a
2
1 e k1as ,
(3.14)
при Sпл< s<S0
(s)
I
N
( Sпл ) k1( T 1 ek1a( S пл s )
k1a
NT N пл
k1 a
(3.15)
e ( Sпл s ) ek1a( S пл s ) ),
при s<S0
(s)
II ( S )
0
N ( S0 )
( 1 e k 2 a( s S0 ) ).
a
(3.16)
Несущая способность 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.
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
диаграммам.
соответствует
описанным
выше
экспериментальным

95.

Рис. 3.4
Теоретическая диаграмма деформирования ФПС

96.

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
соединений натягивались по этому же пульту в соответствии с тарировочными
зависимостями ручным ключом на заданное усилие натяжения N0.
4.

97.

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
Рис. 4.1 Общий вид образцов ПС с болтами 48
ммгромоздким. Для уменьшения числа болтов
болтов, и соединение становится
необходимо 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

98.

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;
• 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

99.

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: до проскальзывания
элементов
соединения,
после
проскальзывания
листов
пакета
и
после
проскальзывания шайбы относительно наружного листа пакета. Вместе 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.
Несмотря
на
наличие
существенного разброса, полученные диаграммы оказались пригодными для
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;

100.

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 методу наименьших
квадратов
вычислялась
экспериментальной
величина
диаграммами
невязки
между
деформирования,
расчетной
причем
и
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;

101.

Н
а рис.
4.4
и
4.5
приве
дены
характ
ерные
Рис. 4.5
Рис.4.4
диагра
ммы
деформирования ФПС, полученные экспериментально и соответствующие им
теоретические диаграммы. 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 перед остановкой, не учитываемым в рамках предложенной
теории расчета ФПС. Для болтов диаметром 24 мм было обработано 8
экспериментальных
диаграмм
деформирования.
Результаты
определения
параметров соединения для каждой из подвижек приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Результаты определения параметров ФПС
параметры N k1106, k2 106, k ,
подвижки
кН-1 кН-1 с/мм
1
2
3
4
5
6
7
8
11
8
12
7
14
6
8
8
32
15
27
14
35
11
20
15
0.25
0,24
0.44
0.42
0.1
0.2
0.2
0.3
S0 ,
мм
SПЛ
мм
q,
мм-1
f0
11
9 0.00001 0.34
8
7 0.00044 0.36
13.5 11.2 0.00012 0.39
14.6 12 0.00011 0.29
8
4.2 0.0006 0.3
12
9 0.00002 0.3
19
16 0.00001 0.3
9
2.5 0.00028 0.35
N0,
кН
к
105
152
125
193
370
120
106
154
260
90
230
130
310
100
130
75
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

102.

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
Значения параметров
Параметры
математическое среднеквадратичное
соединения
ожидание
отклонение
6
1
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

103.

несущей
способности
отклонение
T
и
T
дисперсию
(или
среднеквадратическое
) можно записать в виде:
T ( s , 1 , 2 ,... k )
T( s )
(T
DT
DT
p1( 1 ) p2 ( 2 )...pk ( k )d 1d 2 ...d k
(5.1)
T )2 p1 p2 ...pk d 1d 2 ...d k
(5.2)
... T 2 p1 p2 ...pk d 1d 2 ...d k
T
2
DT
T
(5.3)
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 параметров
выступают коэффициент износа k, смещение при срыве соединения S0 и др.
pi(ai) — функция плотности распределения i-го параметра; по имеющимся
данным нам известны лишь среднее значение
Для
дальнейших
распределения
исследований
параметров
ФПС:
диапазоне изменения параметров
i
и их стандарт (дисперсия).
приняты
равномерное
min
i
max
два
в
возможных
некотором
закона
возможном
и нормальное. Если учесть, что в
предыдущих исследованиях получены величины математических ожиданий i и
стандарта
i,
то
соответствующие
функции
плотности
распределения
записываются в виде:
а) для равномерного распределения
pi
1
при
2 i 3
3
3
(5.4)
и pi = 0 в остальных случаях;
б) для нормального распределения
pi
1
i 2
e
i ai
2 i2
2
.
(5.5)

104.

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
1
T e kas
n
T
2
e
2 T2
1
k
2
e
2 k2
dkdT
( k k )2
( T T )2
1
n
T
2
Te
2 T2
dT
1
k
2
e kase
2 k2
dk .
Если учесть, что для любой случайной величины x с математическим
ожиданием x функцией распределения р(х} выполняется соотношение:
x
x p( x ) dx ,

105.

то первая скобка. в описанном выражении для вычисления несущей
способности соединения Т равна математическому ожиданию начальной несущей
способности Т0. При этом:
T
1
nT0
2 k2
dk .
e
2
k
( k k )2
kas
Выделяя в показателе степени полученного выражения полный квадрат,
получим:
T
1
nT0
e
k 2
as k2
as k
1
nT0
2
k
2
k k as k2
2 k2
2
e
e
as k
as k2
2
dk
k k as k2
2 k2
2
dk .
Подынтегральный член в полученном выражении с учетом множителя
1
представляет не что иное,
k 2
как функцию плотности нормального
распределения с математическим ожиданием k as
отклонением
k
2
k
и среднеквадратичным
. По этой причине интеграл в полученном выражении
тождественно равен 1
и выражение для несущей способности соединения
принимает окончательный вид:
a 2 s 2 k2
ask
T
2
nT0 e
.
(5.8)
Соответствующие принятым законам распределения дисперсии составляют:
для равномерного закона распределения
D
2
nT0 e 2ask
1
shx
;x
x
где F ( x )
2
T F( 2 x )
2
T0
F ( x )2 ,
(5.9)
sa k 3
для нормального закона распределения
D n T0
2
2
T
1
( A1 ) e
A1
T0
2
1 A
e 1
2
2
( A)
,
(5.10)

106.

2as( k2 as
где A1
k ).
Представляет
аналогичными
интерес
сопоставить
зависимостями,
полученные
выведенными
выше
зависимости
для
с
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 .
(5.11)
коэффициент перехода от одноболтового к многоболтовому соединению
T
1
nT0 e
kas
sh( x )
.
x
(5.12)
Наконец для относительной величины среднеквадратичного отклонения
с
с использованием формулы (5.9) нетрудно получить
1
1
nT0 e kas n
1
Аналогичные
2
T
2
T0
sh2 x
2x
shx
x
зависимости
2
(5.13)
.
получаются
и
для
случая
нормального
распределения:
2
1 A
e 1
2
2
1
e
2
2
1
n
( A) ,
(5.14)
2 2
k s kas
2
1
2
T
2
T0
1
( A) ,
1
( 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
0
2
e z dz .

107.

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
T1
(5.17)
lim x
Согласно (5.12)
. В частности,
1
математического ожидания коэффициента износа
k
k
k
1
при неограниченном увеличении
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

108.

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
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;

109.

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

110.

● - l=20мм;
- l=30мм; □ - l=40мм; - l=50мм; - l=60мм; ○ - l=70мм;
- l=80мм
С учетом сказанного получим:
lim
s
1
lim e kas
s
2
2
1
e
2
A
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
числа болтов.
отклонения
1
1
последнее убывает пропорционально корню из
На рисунке 5.3 приведена зависимость относительной величины среднеквадратичного
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.
Рис.5.3. Зависимость относительного разброса несущей
способности ФПС от величины подвижки при различном
числе болтов n

111.

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
где T1( S ) T0
( Tmax
T0 )
S
,
S0
( S , S0 ) ,
(5.21)
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:

112.

xp( x )dx
p( x )dx
x,
и
1
то получим
I 1,1 T
( s , S0 )p( S0 ) dS0 .
S0
Аналогично
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
T 0 )s 2 ( s ).
(5.26)
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)

113.

Для нормального распределения p(S0) функция
1
1 erf ( s ) , а функция
записывается в виде:
( 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
S0
s 3
S ln
S0
S0
3
s
при
3
3
S0
( T max
s
s
S
S
S0
s
s
T 0 )S ln
3
S0
s
s
3
(5.32)
3
3
s 3
F( S ) F( s 3 )
причем F ( x ) Ei ax( k
при S
k 3)
S0
Ei ax( k
интегральная показательная функция.
(5.33)
s 3,
k 3)
. В формулах (5.32, 5.33) Ei -

114.

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

115.

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.
6.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФПС

116.

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 мм 2 приведены в
табл.6.1.
Таблица 6.1.
Номинал
ьный
диаметр
болта
Расчетная Высота Высота Размер Диаметр
площадь головки гайки
сечения по
Размеры шайб
Диаметр
внутр. нар.
Толщин
под
опис.окр. а
ключ
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
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.

117.

Таблица 6.2.
Номинальная Длина резьбы 10 при номинальном диаметре резьбы d
16
18
20
22
24
27
30
36
42
48
длина
40
*
стержня
45
38
*
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, 180
190, 200, 220
44
48
52
56
60
66
72
84
96
108
240,260,280,30
Примечание: знаком * отмечены болты с резьбой по всей длине стержня.
0
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-14-1-3282-81, 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

118.

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
соединений
Определяющих
геометрию
Не
Номинальный диаметр болта в мм.
16 18
20 22
24
27 30
17 19
21 23
25
28 32
20
23
25
28
30
33
36
36
37
42
44
48
50
40
45
52
определяющих
Длины овальных отверстий в элементах для пропуска высокопрочных
геометрию
болтов назначают по результатам вычисления максимальных абсолютных
смещений соединяемых деталей для каждого ФПС по результатам
предварительных расчетов при 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.

119.

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 края овального отверстия до
края детали должно составлять:
- вдоль направления смещения >= 50 мм.
- поперек направления смещения >= 100 мм.
В
соединениях
прокатных
профилей
с
непараллельными
поверхностями полок или при 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.

120.

Шероховатость поверхности очищенного металла должна находиться в
пределах 25-50 мкм.
На очищенной поверхности не должно быть пятен масел, воды и других
загрязнений.
Очищенные контактные поверхности должны соответствовать первой
степени удаления окислов и обезжиривания по ГОСТ 9022-74.
Оценка
визуально
шероховатости
сравнением
с
контактных
эталоном
или
поверхностей
другими
производится
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.
6.4. Приготовление и нанесение протекторной
грунтовки ВЖС 83-02-87. Требования к загрунтованной
поверхности. Методы контроля

121.

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 материалов должна быть проверена по документации
на соответствие ТУ. Применять 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 1719 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 ВЖС 83-02-87 наносится под навесом или в помещении. При
отсутствии атмосферных осадков нанесение грунтовки можно производить
на открытых площадках.
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.

122.

Наносить грунтовку следует равномерным сплошным слоем, добиваясь
окончательной толщины
нанесенного
покрытия
90-110 мкм.
Время
нанесения покрытия при естественной сушке при температуре воздуха 1820 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 1514069 на контрольных образцах, окрашенных по принятой технологии
одновременно с элементами и деталями конструкций.
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 по санитарному содержанию помещений и оборудования
производственных предприятий" (Министерство здравоохранения СССР,
1967 г.).
При пневматическом методе распыления, во избежание увеличения
туманообразования и расхода лакокрасочного материала, должен строго
соблюдаться режим окраски. Окраску следует производить в респираторе и

123.

защитных очках. Во время окрашивания в закрытых помещениях маляр
должен располагаться
материала
имела
таким
образом,
направление
чтобы
струя
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.
Воздушная
магистраль
и
окрасочная
аппаратура
должны
быть
оборудованы редукторами давления и манометрами. Перед началом работы
маляр должен проверить герметичность шлангов, исправность окрасочной
аппаратуры и инструмента, а также надежность присоединения воздушных
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.

124.

6.4.2 Транспортировка и хранение элементов и деталей,
законсервированных грунтовкой
ВЖС 83-02-87
Укладывать,
элементы
и
механического
хранить
детали
и
транспортировать
нужно
так,
повреждения
и
чтобы
законсервированные
исключить
загрязнения
возможность
законсервированных
поверхностей.
Собирать можно только те элементы и детали, у которых защитное
покрытие
контактных
защитное
покрытие
поверхностей
контактных
полностью
поверхностей
высохло.
не
Высохшее
должно
иметь
загрязнений, масляных пятен и механических повреждений.
При наличии загрязнений и масляных пятен контактные поверхности
должны быть обезжирены. 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 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 ПОС60 до полного покрытия несущего слоя бронзы.
6.6. Сборка ФПС

125.

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 болты и осуществляют их натяжение гайковертами на
90% от проектного усилия. При сборке многоболтового ФПС установку
болтов рекомендуется начать с 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.
https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-friktsionno-podvizhnyh-boltovyh-soedineniy-dlya-obespecheniyaseysmostoykosti-stroitelnyh-konstrutsiy-mostov-i-drugih/viewer
https://fb.ru/article/435475/friktsionnyie-soedineniya-na-vyisokoprochnyih-boltah

126.

УДК 624.042.7
И. О. Кузнецова, С. С. Ваничева, М. В. Фрезе, А. А. Долгая, Т. М. Азаев, Х. R Зайнулабидова
ПРИМЕНЕНИЕ ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ БОЛТОВЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУЦИЙ МОСТОВ И ДРУГИХ СООРУЖЕНИЙ
Дата поступления: 25.01.2016 Решение о публикации: 14.06.2016
Цель: Разработать и описать новую конструкцию сейсмоизолирующего устройства, состоящего из
упругодемпфирующего элемента, соединенного с изолированными частями сооружения фрикционноподвижными соединениями (ФПС), предназначенного для снижения расчетных нагрузок на сооружение,
а также для многоуровневого проектирования и управления повреждениями конструкции. Методы: Для
анализа работы ФПС использованы методы динамических расчетов сооружений, моделирование
расчетных акселерограмм с использованием ЭВМ, а также натурные испытания при помощи
сейсмоплатформ. Результаты: Предложено конструктивное решение нового сейсмоизолирующего
устройства, упругодемпфирующий элемент которого выполнен в виде столика, верхняя плита столика
устанавливается на металлические стержни из высокопрочной стали, параллельно со столиком
установлены гидравлические демпферы, а ФПС из пакетов стальных листов соединены высокопрочными
болтами, пропущенными через овальные отверстия. Выявлено, что при относительно слабых
землетрясениях описываемая конструкция работает в упругой стадии и ФПС заблокированы; при
сильных землетрясениях, когда горизонтальная нагрузка превышает силу трения в ФПС, происходит
проскальзывание элемента за счет формы отверстий, что обеспечивает взаимное смещение листов на
величину зазора между болтом и краем овального отверстия и обеспечивает сохранность сооружения.
Практическая значимость: Использование описанной системы сейсмозащиты позволяет снизить
расчетные сейсмические нагрузки на сооружения в пределах 40-70 % и спрогнозировать сценарии
разрушения сооружения. Таким образом, снижается стоимость объекта строительства и повышается его
надежность, что в свою очередь приводит к снижению экономических и социальных рисков при
землетрясении.
Сейсмостойкость, сейсмоизоляция, фрикционно-подвижные болтовые соединения.
*Inna O. Kuznetsova, Cand. Sci. (Eng.), associate professor, [email protected]; Svetlana S. Vanicheva, section head
(Petersburg State Transport University); Maksim V. Freze, Cand. Sci. (Eng.); Anzhelika A. Dolgaya, Cand. Sci. (Eng.),
design engineer (Transmost PLC); Tagir M. Azayev, Cand. Sci. (Eng.); Khanzada R. Zaynulabidova, Cand. Sci. (Eng.)
(Dagestan State Technical University) APPLICATION OF FRICTIONAL DYNAMIC BOLTED-TYPE CONNECTIONS
TO ENSURE SEISMIC RESISTANCE OF ENGINEERING STRUCTURES OF BRIDGES AND OTHER OBJECTS
Objective: To develop and describe a new design of a seismic-isolation device consisting of elastic damping element
connected to isolated parts of an object by frictional dynamic connections. It is intended for reduction of design load on an
object, as well as multi-level designing and management of object damage. Methods: Structure dynamic calculation
methods were used to analyse the operation of frictional dynamic connections, as were computer simulation of calculation
accelerograms and full- scale tests involving shake tables. Results: A design solution for a new seismic-isolation device
is proposed. Its elastic damping element is shaped like a table, its top plate is placed on metallic bars made from
high-resistance steel, hydraulic dampers are installed parallel to the table, and frictional dynamic connections made
from piles of steel plates are linked by high-strength bolts put through oval openings. It was discovered that in cases
of relatively minor earthquakes the construction described here is operating in elastic stage, and frictional dynamic

127.

connections get blocked. During strong earthquakes, when horizontal load exceeds friction force in frictional
dynamic connections, slipping of an element occurs due to shape of openings which ensures mutual displacement of
plates by gap width between the bolt and the edge of oval opening, which ensures the structure's preservation.
Practical importance: Using the seismic resistance system described here allows for reduction of calculation seismic
loads on structures by between 40 and 70 per cent, and to forecast scenarios of structure destruction. Thus the cost
of construction object gets reduced, its reliability is increased, which cuts economic and social risks in case of an
earthquake.
Seismic
resistance,
seismic
isolation,
В настоящее время в практике сейсмостойкого
строительства сложился многоуровневый подход к
обеспечению сейсмостойкости сооружения. В
отечественной литературе такой подход получил
название «проектирование сооружений с
заданными параметрами предельных состояний»
[7, 13], за рубежом его называют Performance Based
Designing (PBD). При таком подходе отказываются
от принципа равнопрочности сооружения и
предусматривают наличие слабых мест, позволяющих управлять накоплением повреждений в
конструкции, минимизируя дисперсию при
прогнозе ущерба.
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
фрикционно-подвижные болтовые соединения
(ФПС) [6]. Под 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 можно снизить затраты на
усиление сооружения, подверженного
сейсмическим и другим интенсивным нагрузкам.
Описание фрикционно-подвижных соединений
ФПС были предложены в НИИ мостов
ЛИИЖТа в 1980 г. и защищены авторскими
frictional
dynamic
bolted-type
connections.
свидетельствами [9-12 и др]. Простейшее стыковое
и нахлесточное соединения приведены на рис. 1.
При экстремальных нагрузках должны
происходить взаимная подвижка соединяемых
деталей вдоль овала и за счет этого уменьшаться
пиковое значение усилий, передаваемое
соединением.
При использовании обычных болтов их
натяжение N не превосходит 80-100 кН, а разброс
натяжения AN = 20-50 кН, что не позволяет
прогнозировать несущую способность такого
соединения по трению. При использовании же
высокопрочных болтов при том же AN натяжение N
= 200-400 кН, что в

128.

б
12 3
1
Рис. 1. Принципиальная схема фрикционно-подвижного соединения:
а) встык; б) внахлест; 1 - соединяемые листы; 2 - высокопрочные
болты; 3 - шайба; 4 - овальные отверстия; 5 - накладки
принципе может позволить задание и регулирование несущей способности соединения.
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 соединение может заклинить,
контактные поверхности соединяемых деталей
оплавиться и т. п. [3-5]. Случались обрывы головки
болта. Исследования 1985-1990 гг. позволили
выявить способы обработки соединяемых листов,
обеспечивающих стабильную работу ФПС. В
частности, установлена недопустимость
использования для ФПС пескоструйной обработки
листов пакета, рекомендованы обжиг листов,
нанесение на них специальной мастики или
напыление мягких металлов. Исследования по
рассматриваемому вопросу обобщены в [13].
В 1995 г. исследования по ФПС были представлены на 11-й всемирной конференции по
сейсмостойкому строительству [14]. После этого
их начали применять за рубежом. Однако в России
эти соединения не применялись в течение 20 лет
после разработки теории ФПС в НИИ мостов [2].
Применение ФПС на мостах г. Сочи
Впервые ФПС использовали при строительстве
железнодорожных мостов на олимпийских
объектах в г. Сочи. В частности, было предложено
новое опорное сейсмои- золирующее устройство
(рис. 2). Устройство имеет три принципиальные
особенности:
1) вертикальная и горизонтальная нагрузки
передаются на разные элементы единого узла
опирания, т. е. в системе опирания имеются
независимые опорный и сейсмоизолирующий
элементы. Опорный элемент выполнен в виде
обычной подвижной опорной части, жесткой в
вертикальном направлении. Это исключает
вертикальные смещения пролетного строения под
нагрузкой;

129.

1
Рис. 2. Схема устройства сейсмоизоляции на железнодорожных мостах в г. Сочи: 1 - пролетное
строение; 2 - зазор между податливым элементом и пролетным строением; 3 - антифрикционное
покрытие; 4 - верхний лист податливого элемента; 5 - опора; 6 - податливый элемент; 7 - ФПС; 8 дополнительный лист; 9 - шарнирный балансир; 10 - упоры;
11 - подвижная опорная часть
2) сейсмоизолирующий
элемент
выполнен
составным в виде упругого столика из стальных
стержней (стержневого амортизатора) и пакета
стальных листов, объединенных ФПС;
3) сила трения в ФПС не превосходит разрушающей нагрузки на опору и столик.
Для снижения сейсмических нагрузок на опоры
и относительных смещений пролетных строений
на опорах мостов дополнительно устанавливались
демпферы. Для этого использованы
гидравлические демпферы фирмы «Вибросейсм»,
детально описанные в [15].
Как видно из рис. 2, между пролетным
строением 1 и опорой 5 параллельно с податливым
сейсмоизолирующим элементом 6 устанавливается
опорный элемент 11, представляющий собой
обычную подвижную опорную часть с шарнирным
балансиром 9. Верхний лист податливого элемента
4 с антифрикционным покрытием 3 соединен с дополнительным листом 8 с помощью ФПС 7. При
этом листы 4 и 8 с антифрикционным покрытием 3
и ФПС 7 образуют верхний скользящий элемент.
На пролетное строение 1 устанавливаются упоры
10, контактирующие с дополнительным листом 8 и
имеющие свободу вертикальных перемещений
относительно листа 4. При этом податливый
элемент со скользящим элементом имеют высоту h
меньше, чем высота подвижной опорной части H за
счет устройства зазора 2. Это исключает передачу
на податливый элемент вертикальной нагрузки от
пролетного строения, которая полностью
воспринимается подвижной опорной частью.
При эксплуатационных нагрузках (торможении
подвижного состава, поперечных ударах
транспортных средств), а также при действии
проектного землетрясения (ПЗ) горизонтальные
нагрузки передаются от пролетного строения 1 на
опору 5 через упоры 10 и податливый элемент 6.
При этом динамические нагрузки на опору
снижаются за счет амортизирующего действия
податливого элемента. При максимальном
расчетном землетрясении (МРЗ) происходит
подвижка в ФПС, пиковые нагрузки на опору
ограничиваются силой трения в ФПС и
обеспечивается сохранность сооружения
(пролетные строения

130.

не сбрасываются с опор) [1]. Таким образом,
расчетные нагрузки снижаются при действии как
ПЗ, так и МРЗ.
Предлагаемая конструкция позволяет проектировать сооружения с заданными параметрами
предельных состояний, а также сценарий
накопления повреждений в сооружении при
сейсмических воздействиях [8].
системы. При значении 1 на диаграмме ФПС
закрыто и система работает упруго. При значении
0 на диаграмме ФПС открыто и пролетное
строение скользит относительно опоры. В
рассмотренном примере проскальзывание
возникает практически сразу после начала
воздействия, а максимальный сдвиг достигает 11
см. На рис. 3 выделе
Расчетный анализ работы ФПС при
землетрясении
Рис. 3 иллюстрирует работу устройства при
МРЗ. На нем представлены расчетные зависимости
от времени ускорений и смещений элементов моста
при землетрясении.
В верхней части рис. 3 показана расчетная
Рис. 3. Результаты расчета сейсмоизолированного моста на действие МРЗ
акселерограмма, имеющая ускорения около 2,2
м/с2. По своим энергетическим характеристикам и
пиковым ускорениям в диапазоне частот около 1 с
акселерограмма описывает 9-балльное
землетрясение. При этом смещение пролетного
строения составило более 12 см, однако смещение
верха опор оказалось менее 1 см. Интерес
представляет диаграмма чередования состояний

131.

но полное (упругое и пластическое) смещение
пролетного строения. Хорошо видно, что при МРЗ
пластические смещения в ФПС превалируют над
упругими смещениями за счет деформации
столика.
В нижней части рис. 3 приведены усилия в
демпфере. Пиковые значения усилий достигают
180 кН. Это составляет примерно 15 % от
сейсмической нагрузки.
Принятая концепция проектирования обеспечивает сохранность опор и отсутствие сброса
пролетного строения при любых расчетных
землетрясениях. Конструкция опорных устройств
обеспечивает один вид повреждений - подвижки в
ФПС, соединяющих опору с пролетным строением.
Сценарий накопления повреждений (рост
подвижки) представлен в таблице.
На рис. 4, 5 представлены мосты с фрагментами
сейсмозащиты в г. Сочи. Предлагаемые и уже
реализованные устройства обеспечивают
сейсмозащиту моста как при проектных, так и при
максимальных расчетных землетрясениях. При
этом прогнозируется ха
Заключение
В заключение отметим, что по предлагаемой
Пример сценария накопления повреждений для одной из эстакад
железнодорожной линии Адлер - Сочи
Показатель
Значение
Сила землетрясения, балл
5-6
7
8
Ориентировочная повторяемость, год
20
200
500
1000
Ускорение, м/с2
0,35
1,09
1,61
2,398
Подвижка, см
0,1
1,6
6,3
12,5
Число подвижек за время землетрясения
2
23
35
38
9
Рис. 5. Стержневые амортизаторы с ФПС на
Рис. 4. Стержневой амортизатор с ФПС, установленный
на железнодорожных
железнодорожном эстакад
мосту через
р.
одной из
в г. Сочи
Мзымта в районе в г. Сочи
методике и с использованием предлагаемых
технических решений сейсмозащитных устройств в
Сочи построено более 100 мостовых опор.
Применение этих устройств позволяет на 40-70 %
снизить расчетную нагрузку на опоры и обеспечить
прогнозируемые и легко поддающиеся ремонту
повреждения мостов при редких разрушительных
землетрясениях.

132.

рактер накопления повреждений в конструкции и
обеспечивается ее ремонтопригодность после
разрушительных землетрясений. Это пока
единственная в мире система сейсмо- защиты,
которая обеспечивает нормальную эксплуатацию
моста, не приводя к расстройству пути при
эксплуатационных нагрузках и проектных
землетрясениях.
Таким образом, применение ФПС позволило
реализовать новую систему сейсмозащи- ты
железнодорожных мостов, которая обеспечивает
снижение сейсмических нагрузок при ПЗ и МРЗ и
нормальную эксплуатацию сооружения.
Библиографический список
1. Азаев Т. М. Оценка сейсмостойкости мостов по
условию сброса пролетных строений с опор / Т. М.
Азаев, И. О. Кузнецова, А. М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2003. - Вып. 1. С. 38-42.
2. Белаш Т. А. Сейсмоизоляция. Современное
состояние / Т. А. Белаш, В. С. Беляев, А. М. Уздин и
др. // Избранные статьи профессора О. А. Савинова и
ключевые доклады, представленные на IV Савиновские чтения. - СПб. : Ленинград. Промстройпроект, 2004. - С. 95-128.
3. Березанцева Е. В. Фрикционно-подвижные
соединения на высокопрочных болтах / Е. В. Березанцева, Е. В. Сахарова, А. Ю. Симкин, А. М. Уз- дин
// Междунар. коллоквиум : Болтовые и специальные
монтажные соединения в стальных конструкциях. Т.
1. - М., 1989. - С. 73-76.
4. Деркачев А. А. Исследование свойств стержневых конструкций с упруго-фрикционными соединениями на высокопрочных болтах / А. А. Деркачев, В. С. Давыдов, С. И. Клигерман // Сейсмостойкое строительство. - 1981. - Вып. 3. - С. 7-10.
5. Евдокимов В. В. Несущая способность сдвигоустойчивых соединений с увеличенными отверстиями под высокопрочные болты / В. В. Евдокимов,
В. М. Бабушкин // Междунар. коллоквиум :
Болтовые и специальные монтажные соединения в
стальных конструкциях. Т. 1. - М., 1989. - С. 77-80.
6. Елисеев О. Н. Элементы теории трения, расчет
и технология применения фрикционно-подвижных
соединений / О. Н. Елисеев, И. О. Кузнецова, А. А.
Никитин и др. - СПб. : ВИТУ, 2001. - 75 с.
7. Килимник Л. Ш. О проектировании сейсмостойких зданий и сооружений с заданными параметрами предельных состояний / Л. Ш. Килим- ник
// Строительная механика и расчет сооружений. 1975. - № 2. - С. 40-44.
8. Кузнецова И. О. Сейсмоизоляция - способ
проектирования сооружений с заданными параметрами предельных состояний и сценариев накопления повреждений / И. О. Кузнецова, Ван Хайбинь, А.
М. Уздин, С. А. Шульман // Избранные статьи проф.
О. А. Савинова и ключевые доклады, представленные на VI Савиновские чтения. - СПб., 2010.
- С. 105-120.
9. Савельев В. Н., Уздин А. М., Хусид Р. Г. Болтовое соединение. А. с. СССР № 1168755, МКИ F 16
B 5/02, 35/04, 1983.
10. Савельев В. Н., Уздин А. М., Хусид Р. Г. Болтовое соединение плоских деталей встык. А. с. СССР
№ 1174616, МКИ F 16 B 5/02, 35/04, 1983.
11. Савельев В. Н. Особенности работы соединений на высокопрочных болтах на знакопеременные нагрузки типа сейсмических / В. Н. Савельев, А.
Ю. Симкин // Сейсмостойкое строительство. - 1985. Вып. 10. - С. 20-24.
12. Савельев В. Н., Уздин А. М., Хусид Р. Г., Кистерский С. В. Способ соединения листов в пакет. А.
с. СССР № 1184981, МКИ F 16 B 5/02, 35/04, 1983.
13. Уздин А. М. Сейсмостойкие конструкции
транспортных зданий и сооружений : учеб. пособие /
А. М. Уздин, С. В. Елизаров, Т. А. Белаш. - М. : УМЦ
ЖДТ, 2012. - 500 с.
14. Hashem A. M. The use of the friction-movable
braces for designing the seismic proof structures with
predetermined parameters of ultimate conditions / A.
M. Hashem, A. M. Uzdin // 11-th World Conf.
Earthquake Eng. Paper 51.
15. Kostarev V. V. Providing the earthquake stability
and Increasing the reliability and resources of pipelines
using viscous dampers / V. V. Kostarev, L. Yu. Pavlov,
A. M. Schukin, A. M. Berkovsky // Proc. Workshop
„Bridges seismic isolation and large-scale modeling", St.
Petersburg, 29.06-03.07.2010. - St. Petersburg, 2010. - P.
59-70.
References
1. Azayev T. M., Kuznetsova I. O. & Uzdin A. M.
Seismostoykoye stroitelstvo. Bezopasnost sooru- zheniy Seismic-Resistant Construction. Structure Safety, 2003, Is.
1, pp. 38-42.
2. Belash T. A., Belyayev V. S., Uzdin A. M., Yermoshin A. A. & Kuznetsova I. O. Seismoizolyatsiya.
Sovremennoye sostoyaniye [Seismic Isolation. Modern
Condition]. Izbrannyye statiprofessora O. A.
Savi- nova i klyuchevyye doklady,
predstavlennyye na IV Savinovskiye chteniya
[Selected Articles by Professor O. A. Savinov
and Key Reports Presented at the 4th Savinov
Readings].
St.
Petersburg,
Leningradskiy
Promstroyproyekt, 2004. Pp. 95-128.
3. Berezantseva Ye. V., Sakharova Ye. V., Simkin
A.Yu. & Uzdin A. M. Friktsionno-podvizhnyye soyedineniya na vysokoprochnykh boltakh [Frictional Dynamic Connections with High-Strength Bolts]. Me-
zhdunarodnyy kollokvium: Boltovyye i
spetsialnyye montazhnyye soyedineniya v
stalnykh konstruktsiyakh [International
Colloquim: Bolt and Special On-Site
Connections in Steelwork]. Vol. 1. Moscow, 1989.
Pp. 73-76.

133.

4. Derkachev A. A., Davydov V. S. & Kliger- man S.
Savinov Readings']. St. Petersburg, 2010. Pp. 105-
Seismostoykoye stroitelstvo - Seismic-Resistant Construction, 1981, Is. 3, pp. 7-10.
120.
9. Savelyev V. N., Uzdin A. M. & Khusid R. G. Boltovoye soyedineniye [Bolt Connection]. Invention
Certificate A. S. SSSR N 1168755, MKI F 16 B 5/02,
35/04, 1983.
10. Savelyev V. N., Uzdin A. M. & Khusid R. G. Boltovoye soyedineniye ploskikh detaley vstyk [Butt-toButt Bolt Connection of Flat Parts]. Invention Certificate A. S. SSSR N 1174616, MKI F 16 B 5/02, 35/04,
1983.
11. Savelyev V. N. & Simkin A.Yu. Seismostoykoye
stroitelstvo - Seismic-Resistant Construction, 1985,
Is.10, pp. 20-24.
12. Savelyev V. N., Uzdin A. M., Khusid R. G. &
Kisterskiy S. V. Sposob soyedineniya listov v paket
[Method for Connecting Plates into Piles]. Invention
Certificate A. S. SSSR N 1184981, MKI F 16 B 5/02,
35/04, 1983.
13. Uzdin A. M., Yelizarov S. V. & Belash T.A. Seismostoykiye konstruktsii transportnykh zdaniy i sooruzheniy : uchebnoye posobiye [Seismic-Resistant Designs
for Transport Buildings and Structures : Course
Guide]. Moscow, UMTs ZhDT, 2012. 500 p.
14. Hashem A. M. & Uzdin A. M. The use of the
friction-movable braces for designing the seismic proof
structures with predetermined parameters of ultimate
conditions. Hth World Conf. Earthquake Eng.
Paper 51.
15. Kostarev V. V., Pavlov L.Yu., Schukin A. M. &
Berkovsky A. M. Providing the earthquake stability and
Increasing the reliability and resources of pipelines
using viscous dampers. Proc. Workshop "Bridges
I.
5. Yevdokimov V. V. & Babushkin V. M. Nesushchaya sposobnost sdvigoustoychivykh soyedineniy s
uvelichennymi otverstiyami pod vysokoprochnyye bolty [Bearing Capacity of Shear-Resisting Connections
with Increased Openings for High-Strength Bolts]. Me-
zhdunarodnyy kollokvium: Boltovyye i
spetsialnyye montazhnyye soyedineniya v
stalnykh konstruktsiyakh [International
Colloquim: Bolt and Special On-Site
Connections in Steelwork]. Vol. 1. Moscow, 1989.
Pp. 77-80.
6. Yeliseyev O. N., Kuznetsova I. O., Nikitin A.A.,
Pavlov V.Ye., Simkin A.Yu. & Uzdin A. M. Elementy
teorii treniya, raschet i tekhnologiya primeneniya friktsionno-podvizhnykh soyedineniy [Elements of Friction
Theory, Calculation and Technology for Application of
Frictional Dynamic Connections]. St. Petersburg, VITU,
2001. 75 p.
7. Kilimnik L.Sh. Stroitelnaya mekhanika i raschet
sooruzhenoiy - Construction Mechanics and Structure
Calculation, 1975, no. 2, pp. 40-44.
8. Kuznetsova I. O., Van Khaybin, Uzdin A. M. &
Shulman S.A. Seismoizolyatsiya - sposob proyektirovaniya sooruzheniy s zadannymi parametrami
predelnykh sostoyaniy i stsenariyev nakopleniya povrezhdeniy [Seismic Isolation as a Method for Designing
Structures with Set Parameters of Limit States and
Damage Accumulation Scenarios]. Izbrannyye stati
professora O. A. Savinova i klyuchevyye
doklady, predstavlennyye na VI Savinovskiye
chteniya [Selected Articles by Professor O. A.
Savinov and Key Reports Presented at the 6th
seismic isolation and large-scale modeling",
St. Petersburg, 29.06-03.07.2010. St. Petersburg, 2010.
Pp.
59-70.

134.

*КУЗНЕЦОВА Инна Олеговна - канд. техн. наук, доцент, [email protected]; ВАНИЧЕВА Светлана Сергеевна
- начальник отдела (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I);
ФРЕЗЕ Максим Владимирович - канд. техн. наук; ДОЛГАЯ Анжелика Александровна - канд. техн. наук,
инженер-проектировщик (ОАО «Трансмост»); АЗАЕВ Тагир Магомедович - канд. техн. наук;
ЗАЙНУЛАБИДОВА Ханзада Рауповна - канд. техн. наук (Дагестанский государственный технический
университет).
486

135.

487

136.

488

137.

489

138.

490

139.

491

140.

492

141.

493

142.

494

143.

495

144.

496

145.

497

146.

498

147.

499

148.

500

149.

501

150.

502

151.

503

152.

504

153.

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
505friction 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.

154.

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.
506

155.

507

156.

508

157.

509

158.

510

159.

511

160.

512

161.

513

162.

514

163.

515

164.

Авторы американской фрикционо- кинематических
демпфирующих системы поглощения сейсмической энергии
DAMPERS CAPACITIES AND DIMENSIONS ученые США и
Японии Peter Spoer, CEO Dr.
Imad Mualla, CTO
https://www.damptech.com GET IN TOUCH WITH US!
516

165.

517

166.

518

167.

519

168.

520

169.

Материалы научного сообщения, изобретения, специальные технические условия, альбомы , чертежи,
лабораторные испытания : о новых конструктивных решениях виброгасящих косых компенсаторов для
технологических трубопроводов из полиэтилена , 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] (921) 962-67-78, (996) 798-26-54, (999) 535-47-29 Президент
организации «Сейсмофонд» при СПб ГАСУ Х.Н.Мажиев ИНН 201400780 ОРГН 1022000000824
Подтверждение компетентности организации «Сейсмофонд» при СПб
ГАСУ https://pub.fsa.gov.ru/ral/view/13060/applicant
521