Сейсмоизоляция

1.

Применение косых демпфирующих компенсаторов на
фланцевых соединениях- растянутых элементов трубопровода,
со скошенными торцами и упругими демпферами сухого трения
Е.И.Андреева, зам президента организации «Сейсмофонд» ИНН 2014000780
ОГРН 1022000000824, зам редактора газеты «Земля РОССИИ» (
свидетельство регистрации П 031 от 16.05.94, выданное СЗ рег управлением
Гос комитета РФ по печати ( г СПб) [email protected] (921)962-67-78
Организация является разработчиком косого демпфирующего
компенсатора, фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами с упругими демпферами сухого трения
Известно, какие финансовые потери несут предприятия нефтегазового
комплекса вследствие утечек продукта через уплотнения фланцевых
соединений трубопроводов и технологического оборудования. Также не
секрет, к каким порой катастрофическим последствиям может привести
авария на таком предприятии, в том числе авария, связанная с
повреждением уплотнения и выбросом в атмосферу легковоспламеняющихся,
взрывоопасных или токсичных веществ, а также сколько будет стоить
1

2.

останов производства, связанный с заменой простой детали. Можно только
добавить, что чем тяжелее условия, в которых работает уплотнение, тем
больше будет вероятность его повреждения и серьезнее будут последствия.
И в этом контексте особый интерес вызывают Фланцевое соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие
компенсаторы, ,
которые обеспечивают надежную герметичность и
электрическую изоляцию фланцев при высоком давлении, высокой
температуре и агрессивной среде, сохраняя работоспособность даже в
условиях прямого воздействия пламени. В основе технологии Фланцевого соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения , косых
демпфирующих компенсаторов лежит
изобретения проф дтн ПГУПС А.М.Уздина №№
1143895, 1168755, 1174616 простые стандартные инженерные решения
сухого трения
2

3.

3

4.

Рис. 1. Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения, косые демпфирующие компенсаторы
Однако, фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения, которая изначально была
разработана организацией « Сейсмофонд» при ПГУПС для обеспечения
надежной герметизации и электрической изоляции самых ответственных
фланцевых соединений, работающих в самых тяжелых условиях
(аббревиатура VCS расшифровывается как Very Critical Service), особенно
там, где использовались фланцы RTG, для уплотнения которых применялись
кольцевые прокладки типа «Арм- ко» из фенолформальдегидной смолы,
которые часто выходили из строя.
После проведения серии сравнительных испытаний, продемонстрировавших,
что, фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения с косым демпфирующим компенсатором
превосходит все имеющиеся аналоги, в 1991 г.
С тех пор сотни фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения прошли
испытания узлов и фрагментов в ПКТИ Афонская ул 2, и сейчас могут их
используют практически после испытания для нефтегазовых компании.
Исполнение Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с
в эксплуатацию
,требует доработки и испытания, путем дополнения косому компенсатору,
базовой конструкции высоко огнезащиты фрикционно-подвижных болтовых
упругими демпферами сухого трения, косые демпфирующего компенсатора
4

5.

соединений , который обеспечивает герметичность соединения при
температуре до 815 °С.
На всю продукцию Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными
получено
разрешение Минстроя РФ, в будущем планируется производство Фланцевое
торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого
из нержавеющей стали, на которой нанесено
изолирующее покрытие из усиленной стекловолокном эпоксидной смолы,
имеющее очень высокую прочность на сжатие и изгиб, высокую
электрическую плотность, низкое водопоглощение и рабочую температуру
до 200 °С.
трения –косые демпфирующие компенсаторы
На Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими
демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы,
создающий непроницаемый
барьер для жидкости и газа по всей толщине изолирующего покрытия.
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами
сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы,
обеспечивают герметизацию при
низком давлении. Когда давление среды возрастает и начинает действовать
непосредственно на уплотняющий элемент, кромки уплотнения, под
воздействием давления продукта трубопровода. Таким образом, с ростом
внутреннего давления в стыковочном узле герметичность соединения
увеличивается. При этом сохраняется и электрическая изоляция фланцев.
Применение Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с
упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы,
решает целый ряд
проблем, присущих данному типу соединений.
При использовании Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными
отсутствует
зона контакта рабочей среды с поверхностью фланцев, что предотвращает
их коррозию и эрозию, особенно при наличии в трубопроводе песка, высоких
концентраций H2S и CO2, прочих агрессивных сред. Нагрузка при затяжке
болтов фланцевого соединения с Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы
5

6.

распределяется равномерно, а не концентрируется в зоне впадины для
уплотнительного кольца (а это еще один положительный фактор для
возникновения коррозии во Фланцах и соединениях растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы
что предохраняет от механических повреждений как сам фланец, так и
уплотнение, которое может быть использовано многократно. Еще одним
очевидным преимуществом использования косых компенсаторов, является
техническая возможность замены фланцев на протяжных фрикционноподвижных соединениях в том числе на устьевом нефтепромысловом
оборудовании, более компактными легкими и дешевыми (на 10-30%)
фланцами с гладкой уплотнительной поверхностью. Правда, для
практической реализации указанного преимущества требуется изменение
соответствующих нормативных документов, например СТО. Огнестойкое
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами
сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы, сочетает
в себе положительные
качества технологии демпфирующих косых компенсаторов с новейшим
техническим решением,которое позволило данному уплотнению пройти
испытание на огнестойкость в соответствии с требованиями 3-й редакции
В отличие от стандартной конструкции Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие
имеет два ряда уплотняющих элементов :
первичный –за счет сухого трения и вторичный - в виде специального
покрытия трущихся поверхностей
компенсаторы, косые компенсаторы
Благодаря такому двойному уплотнению Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие
во время пожара косые компенсаторы обеспечивает
огнестойкость, повышенную надежность и требует меньшего усилия
затяжки болтов, чем уплотнения других типов.
компенсаторы -
Изолирующие втулка –гильза для уплотнений шпильки изготавливаются из
закаленной углеродистой стали, на которую нанесено специальное
непроводящее покрытие. Такие шайбы не разрушаются под воздействием
6

7.

пламени, что позволяет избежать ослабления затяжки фланцевого
соединения во время пожара.
Мы надеемся, что Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными
торцами с упругими демпферами сухого трения –косые демпфирующие компенсаторы , найдут
широкое
применение на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях
России.
Более подробно об использовании для трубопроводов
Фланцевое соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения –косые
демпфирующие компенсаторы фрикционно-
демпфирующий косых компенсаторов на
фрикционно-подвижных соединениях , сери ФПС-2015- Сейсмофонд, для
трубопроводов по изобретению Андреева Борис Александровича № 165076
«Опора сейсмостойкая» и патента № 2010136746 «Способ защиты зданий и
сооружений с использованием сдвигоустойчивых и легко сбрасываемых
соединений, использующие систему демпфирования фрикционности и
сейсмоизоляцию для поглощения сейсмической энергии» , № 154506 «Панель
противовзрывная» для газо -нефтяных магистральных трубопроводов,
Японо-Американской фирмой RUBBER BEARING FRICTION DAMPER
(RBFD) HTTPS://WWW.DAMPTECH.COM/-RUBBER-BEARING-FRICTION-DAMPER-RBFD
HTTPS://WWW.DAMPTECH.COM/-RUBBER-BEARING-FRICTION-DAMPER-RBFD
https://www.damptech.com/for-buildings-cover https://www.youtube.com/watch?v=r7q5D6516qg
https://pdfs.semanticscholar.org/9e18/40d8ecd555c288babdf4f3272952788a7127.pdf
Фирмой RUBBER BEARING FRICTION DAMPER (RBFD) разработан и запроектирован амортизирующий демпфер,
который совмещает преимущества вращательного трения амортизируя с вертикальной поддержкой
эластомерного подшипника в виде вставной резины, которая не долговечно и теряет свои свойства при
контрастной температуре , а сам резина крошится. Амортизирующий демпфер испытан фирмы RBFD Damptech ,
где резиновый сердечник, является пластическим шарниром, трубчатого в вида
Seismic resistance GD Damper
https://www.youtube.com/watch?v=I4YOheI-HWk&t=5s
https://www.youtube.com/watch?v=CIZCbPInf5k
https://www.youtube.com/watch?v=ZRJcowT24I8&t=1s
https://www.youtube.com/watch?v=bFjGdgQz1iA
Seismic Friction Damper - Small Model
QuakeTek
https://www.youtube.com/watch?v=YwwyXw7TRhA
7

8.

https://www.youtube.com/watch?v=ViGHmWVvEkU&t=2s
https://www.youtube.com/watch?v=oT4Ybharsxo
Earthquake Protection
Damper
https://www.youtube.com/watch?v=GOkJIhVNUrY&t=2s
Ingeniería Sísmica Básica explicada con marco didáctico QuakeTek
QuakeTek
https://www.youtube.com/channel/UCCGoRHfZQlJ8cwdGJxOQgLQ
https://www.youtube.com/watch?v=aSZa--SaRBY&t=2s
Friction damper for impact absorption
DamptechDK
https://www.youtube.com/watch?v=pkfnGJ6Q7Rw&t=5s
https://www.youtube.com/watch?v=EFdjTDlStGQ
https://www.youtube.com/watch?v=NRmHBla1m8A
На фотографии изобретатель СССР Андреев Борис Александрович, автор
конструктивного решения по использованию демпфирующих компенсаторов на
фрикционно-подвижных болтовых соединениях, для восприятия усилий -за счет
трения, при термически растягивающих нагрузках в трубопроводах , с
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, на фрикционно-подвижных болтовых соединениях, для восприятия
усилий -за счет трения, при термических растягивающих нагрузках в трубопроводах
8

9.

Shinkiсhi Suzuki -Президент фирмы Kawakin Япония, внедрил в Японии
фрикционо- кинематические, демпфирующие системы, на фрикционноподвижных болтовых соединениях, для восприятия усилий -за счет трения, при
термически растягивающих нагрузках в трубопроводах и конструктивные
решения по применении виброгасящей сейсмоизоляции, для сейсмозащиты
железнодорожных мостов в Японии, с системой поглощения и
рассеивания сейсмической энергии проф дтн ПГУПC Уздин А М в
Японии, США , Тайване и Европе
Авторы США, американской фрикционо- кинематических
внедрившие в США изобретения проф дтн А.М.Уздина №№1143895,
1168755, 1174616, 165076 «Опора сейсмостойкая», 2010136746
«Способ защиты зданий и сооружений при взрыве…» ,
демпфирующей и шарнирной сейсмоизоляци и 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!
9

10.

Руководитель и основатель Квакетека расположенного в Монреале, Канаде Джоаквим
Фразао https://www.quaketek.com/products-services/
Friction damper for impact absorption https://www.youtube.com/watch?v=kLaDjudU0zg
Ingeniería Sísmica Básica explicada con marco didáctico QuakeTek
https://www.youtube.com/watch?v=aSZa-SaRBY&feature=youtu.be&fbclid=IwAR38bf6R_q1Pu2TVrudkGJvyPTh4dr4xpd1jFtB4CJK2HgfwmKYOsYtiV2Q
ТКП 45-5.04-274-2012 "Стальные конструкции.
Правила расчета" https://dwg.ru/dnl/13468
10

11.

11

12.

12

13.

13

14.

14

15.

15

16.

Приложения научные публикации доклады на научных конференция СПб ГАСУ https://yadi.sk/d/eg0nFjnEE2ZhMQ
Приложение патенты ,изобретения организации «Сейсмофонд при СПб ГАСУ
https://yadi.sk/i/2RJuRCYmFpougg
Р Е Ф Е Р А Т изобретения на полезную модель Фланцевое соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами МПК F16L 23/00
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с
упругими демпферами сухого трения предназначена для сейсмозащиты , виброзащиты
16

17.

трубопроводов , оборудования, сооружений, объектов, зданий от сейсмических, взрывных,
вибрационных, неравномерных воздействий за счет использования спиралевидной
сейсмоизолирующей опоры с упругими демпферами сухого трения и упругой гофры,
многослойной втулки (гильзы) из упругого троса в полимерной из без полимерной оплетке и
протяжных фланцевых фрикционно- податливых соединений отличающаяся тем, что с
целью повышения сеймоизолирующих свойств спиральной демпфирующей опоры или корпус
опоры выполнен сборным с трубчатым сечением в виде раздвижного демпфирующего
«стакан» и состоит из нижней целевой части и сборной верхней части подвижной в
вертикальном направлении с демпфирующим эффектом, соединенные между собой с
помощью фрикционно-подвижных соединений и контактирующими поверхностями с
контрольным натяжением фрикци-болтов с упругой тросовой втулкой (гильзой) ,
расположенных в длинных овальных отверстиях, при этом пластины-лапы верхнего и
нижнего корпуса расположены на упругой перекрестной гофры (демпфирующих ножках) и
крепятся фрикци-болтами с многослойным из склеенных пружинистых медных пластин
клином, расположенной в коротком овальном отверстии верха и низа корпуса опоры.
https://findpatent.ru/patent/241/2413820.html
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с
упругими демпферами сухого трения , содержащая трубообразный спиралевидный корпусопору в виде перевернутого «стакан» заполненного тощим фиробетоно и сопряженный с ним
подвижный узел из контактирующих поверхностях между которыми проложен
демпфирующий трос в пластмассой оплетке с фланцевыми фрикционно-подвижными
соединениями с закрепленными запорными элементами в виде протяжного соединения.
Кроме того в трубопроводе со скошенными торцами , параллельно центральной оси,
выполнено восемь симметричных или более открытых пазов с длинными овальными
отверстиями, расстояние от торца корпуса, больше расстояния до нижней точки паза
опоры.
Увеличение усилия затяжки фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами, фрикци-болта приводит к уменьшению зазора <Z> корпуса,
увеличению сил трения в сопряжении составных частей корпуса спиралевидной опоры и к
увеличению усилия сдвига при внешнем воздействии.
Податливые демпферы фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения, представляют собой двойную
фрикционную пару, имеющую стабильный коэффициент трения по свинцовому листу в
нижней и верхней части виброизолирующих, сейсмоизолирующих поясов, вставкой со
свинцовой шайбой и латунной гильзой для создания протяжного соединяя.
Сжимающее усилие создается высокопрочными шпильками в спиральной фланцевом
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, с упругими
демпферами сухого трения, с вбитыми в паз шпилек обожженными медными клиньями,
натягиваемыми динамометрическими ключами или гайковертами на расчетное усилие.
Количество болтов определяется с учетом воздействия собственного веса ( массы)
17

18.

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 45-5.04274-2012 (02250), «Стальные конструкции» Правила расчет, Минск, 2013. п. 10.3.2
Сама составное стыковое соединение фланцевого стыка растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения, выполнено со
скошенными торцами в виде , стаканчато-трубного вида на фланцевых, фрикционно –
подвижных соединениях с фрикци-болтами .
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
соединяется , на изготовлено из
фрикци-болтах, с тросовой втулкой (гильзой) - это вибропоглотитель пиковых ускорений
(ВПУ) с помощью которого поглощается вибрационная, взрывная, ветровая, сейсмическая,
вибрационная энергия. Фрикци-болт снижает на 2-3 балла импульсные растягивающие
нагрузки при землетрясениях и взрывной нагрузки от ударной воздушной волны. Фрикци–болт
повышает надежность работы вентиляционного оборудования, сохраняет каркас здания,
мосты, ЛЭП, магистральные трубопроводы за счет уменьшения пиковых ускорений, за счет
протяжных фрикционных соединений, работающих на растяжение. ( 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).
Упругая втулка (гильза) фрикци-болта использующая для фланцевое соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами , состоящая из стального троса в
пластмассовой оплетке или без пластмассовой оплетки, пружинит за счет трения между
тросами, поглощает при этом вибрационные, взрывной, сейсмической нагрузки , что
исключает разрушения сейсмоизолирующего основания , опор под агрегатов, мостов ,
разрушении теплотрасс горячего водоснабжения от тяжелого автотранспорта и вибрации
от ж/д . Надежность friction-bolt на виброизолирующих опорах достигается путем
обеспечения многокаскадного демпфирования при динамических нагрузках, преимущественно
при импульсных растягивающих нагрузках на здание, сооружение, оборудование,труопровоы,
которое устанавливается на спиральных сейсмоизолирующих опорах, с упругими
демпферами сухого трения, на фланцевых фрикционно- подвижных соединениях (ФФПС) по
изобретению "Опора сейсмостойкая" № 165076 E 04 9/02 , опубликовано: 10.10.2016 № 28 от
22.01.2016 ФИПС (Роспатент) Авт. Андреев. Б.А. Коваленко А.И, RU 2413098 F 16 B 31/02
"Способ для обеспечения несущей способности металлоконструкций с высокопрочными
болтами"
В основе фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами ,с упругими демпферами сухого трения, на фрикционных фланцевых соединениях,
на фрикци-болтах (поглотители энергии) лежит принцип который называется
"рассеивание", "поглощение" вибрационной, сейсмической, взрывной, энергии.
Использования фланцевых фрикционно - подвижных соединений (ФФПС) для Фланцевое
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами , с упругими
демпферами сухого трения, на фрикционно –болтовых и протяжных соединениях с
18

19.

демпфирующими узлами крепления (ДУК с тросовым зажимом-фрикци-болтом ), имеет пару
структурных элементов, соединяющих эти структурные элементы со скольжением, разной
шероховатостью поверхностей в виде демпфирующих тросов или упругой гофры (
обладающие значительными фрикционными характеристиками, 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.
В результате взрыва, вибрации при землетрясении, происходит перемещение (скольжение)
фрагментов фланцевых фрикционно-подвижных соединений ( ФФПС) фланцевого соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, с упругими демпферами
сухого трения, скользящих и демпфирующих фрагментами спиральной , винтовой опоры ,
по продольным длинным овальным отверстиям . Происходит поглощение энергии, за счет
трения частей корпуса опоры при сейсмической, ветровой, взрывной нагрузки, что позволяет
перемещаться и раскачиваться спирально-демпфирующей и пружинистого фланцевого
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами на расчетное
допустимое перемещение, до 1-2 см ( по расчету на сдвиг в SCAD Office , и фланцевое
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, рассчитана на
одно, два землетрясения или на одну взрывную нагрузку от ударной взрывной волны.
После длительной вибрационной, взрывной, сейсмической нагрузки, на фланцевое соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами
сухого трения, необходимо заменить, смятые троса ,вынуть из контактирующих
поверхностей, вставить опять в новые втулки (гильзы) , забить в паз латунной шпильки
демпфирующего узла крепления, новые упругопластичный стопорные обожженные медный
многослойный клин (клинья), с помощью домкрата поднять и выровнять фланцевое
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами трубопровод и
затянуть новые фланцевые фрикци- болтовые соединения, с контрольным натяжением, на
начальное положение конструкции с фрикционными соединениями, восстановить
протяжного соединения на фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами , для дальнейшей эксплуатации после взрыва, аварии, землетрясения
для надежной сейсмозащиты, виброизоляции от многокаскадного демпфирования
фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
трубопровода с упругими демпферами сухого трения и усилить основания под трубопровод,
теплотрассу, агрегаты, оборудования, задний и сооружений
Фигуры к заявке на изобретение полезная модель Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
19

20.

Фиг 1 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 2 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
20

21.

Фиг 3 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 4 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
21

22.

Фиг 5 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 6 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 7 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
22

23.

Фиг 8 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 9 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 10 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 11 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
23

24.

Фиг 12 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 13 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 14 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
24

25.

Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 15
Фигуры к заявке на изобретение полезная модель Фланцевое соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
Фиг 1 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
25

26.

Фиг 2 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 3 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
26

27.

Фиг 4 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 5 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 6 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
27

28.

Фиг 7 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 8 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
28

29.

Фиг 9 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 10 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 11 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 12 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
29

30.

Фиг 13 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 14 Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
Фиг 15
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
30
F0416L

31.

Предлагаемое техническое решение предназначено для защиты магистральных
трубопроводов, агрегатов, оборудования, зданий, мостов, сооружений, линий
электропередач, рекламных щитов от сейсмических воздействий за счет
использования фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами, с упругими демпферами сухого трения установленных на
пружинистую гофру с ломающимися демпфирующими ножками при при
многокаскадном демпфировании и динамических нагрузках на протяжных фрикционноеподатливых соединений проф. ПГУПС дтн Уздина А М "Болтовое соединение" №№
1143895 , 1168755 , 1174616 "Болтовое соединение плоских деталей".
Известны фрикционные соединения для защиты объектов от динамических
воздействий. Известно, например, болтовое соединение плоских деталей встык,
патент Фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля №
2413820, «Стыковое соедиение рястянутых элементов» № 887748 и RU №1174616,
F15B5/02 с пр. от 11.11.1983, RU 2249557 D 66C 7/00 " Узел упругого соединения
трехглавного рельса с подкрановой балкой ", RU № 2148 805 G 01 L 5/24 "Способ
определения коэффициента закручивания резьбового соединения "
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано
для фланцевых соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами для технологических , магистральных трубопроводов. Система содержит
фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с
разной жесткостью, демпфирующий элемент стального листа свитого по
спирали. Использование изобретения позволяет повысить эффективность
сейсмозащиты и виброизоляции в резонансном режиме фланцевые соединения в
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
Изобретение относится к строительству и машиностроению и может быть
использовано для виброизоляции магистральных трубопроводов, технологического
оборудования, агрегатов трубопроводов и со смещенным центром масс и др.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является фланцевое
соединение растянутых элементов замкнутого профиля № 2413820 , Стыковое
соединение растянутых элементов № 887748 система по патенту РФ
(прототип), содержащая и описание работы фланцевого соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами
Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность
на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний. Технический результат 31

32.

повышение эффективности демпфирующей сейсмоизоляции в резонансном режиме и
упрощение конструкции и монтажа сейсмоизолирующей опоры.
Это достигается тем, что в демпфирующем фланцевом соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами , содержащей по крайней мер, за
счет демпфирующего фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами трубопровод и сухого трения установлена с использованием
фрикци-болта с забитым обожженным медным упругопластичным клином, конце
демпфирующий элемент, а демпфирующий элемент выполнен в виде медного клина
забитым в паз латунной шпильки с медной втулкой, при этом нижняя часть штока
соединена с основанием спиральной опоры , жестко соединенным с демпирующей
спиральной стальной лентой на фрикционно –подвижных болтовых соединениях для
обеспечения демпфирования фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
На фиг. 1 представленk фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения с пружинистыми
демпферами сухого трения в овальных отверстиях
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
с упругими демпферами сухого трения, виброизолирующая система для зданий и
сооружений, содержит основание 3 и 2 –овальные отверстия , для болтов по
спирали и имеющих одинаковую жесткость и связанных с опорными элементами
верхней части пояса зданий или сооружения я.
Система дополнительно содержит фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами, к которая крепится фрикци-болтом с
пропиленным пазов в латунной шпильки для забитого медного обожженного
стопорного клина ( не показан на фигуре 2 ) и которая опирается на нижний пояс
основания и демпфирующий элемент 1 в виде спиральновидной сейсмоизолирующей
опоры с упругими демпферами сухого трения за счет применения фрикционно –
подвижных болтовых соединениях, выполненных по изобретению проф дтн
ПУГУПС №1143895, 1168755, 1174616, 2010136746 «Способ защиты зданий»,
165076 «Опора сейсмостойкая» В спиралевидную трубчатую опору , после сжатия
расчетной нагрузкой , внутрь заливается тощий по расчету фибробетон по
нагрузкой , сжатой спиральной сейсмоизолирующей опоры
Демпфирующий элемент фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами, с упругими демпферами сухого трения за
счет фрикционно-подвижных соединениях (ФПС)
32

33.

При колебаниях грунта сейсмоизолирующая и виброизолирующее фланцевое
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, для
демпфирующей сейсмоизоляции трубопровода (на чертеже не показан) с упругими
демпферами сухого трения , для спиралевидной сейсмоизолирующей опоры с
упругими демпферами сухого трения , элементы 1 и 4 воспринимают как
вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое
воздействие на демпфирующею сейсмоизоляцию объект, т.е. обеспечивается
пространственную сейсмозащиту, виброзащиту и защита от ударной нагрузки
воздушной волны
Спиральная сейсмоизолирующая опора с упругими демпферами сухого трения, как
виброизолирующая система работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта , фланцеве соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами на основе фрикционо-подвижных
болтовых соединениях , расположенные в длинных овальных отверстиях
воспринимают вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое
воздействие на здание, сооружение, трубопровод.
Горизонтальные нагрузки воспринимаются спиральными сейсмоизоляторами 1, и
разрушение тощего фибробетона 4 расположенного внутри спиральной
демпфирующей опоры .
Предложенная виброизолирующая система является эффективной, а также
отличается простотой при монтаже и эксплуатации.
Упругодемпфирующая фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения работает следующим
образом.
При колебаниях объекта фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения , которые
воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое
воздействие на здание , сооружение . Горизонтальные колебания гасятся за счет
фрикци-болта расположенного в при креплении опоры к основанию фрикци-болтом ,
что дает ему определенную степень свободы колебаний в горизонтальной плоскости.
При малых горизонтальных нагрузках фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами и силы трения между листами пакета и
болтами не преодолеваются. С увеличением нагрузки происходит взаимное
33

34.

проскальзывание листов фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами или прокладок относительно накладок контакта листов с
меньшей шероховатостью.
Взаимное смещение листов происходит до упора болтов в края длинных овальных
отверстий для скольжения при многокаскадном демпфировании и после разрушения
при импульсных растягивающих нагрузках или при многокаскадном демпфировании ,
уже не работают упруго. После того как все болты соединения дойдут до упора
края, в длинных овальных отверстий, соединение начинает работать упруго за счет
трения, а затем происходит разрушение соединения за счет смятия листов и среза
болтов, что нельзя допускать . Сдвиг по вертикали допускается 1 - 2 см или более
Недостатками известного решения аналога являются: не возможность
использовать фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами, 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, патент
TW201400676(A)-2014-01-01. Restraint anti-wind and anti-seismic friction damping device,
E04B1/98, F16F15/10, патент США Structural stel bulding frame having resilient
connectors № 4094111 E 04 B 1/98, RU № 2148805 G 01 L 5/24 "Способ определения
коэффициента закручивания резьбового соединения" , RU № 2413820 "Фланцевое
соединение растянутых элементов замкнутого профиля", Украина № 40190 А
"Устройство для измерения сил трения по поверхностям болтового соединения" ,
Украина патент № 2148805 РФ "Способ определения коэффициента закручивания
резьбового соединения"
Таким образом получаем фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения и
виброизолирующею конструкцию кинематической или маятниковой опоры, которая
выдерживает вибрационные и сейсмические нагрузки но, при возникновении
динамических, импульсных растягивающих нагрузок, взрывных, сейсмических нагрузок,
превышающих расчетные силы трения в сопряжениях, смещается от своего
начального положения
Недостатками указанной конструкции являются: сложность конструкции и
сложность расчетов из-за наличия большого количества сопрягаемых трущихся
поверхностей и надежность болтовых креплений
34

35.

Целью предлагаемого решения является упрощение конструкции, уменьшение
количества сопрягаемых трущихся поверхностей до одного или нескольких
сопряжений отверстий фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами, а также повышение точности расчета при использования
тросовой втулки (гильзы) на фрикци- болтовых демпфирующих податливых креплений
и прокладки между контактирующими поверхностями упругую обмотку из тонкого
троса ( диаметр 2 мм ) в пластмассовой оплетке или без оплетки, скрученного в два
или три слоя пружинистого троса.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что фланцевого соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими
демпферами сухого трения, выполнена из разных частей: нижней - корпус,
закрепленный на фундаменте с помощью подвижного фрикци –болта с пропиленным
пазом, в который забит медный обожженный клин, с бронзовой втулкой (гильзой) и
свинцовой шайбой и верхней - шток сборный в виде, фланцевого соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого
трения, установленный с возможностью перемещения вдоль оси и с ограничением
перемещения за счет деформации и виброизолирующего фланцевого соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, под действием
запорного элемента в виде стопорного фрикци-болта с тросовой виброизолирующей
втулкой (гильзой) с пропиленным пазом в стальной шпильке и забитым в паз медным
обожженным клином.
В верхней и нижней частях фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами выполнены овальные длинные отверстия, и
поперечные отверстия (перпендикулярные к центральной оси), в которые скрепляются
фланцевыми соединениями в растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами с установлением запирающий элемент- стопорный фрикци-болт с
контролируемым натяжением, с медным клином, забитым в пропиленный паз стальной
шпильки и с бронзовой или латунной втулкой ( гильзой), с тонкой свинцовой шайбой.
Кроме того во фланцевом соединении растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами, параллельно центральной оси, выполнены восемь открытых
длинных пазов, которые обеспечивают корпусу возможность деформироваться за
счет протяжных соединений с фрикци- болтовыми демпфирующими,
виброизолирующими креплениями в радиальном направлении.
35

36.

В теле фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами с упругими демпферами сухого трения
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами,
вдоль центральной оси, выполнен длинный паз ширина которого соответствует
диаметру запирающего элемента (фрикци- болта), а длина соответствует заданному
перемещению трубчатой, квадратной или крестообразной опоры. Запирающий элемент
создает нагрузку в сопряжении опоры - корпуса, с продольными протяжными пазами с
контролируемым натяжением фрикци-болта с медным клином обмотанным тросовой
виброизолирующей втулкой (пружинистой гильзой) , забитым в пропиленный паз
стальной шпильки и обеспечивает возможность деформации корпуса и «переход»
сопряжения из состояния возможного перемещения в состояние «запирания» с
возможностью перемещения только под вибрационные, сейсмической нагрузкой,
взрывные от воздушной волны.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на
фиг.1 изображено фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами, с упругими демпферами сухого трения на фрикционных
соединениях с контрольным натяжением ;
на фиг.2 изображен вид с боку фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения со
стопорным (тормозным) фрикци –болт с забитым в пропиленный паз стальной
шпильки обожженным медным стопорным клином;
финн 3 изображен вид с верху , фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
фиг. 4 изображен разрез фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения виброизолирующею,
сейсмоизлирующею опору;
фиг. 5 изображена вид с боку фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
фиг. 6 изображен демпфирующие фрикци –болты с тросовой гильзой (пружинистой
втулкой)
36

37.

фиг. 7 изображена вид с верху фланцевого соединение с овальными отверстиями
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
фиг. 8 изображено фото само фланцевое соединение по замкнутому контуру
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
фиг. 9 изображен косое фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами
фиг. 10 изображена формула расчет фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
фиг. 11 изображено изготовленное фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с косым демпфирующим компенсатором
фиг. 12 изображено протяжное фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами
фиг. 13 изображен способ определения коэффициента закручивания резьбового
соединения" по изобретении. № 2148805 МПК G 01 L 5/25 " Способ определения
коэффициента закручивания резьбового соединения" и № 2413098 "Способ для
обеспечения несущей способности металлических конструкций с высокопрочными
болтами"
фиг. 14 изображено Украинское устройство для определения силы трения по
подготовленным поверхностям для болтового соединения по Украинскому
изобретению № 40190 А, заявление на выдачу патента № 2000105588 от 02.10.2000,
опубликован 16.07.2001 Бюл 8 и в статье Рабера Л.М. Червинский А.Е "Пути
соевршенствоания технологии выполнения фрикционных соединений на высокопрочных
болтах" Национальная металлургический Академия Украины , журнал
Металлургическая и горная промышленность" 2010№ 4 стр 109-112
фиг. 15 изображен образец для испытания и Определение коэффициента трения в ПК
SCAD между контактными поверхностями соединяемых элементов СТП 006-97
Устройство соединений на высокопрочных болтах в стальных конструкциях мостов,
СТАНДАРТ ПРЕДПРИЯТИЯ УСТРОЙСТВО СОЕДИНЕНИЙ НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ
БОЛТАХ В СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ МОСТОВ КОРПОРАЦИЯ «ТРАНССТРОЙ»
МОСКВА 1998, РАЗРАБОТАНого Научно-исследовательским центром «Мосты»
ОАО «ЦНИИС» (канд. техн. наук А.С. Платонов,канд. техн. наук И.Б. Ройзман, инж.
А.В. Кручинкин, канд. техн. наук М.Л. Лобков, инж. М.М. Мещеряков) для испытаний
на вибростойкость, сейсмостойкость образца, фрагмента, узлов крепления
37

38.

протяжных фрикционно подвижных соединений (ФПС) по изобретениям проф ПГУПС
А .М Уздина №№ 1143895, 1168755, 1174616, 165076 «Опора сейсмостойкая»
Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
с упругими демпферами сухого трения, состоит из двух фланцев (нижний целевой),
(верхний составной), в которых выполнены вертикальные длинные овальные отверстия
диаметром «D», шириной «Z» и длиной . Нижний фланец охватывает верхний корпус
трубы (трубопровода) . При монтаже демпфирующего компенсатора, поднимается до
верхнего предела, фиксируется фрикци-болтами с контрольным натяжением, со
стальной шпилькой болта, с пропиленным в ней пазом и предварительно забитым в
шпильке обожженным медным клином. и тросовой пружинистой втулкой (гильзой) В
стенке корпусов виброизолирующей, сейсмоизолирующей кинематической опоры
перпендикулярно оси корпусов опоры выполнено восемь или более длинных овальных
отверстий, в которых установлен запирающий элемент-калиброванный фрикци –болт с
тросовой демпирующей втулкой, пружинистой гильзой, с забитым в паз стальной
шпильки болта стопорным ( пружинистым ) обожженным медным многослойным
упругопластичнм клином, с демпфирующей свинцовой шайбой и латунной втулкой
(гильзой).
Во фланцевом соединении растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами , с упругими демпферами сухого трения, трубно вида в виде скользящих
пластин , вдоль оси выполнен продольный глухой паз длиной «h» (допустимый ход
болта –шпильки ) соответствующий по ширине диаметру калиброванного фрикци болта, проходящего через этот паз. В нижней части демпфирующего компенсатора,
выполнен фланец для фланцевого подвижного соединения с длинными овальными
отверстиями для крепления на фундаменте, а в верхней части корпуса выполнен
фланец для сопряжения с защищаемым объектом, сооружением, мостом
Сборка фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами , заключается в том, что составной ( сборный) фланцевое соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, в виде основного
компенсатора по подвижной посадке с фланцевыми фрикционно- подвижными
соединениям (ФФПС). Паз фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами,, совмещают с поперечными отверстиями
трубчатой спиралевидной опоры в трущихся спиралевидных стенок опоры ,
скрепленных фрикци-болтом (высота опоры максимальна). После этого гайку
затягивают тарировочным ключом с контрольным натяжением до заданного усилия в
зависимости от массы трубопровода,агрегата. Увеличение усилия затяжки гайки на
фрикци-болтах приводит к деформации корпуса и уменьшению зазоров от «Z» до «Z1»
38

39.

в демпфирующем компенсаторе , что в свою очередь приводит к увеличению
допустимого усилия сдвига (усилия трения) в сопряжении отверстие в крестообразной,
трубчатой, квадратной опоре корпуса.
Величина усилия трения в сопряжении внутреннего и наружного корпусов для
фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами,
зависит от величины усилия затяжки гайки (болта) с контролируемым натяжением и
для каждой конкретной конструкции и фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами (компоновки, габаритов, материалов,
шероховатости и пружинистости стального тонкого троса уложенного между
контактирующими поверхностями деталей поверхностей, направления нагрузок и др.)
определяется экспериментально или расчетным машинным способом в ПК SCAD.
Виброизоляция, сейсмоизолирующая фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами демпфирующего компенсатора , сверху и снизу
закреплена на фланцевых фрикционо-подвижных соединениях (ФФПС). Во время
вибрационных нагрузок или взрыве за счет трения между верхним и нижним фланцевым
соединением растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами,
происходит поглощение вибрационной, взрывной и сейсмической энергии. Фрикционноподвижные соединения состоят из скрученных пружинистых тросов- демпферов
сухого трения и свинцовыми (возможен вариант использования латунной втулки или
свинцовых шайб) поглотителями вибрационной , сейсмической и взрывной энергии за
счет демпфирующих фланцевых соединений в растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с тросовой втулки из скрученного тонкого стального троса,
пружинистых многослойных медных клиньев и сухого трения, которые обеспечивают
смещение опорных частей фрикционных соединений на расчетную величину при
превышении горизонтальных вибрационных, взрывных, сейсмических нагрузок от
вибрационных воздействий или величин, определяемых расчетом на основные сочетания
расчетных нагрузок, сама кинематическая опора при этом начет раскачиваться, за
счет выхода обожженных медных клиньев, которые предварительно забиты в
пропиленный паз стальной шпильки при креплении опоры к нижнему и верхнему
виброизолирующему поясу .
Податливые демпферы фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода
со скошенными торцами, представляют собой двойную фрикционную пару, имеющую
стабильный коэффициент трения по упругой многослойной .
39

40.

Сжимающее усилие создается высокопрочными шпильками, натягиваемыми
динамометрическими ключами или гайковертами на расчетное усилие. Количество
болтов определяется с учетом воздействия собственного веса трубопровода
Сама составное фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с фланцевыми фрикционно - подвижными болтовыми
соединениями должна испытываться на сдвиг 1- 2 см
Сжимающее усилие создается высокопрочными шпильками с обожженными медными
клиньями забитыми в пропиленный паз стальной шпильки, натягиваемыми
динамометрическими ключами или гайковертами на расчетное усилие с контрольным
натяжением.
Количество болтов определяется с учетом воздействия собственного веса (массы)
оборудования, сооружения, здания, моста, 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
Фрикци-болт для стыкового демпфирующего косого соединения , фланцевого
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами, является
энергопоглотителем пиковых ускорений (ЭПУ), с помощью которого, поглощается
вибрационная, взрывная, ветровая, сейсмическая, вибрационная энергия. Фрикциболт снижает на 2-3 балла импульсные растягивающие нагрузки при землетрясении и
при взрывной, ударной воздушной волне. Фрикци –болт повышает надежность работы
трубопровода, за счет уменьшения пиковых ускорений, за счет использования
протяжных фрикционных соединений, работающих на растяжение на фрикци- болтах,
установленных в длинные овальные отверстия с контролируемым натяжением в
протяжных соединениях согласно 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.
Тросовая скрученная из стального тонкого троса ( диаметр 2 мм) втулка (гильза)
фрикци-болта при виброизоляции нагревается за счет трения между верхней
составной и нижней целевой пластинами (фрагменты опоры) до температуры
плавления и плавится, при этом поглощаются пиковые ускорения взрывной,
сейсмической энергии и исключается разрушение оборудования, ЛЭП, опор
электропередач, мостов, также исключается разрушение теплотрасс горячего
водоснабжения от тяжелого автотранспорта и вибрации от ж/д.
В основе виброзащиты с использованием фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами, с упругими демпферами сухого трения на
40

41.

фрикционных соединениях, на фрикци-болтах с тросовой втулкой, лежит принцип
который, на научном языке называется "рассеивание", "поглощение" сейсмической,
взрывной, вибрационной энергии.
Виброизолирующая , сейсмоизолирующая кинематическая опора рассчитана на одну
сейсмическую нагрузку (9 баллов), либо на одну взрывную нагрузку. После взрывной или
сейсмической нагрузки необходимо заменить смятые или сломанные гофрированное
виброиозирующее основание, в паз шпильки фрикци-болта, демпфирующего узла
забить новые демпфирующий и пружинистый медные клинья, с помощью домкрата
поднять, выровнять опору и затянуть болты на проектное контролируемое
протяжное натяжение.
При воздействии вибрационных, взрывных нагрузок , сейсмических нагрузок
превышающих силы трения в сопряжении в фланцевом соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами, с упругими демпферами сухого
трения, трубчатого вида , происходит сдвиг трущихся элементов типа шток,
корпуса опоры, в пределах длины спиралевидных паза выполненного в составных частях
нижней и верхней трубчатой опоры, без разрушения оборудования, здания,
сооружения, моста.
О характеристиках виброизолирующего демпфирующего компенсатора - фланцевого
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами,
сообщалось на научной XXVI Международной конференции «Математическое и
компьютерное моделирование в механике деформируемых сред и конструкций», 28.09 30-09.2015, СПб ГАСУ: «Испытание математических моделей установленных на
сейсмоизолирующих фланцевых фрикционно-подвижных соединениях (ФФПС) и их
реализация в ПК SCAD Office» (руководитель испытательной лабораторией ОО
"Сейсмофонд" можно ознакомиться на сайте: https://www.youtube.com/watch?v=BYaYyw-B6s&t=779s
С решениями фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами на фланцевых фрикционно-подвижных соединений (ФПС) и
демпфирующих узлов крепления (ДУК) (без раскрывания новизны технического
решения) можно ознакомиться: см. изобретения №№ 1143895, 1174616,1168755 SU, №
4,094,111 US Structural steel building frame having resilient connectors, TW201400676
Restraint anti-wind and anti-seismic friction damping device (Тайвань).
https://www.maurer.eu/fileadmin/mediapool/01_products/Erdbebenschutzvorrichtungen/Brosch
ueren_TechnischeInfo/MSO_Seismic-Brochure_A4_2017_Online.pdf
41

42.

С лабораторными испытаниями демпфирующего косого компенсатора на основе
фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
на основе фланцевых фрикционно –подвижных соединений для виброизоирующей
кинематической опоры в ПКТИ Строй Тест , ул Афонская дом 2 можно ознакомиться
по ссылке :
https://www.youtube.com/watch?v=XCQl5k_637E
https://www.youtube.com/watch?v=trhtS2tWUZo
https://www.youtube.com/watch?v=ktET4MHW-a8&t=756s
https://www.youtube.com/watch?v=rbO_ZQ3Iud8
https://www.youtube.com/watch?v=qH5ddqeDvE4
https://www.youtube.com/watch?v=sKeW_0jsSLg
Сопоставление с аналогами демпфирующего косого компенсатора для
трубопроводов на основе фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения,
показаны следующие существенные отличия:
1.Косое фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами с упругими демпферами сухого трения выдерживает термические нагрузки
от перепада температуры при транспортировке по трубопроводу газа, кислорода в
больницк
2. Упругая податливость демпфирующего фланцевого соединение растянутых
элементов трубопровода со скошенными торцами регулируется прочностью втулки
тросовой
4. В отличие от резиновых неметаллических прокладок, свойства которой
ухудшаются со временем, из-за старения резины, свойства фланцевое косое
демпфирующее соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами, остаются неизменными во времени, а долговечность их такая же, как у
магистрального трубопровода.
Экономический эффект достигнут из-за повышения долговечности демпфирующей
упругого фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами , так как прокладки на фланцах быстро изнашивающаяся и стареющая
резина , пружинные сложны при расчет и монтаже. Экономический эффект
достигнут также из-за удобства обслуживания узла при эксплуатации фланцевого
косого компенсатора соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами
42

43.

Литература которая использовалась для составления заявки на изобретение:
фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
с упругими демпферами сухого трения косого компенсатора
1. Сабуров В.Ф. Закономерности усталостных повреждений и разработка методов
расчетной оценки долговечности подкрановых путей производственных зданий.
Автореферат диссертации докт. техн. наук. - ЮУрГУ, Челябинск, 2002. - 40 с.
2. Подкрановые конструкции. Патент 2067075. Россия МКИ В 66 С 7/00, 18.10.93.
Бюл.№27, 1997.
3. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Карев М.А. Патент России. RU
№2192383 С1 (Заявка №2000 119289/28 (020257), Подкрановая транспортная
конструкция. Опубликован 10.11.2002.
1. "СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
СДВИГОУСТОЙЧИВЫХ
И
ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ
СОЕДИНЕНИЙ,
ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ
СИСТЕМУ
ДЕМПФИРОВАНИЯ
ФРИКЦИОННОСТИ И СЕЙСМОИЗОЛЯЦИЮ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ И
СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ" № 2010136746 E 04 C 2/09 Дата опубликования
20.01.2013
2. Патент на полезную модель № 165 076 " Опора сейсмостойкая" 10.10.2016 Б.л 28
3. Патент на полезную модель № 154506 "Панель противовзрывная" 27.08.2015 бюл №
28
4.Изобретение № 1760020 "Сейсмостойкий фундамент" 07.09.1992
5. Изобретение № 1011847 "Башня" 30.08.1982
6. Изобретение № 1038457 "Сферический резервуар" 30.08.1982
7. Изобретение № 1395500 "Способ изготовления ячеистобетонных изделий на
пористых заполнителях" 15.05.1988 8. Изобретение № 998300 "Захватное устройство
для колонн" 23.02.1983
9.
Захватное устройство сэндвич-панелей № 24717800 опуб 05 05.2011
10. Стена и способ ее возведения № 1728414 опул 19.06.1989
11. Заявки на изобретение № 20181229421/20(47400) от 10.08.2018 «Опора
сейсмоизолирующая «гармошка». Используется Японии.
12. Заявки на изобретение № 2018105803/20 (008844) от 11.05.2018 «Антисейсмическое
фланцевое фрикционно-подвижное соединение для трубопроводов» F 16L 23/02 ,
13. Заявка на изобретение № 2016119967/20 ( 031416) от 23.05.2016 «Опора
сейсмоизолирующая маятниковая» E04 H 9/02.
1.. Журнал «Сельское строительство» № 9/95 стр.30 «Отвести опасность»
2. Журнал «Жилищное строительство» № 4/95 стр.18 «Использование
сейсмоизолирующего пояса для существующих зданий».
3. Журнал «Жилищное строительство» № 9/95 стр.13 «Сейсмоизоляция малоэтажных
43

44.

жилых зданий»,
4. Журнал «Монтажные и специальные работы в строительстве» № 4/95 стр. 24-25
«Сейсмоизоляция малоэтажных зданий»,
5. Российская газета от 26.07.95 стр.3 «Секреты сейсмостойкости». .
6. Российская газета от 11.06.95 «Землетрясение: предсказание на завтра»
8. Газета «Грозненский рабочий» № 5 февраль 1996 «Честь мундира или сэкономленные
миллиарды»,
9. «Голос Чеченской Республики» 1 февраль 1996 «Башни и баллы» .
10. Республика ЧР № 7 август 1995 «Удар невиданной звезды или через четыре года».
11. Газета «Земля России» за октябрь 1998 стр. 3 «Уникальные технологии
возведения фундаментов без заглубления –
дом на грунте. Строительство на
пучинистых и просадочных грунтах»
12. Газета «Земля России» № 2 ( 26 ) стр. 2-3 « Предложение ученых общественной
организации инженеров «Сейсмофонд» –
Фонда «Защита и безопасность городов»
в области реформы ЖКХ.
13. Журнал «Жизнь и безопасность « № 3/96 стр. 290-294 «Землетрясение по графику»
Ждут ли через четыре года планету
«Земля глобальные и разрушительные
потрясения «звездотрясения» .
14. 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. изданиях С брошюрой «Как построить
сейсмостойкий дом с учетом народного опыта сейсмостойкого строительства
горцами Северного
Кавказа сторожевых башен» с.79 г. Грозный –1996. в ГПБ
им Ленина г. Москва и РНБ СПб пл. Островского, д.3 .
Формула изобретения косого фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами с упругими демпферами сухого
трения
1. Фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами с упругими демпферами сухого трения, демпфирующего косого
компенсатора для магиастрального трубопровода , содержащая:
фланцевое соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными
торцами с упругими демпферами сухого трения на фрикционноподвижных болтовых соединениях, с одинаковой жесткостью с
44

45.

демпфирующий элементов при многокаскадном демпфировании, для
сейсмоизоляции трубопровода и поглощение сейсмической энергии, в
горизонтальнойи вертикальной плоскости по лини нагрузки, при этом
упругие демпфирующие косые компенсаторы , выполнено в виде фланцевого
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами
2. Фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения , повышенной
надежности с улучшенными демпфирующими свойствами, содержащая ,
сопряженный с ним подвижный узел с фланцевыми фрикционно-подвижными
соединениями и упругой втулкой (гильзой), закрепленные запорными
элементами в виде протяжного соединения контактирующих поверхности
детали и накладок выполнены из пружинистого троса между
контактирующими поверхностями, с разных сторон, отличающийся тем, что
с целью повышения надежности демпфирующее сейсмоизоляции, с
демпфирующим эффектом с сухим трением, соединенные между собой с
помощью фрикционно-подвижных соединений с контрольным натяжением
фрикци-болтов с тросовой пружинистой втулкой (гильзы) , расположенных в
длинных овальных отверстиях , с помощью фрикци-болтами с медным
упругоплатичном, пружинистым многослойным, склеенным клином или
тросовым пружинистым зажимом , расположенной в коротком овальном
отверстии верха и низа косого компенсатора для трубопроводов
3. Способ фланцевого соединение растянутых элементов трубопровода со
скошенными торцами с упругими демпферами сухого трения, для
обеспечения несущей способности трубопровода на фрикционно подвижного соединения с высокопрочными фрикци-болтами с тросовой
втулкой (гильзой), включающий, контактирующие поверхности которых
предварительно обработанные, соединенные на высокопрочным фрикциболтом и гайкой при проектном значении усилия натяжения болта,
устанавливают на элемент сейсмоизолирующей опоры ( демпфирующей), для
определения усилия сдвига и постепенно увеличивают нагрузку на накладку до
момента ее сдвига, фиксируют усилие сдвига и затем сравнивают его с
нормативной величиной показателя сравнения, далее, в зависимости от
45

46.

величины отклонения, осуществляют коррекцию технологии монтажа
сейсмоизолирующей опоры, отличающийся тем, что в качестве показателя
сравнения используют проектное значение усилия натяжения высокопрочного
фрикци- болта с медным обожженным клином забитым в пропиленный паз
латунной шпильки с втулкой -гильзы из стального тонкого троса , а
определение усилия сдвига на образце-свидетеле осуществляют устройством,
содержащим неподвижную и сдвигаемую детали, узел сжатия и узел сдвига,
выполненный в виде рычага, установленного на валу с возможностью
соединения его с неподвижной частью устройства и имеющего отверстие
под нагрузочный болт, а между выступом рычага и тестовой накладкой
помещают самоустанавливающийся сухарик, выполненный из закаленного
материала.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отношении усилия сдвига к
проектному усилию натяжения высокопрочного фрикци-болта с втулкой и
тонкого стального троса в оплетке, диапазоне 0,54-0,60 корректировку
технологии монтажа сейсмоизолирующего антивибрационного косого
демпфирующего компенсатора , не производят, при отношении в диапазоне
0,50-0,53 при монтаже увеличивают натяжение болта, а при отношении
менее 0,50, кроме увеличения усилия натяжения, дополнительно проводят
обработку контактирующих поверхностей фланцевого соединение
растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами с
использованием цинконаполненной грунтовокой ЦВЭС , которая
используется при строительстве мостов https://vmpanticor.ru/publishing/265/2394/ http://docs.cntd.ru/document/1200093425.
Государственный комитет по науке и технологиям Республики Беларусь
Национальный центр интеллектуальной собственности 220034 г Минск ул Козлова
20 (017) 285-26-05 [email protected]
Заявление в
Ведущему специалисту центра экспертизы промышленной собственности Н.М.Бортнику 9 мая 2021
Фланцевого соединение растянутых элементов
трубопровода со скошенными торцами ветеран боевых действий
Авторы изобретения
Коваленко Александр Иванович
46

47.

Дата поступления заявки на
выдачу патента на изобретение*:
Дата подачи заявки на выдачу
патента на изобретение*:
09.05.2021
ЗАЯВЛЕНИЕ
о выдаче патента Республики Беларусь на изобретение
Регистрационный номер заявки на выдачу патента на
изобретение*:
В государственное учреждение «Национальный центр
интеллектуальной собственности»
Прошу (просим) выдать патент Республики Беларусь на изобретение
на имя заявителя (заявителей)
Заявитель (заявители): физическое лицо Коваленко Александр Иванович – инвалид I группы по общим заболеваниям
Фамилия, собственное имя, отчество (если таковое имеется) физического лица (физических лиц) и (или) полное наименование
юридического лица (юридических лиц) согласно учредительному документу: Коваленко Александр Иванович
Адрес места жительства (места пребывания) или места нахождения:
197371, г.Санкт-Петербург , а/я газета «Земля РОССИИ» (921) 962-67-78
Фонд поддержки и развития сейсмостойкого строительства "Защита и безопасность
городов" "СЕЙСМОФОНД" Номер телефона (999) 535-47-29 Номер факса (812) 69478-10 Адрес электронной почты* [email protected] [email protected]
Код страны места жительства (места
пребывания) или места нахождения по
стандарту
Всемирной
организации
интеллектуальной собственности (далее –
ВОИС) SТ.3 (если он установлен): СССР
Ленинград
смотреть продолжение на дополнительном листе (листах)
Общегосударственный классификатор предприятий и
Учетный номер плательщика (далее – УНП) ***
организаций Республики Беларусь (далее – ОКПО) ***
ОО "Сейсмофонд" ИНН 2014000780
Организ. "Сейсмофонд"
ОГРН 1022000000824
Наименование юридического лица, которому подчиняется или в состав (систему) которого входит юридическое лицо –
заявитель (заявители) (при наличии) ***: Общественная организация "Фонд поддержки и развития сейсмостойкого
строительства "Защита безопасность городов" "СЕЙСМОФОЕНД" КПП 201401001 ИНН 2014000780
Название заявляемого изобретения (группы изобретений), которое должно совпадать с названием, приводимым
Фланцевое
соединение растянутых элементов трубопровода со скошенными торцами F16L
23/00
в описании изобретения:
изобретение создано при осуществлении научной и научно-технической деятельности в рамках:
государственной научно-технической программы;
региональной научно-технической программы;
отраслевой научно-технической программы, финансируемой за счет средств:
Е04Н 9/02
республиканского бюджета
полностью частично
местного бюджета
полностью частично
государственных целевых бюджетных фондов
полностью частично
государственных внебюджетных фондов
полностью частично
заявитель (заявители) является:
государственным заказчиком;
исполнителем;
лицом, которому право на получение патента на изобретение передано государственным заказчиком (исполнителем)
Заявка на выдачу патента на Дата подачи первоначальной заявки на выдачу патента на изобретение:
изобретение
подается
как
выделенная
Номер первоначальной заявки на выдачу патента на изобретение:
Прошу установить приоритет изобретения по дате****:
подачи первой заявки на выдачу патента на изобретение в государстве – участнике Парижской конвенции по охране
промышленной собственности от 20 марта 1883 года (далее – конвенционный приоритет);
поступления дополнительных материалов к ранее поданной заявке на выдачу патента на изобретение;
подачи более ранней заявки на выдачу патента на изобретение в государственное учреждение «Национальный центр
интеллектуальной собственности».
47

48.

Номер первой заявки на выдачу
патента на изобретение или более
ранней заявки на выдачу патента
на изобретение
Дата испрашиваемого приоритета
Код страны подачи по стандарту ВОИС SТ.3 (при
испрашивании конвенционного приоритета)
________________________________________
Примечание. Бланк заявления оформляется на одном листе с двух сторон.
Адрес для переписки в соответствии с правилами адресования почтовых отправлений с указанием фамилии, собственного
имени, отчества (если таковое имеется) или наименования адресата (заявителя (заявителей), патентного поверенного, общего
представителя): 197371, г.Санкт-Петербург, а/я газета «Земля РОССИИ» , Организация «Сейсмофонд» при ПГУПС
[email protected] [email protected]
Номер тел ( 921) 962-67-78
Номер факc (812) 694-78-10
Адр электр почты [email protected]
Представитель (фамилия, собственное имя, отчество (если таковое имеется), регистрационный номер патентного
поверенного, если представителем назначен патентный поверенный)
является:
патентным поверенным;
общим представителем
Номер тел (996) 798-26-54 Номер факса (812) 694-78-10 Адрес электронной почты: [email protected]
Перечень прилагаемых документов:
Количество
листов в
одном
экземпляре
Количество
экземпляров
48
Основание (основания) для возникновения права
на получение патента на изобретение

49.

1. описание изобретения
2. формула изобретения
(независимые пункты 4 )
3. чертежи
4. реферат
5. документ об уплате патентной пошлины
6. другой документ (указывается конкретно
его назначение): описание прототипа
патент RU 1832165 " Виброизолирующая
опора", RU № 184085
"Виброизолирующий компенсатор"
RU 165076 "Опора сейсмостойкая"
14
1
7
5
3
Инвалид
Ветеран
боевых
действий
1
1
1
1
1
Освобож
ден
Изобретение № 1760020 "Сейсмостойкий
фундамент" 07.09.1992
.
Заявитель (заявители) является:
1) автором (соавторами);
2) нанимателем автора;
3) заказчиком по договору на выполнение научноисследовательских, опытно-конструкторских
или технологических работ в отношении созданного
при выполнении договора изобретения
4) физическим и (или) юридическим лицом
(лицами), которым право на получение патента
передано лицами, указанными в пунктах 1) – 3);
5) правопреемником (правопреемниками) автора
(соавторов);
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 фрикционноподвижное соединение для трубопроводов» F 16L 23/02 ,
13. Заявка на изобретение № 2016119967/20 ( 031416) от
23.05.2016 «Опора сейсмоизолирующая маятниковая» E04 H
9/02.
6) правопреемником (правопреемниками)
нанимателя автора;
7) правопреемником
(правопреемниками)
заказчика по договору на выполнение научноисследовательских, опытно-конструкторских
или технологических работ в отношении созданного
при выполнении договора изобретения;
8) правопреемником (правопреемниками)
физического и (или) юридического лица (лиц), которым
право на получение патента передано лицами,
указанными в пунктах 1) – 3)
. "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
24.Прилагается справка об инвалидности Коваленко Александра Ивановича по общим
заболеваниям - 1 стр согласно НАЛОГОВого КОДЕКСа РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ОСОБЕННАЯ ЧАСТЬ от 29 декабря 2009 г. N 71-З
СТАТЬЯ 263 ЛЬГОТЫ ПО ПАТЕНТНЫМ ПОШЛИНАМ
1. Плательщики – физические лица, если иное не установлено частью
второй настоящего пункта, уплачивают 25 процентов от установленного
размера патентных пошлин (за исключением юридически значимых
действий, за совершение которых взимается патентная пошлина в
соответствии с пунктами 4, 15, 43 - 67, 71 - 75, 77 - 84 приложения 23 к
настоящему Кодексу).
Освобождаются от патентных пошлин (за исключением юридически
значимых действий, за совершение которых взимается патентная пошлина в
соответствии с пунктами 43 - 67, 71 - 75, 77 -84 приложения 23 к настоящему
Кодексу) плательщики – физические лица:
* инвалиды I группы.
* http://www.nalog.gov.by/ru/article263/
25. Прилагается свидетельство о рождении Коваленко
Александра Ивановича о его белорусской национальности
Фигура № __1____ чертежей (если фигур несколько), предлагаемая для публикации с формулой изобретения в официальном
бюллетене патентного органа
Автор (соавторы): Инвалид I группы по общим заболеваниям инвалид первой группы Коваленко Александр Иванович
Фамилия, собственное имя, отчество (если таковое
имеется): Коваленко Александр Иванович
Адрес места жительства (места пребывания), включая код страны по стандарту
ВОИС SТ.3 (если он установлен):
Адрес для переписки для журналистов: а/я газета "Земля
РОССИИ",
197371,
г.
Санкт-Петербург
.
(RU)
[email protected] (999) 535-47-29, (996)798-26-54
смотреть продолжение на дополнительном листе (листах)
Подпись (подписи) заявителя (заявителей) инвалида первой группы или его (их) патентного поверенного с указанием фамилии и
инициалов (от имени юридического лица (юридических лиц) заявление подписывается руководителем этого юридического лица
(юридических лиц) или иным лицом (лицами), уполномоченным на это, с указанием фамилии, инициалов и должности подписывающего
лица (лиц):
(подпись)
Дата подписания: 09.05.2021
Иванович
Инвалид I группы по общим заболеваниям , ветеран боевых действий Коваленко Александр
*
Заполняется государственным учреждением «Национальный центр интеллектуальной собственности».
Если имеется.
***
Заполняется в случае, если заявителем (заявителями) является юридическое лицо (юридические лица) Республики Беларусь.
**
49

50.

****
Заполняется только при испрашивании приоритета более раннего, чем дата поступления заявки на выдачу патента на
изобретение в государственное учреждение «Национальный центр интеллектуальной собственности». Отправлено 9 мая 2021
50

51.

51

52.

52

53.

53

54.

54

55.

55

56.

56

57.

Положительный отзыв ГОССТРОЯ РФ и НТС МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МИНСТРОЙ РОССИИ 117987, ГСП-1, Москва, ул. Строктелей, 8, корп. 2 24- №. 9У № 3-3-1 //33 На № О
рассмотрении проектной документации
57

58.

Директору крестьянского (фермерского) хозяйства "Крестьянская усадьба"
А.И.КОВАЛЕНКО 197371, Санкт-Петербург, пр.Королева, 30-1-135
Директору ГП ЦПП В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело
проектную документацию шифр 1010-2с.94 "Фундаменты сейсмостойкие с
использованием сейсмоизолирующего скользящего поя¬са для
строительства малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7, 8 и 9
баллов. Выпуск 0-1. Фундаменты для существующих зданий. Ма¬териалы
для проектирования", выполненную КФХ "Крестьянская усадь¬ба" по
договору с Минстроем России от 26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2
"Разработка конструкторской документации сейсмостойкого
фундамента с использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса для
существующих зданий"). Разработанная документация была направлена
на экспертизу в Центр проектной продукции массового применения (ГП
ЦПП; экспертное заключение N 260/94), Камчатский Научно-Технический
Центр по сейс¬мостойкому строительству и инженерной защите от
стихийных бедствий (КамЦентр; экспертное заключение N 10-57/94),
работа рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений"
НТС ЦНИИСКа им.Кучеренко, а также заслушана на НТС Минстроя России.
Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что без проведения
разработчи¬ком документации экспериментальной проверки
предлагаемых решений и последующего рассмотрения результатов этой
проверки в установлен¬ном порядке использование работы в массовом
строительстве нецеле¬сообразно.
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09133/94 законченной и, с целью осуществления авторами конт¬роля за
распространением документации, во изменение письма от 21 сентября
1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Кресть¬янская усадьба"
кальки чертежей шифр 1010-2С.94, выпуск 0-2.
58

59.

Главпроект обращает внимание руководства КФХ "Крестьянская усадьба"
и разработчиков документации на ответственность за ре¬зультаты
применения в практике проектирования и строительства
сейсмоизолирующего скользящего пояса по чертежам шифр 1010-2С.94,
выпуски 0-1 и 0-2,
Приложение: экспертное заключение КамЦентра на 6 л.
Зам.начальника Главпроекта Барсуков 930 54 87 А.Сергеев
МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МИНСТРОЙ РОССИИ
117987, ГСП-1, Москва, ул. Строителей, 8, корп. 2
и. и. ЧУ № з-з-1 А
На№О рассмотрении проектной документации
Директору крестьянского
(фермерского) хозяйства
"Крестьянская усадьба"
А.И.КОВАЛЕНКО
197371, Санкт-Петербург,пр.Королева, 30-1-135
Директору ГП ЦПП В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело
проектную документацию шифр 1010-2с. 94 "Фундаменты сейсмостойкие с
использованием сеисмоизолирующего скользящего поя¬са для
строительства малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7, 8 и 9
баллов. Выпуск 0-1. Фундаменты для существующих зданий. Материалы
для проектирования", выполненную КФХ "Крестьянская усадьба" по
59

60.

договору с Минстроем России от 26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2
"Разработка конструкторской документации сейсмостойкого
фундамента с использованием сеисмоизолирующего скользящего пояса для
существующих зданий").
Разработанная документация была направлена на экспертизу в Центр
проектной продукции массового применения (ГП ЦПП; экспертное
заключение N 260/94), Камчатский Научно-Технический Центр по
сейс¬мостойкому строительству и инженерной защите от стихийных
бедствий (КамЦентр; экспертное заключение N 10-57/94), работа
рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений" НТС
ЦНИИСКа им.Кучеренко, а также заслушана на НТС Минстроя России.
Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что без проведения
разработчи¬ком документации экспериментальной проверки
предлагаемых решений и последующего рассмотрения результатов этой
проверки в установлен¬ном порядке использование работы в массовом
строительстве нецеле¬сообразно .
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09133/94 законченной и, с целью осуществления авторами конт¬роля за
распространением документации, во изменение письма от 21 сентября
1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Кресть¬янская усадьба"
кальки чертежей шифр 1010-2с.94, выпуск 0-2.
Главпроект обращает внимание руководства КФХ "Крестьянская усадьба"
и разработчиков документации на ответственность за ре¬зультаты
применения в практике проектирования и строительства
сеисмоизолирующего скользящего пояса по чертежам шифр 1010-2С.94,
выпуски 0-1 и 0-2.
Приложение:
экспертное заключение КамЦентра на 6 л.
60

61.

Зам.начальника Главпроекта Барсуков 930 54 87
Выписка отзыв из НТС Госстроя РОССИИ МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКИЙ СОВЕТ ВЫПИСКА ИЗ
ПРОТОКОЛА заседания Секции научно-исследовательских и проектно
изыскательских работ, стандартизации и технического нормирования
Научно-технического совета Минстроя России
г. Москва 4 • .1 N 23-13/3 15 ноября ■1994 т. Присутствовали: от
Минстроя России от ЦНИСК им. Кучеренко от ЦНИИпромзданий
Вострокнутоз КХ Г. , Абарыкоз Е. П. , Гофман Г. Н. , Сергеев Д. А. , Гринберг
И. Е. , Денисов Б. И. , Ширя-ез Б. А. , Бобров Ф. В. , Казарян Ю. А. Задарено к
А. Б. , Барсуков В. П. , Родина И. В. , Головакцев Е. М. , Сорокин А. Ы. , Се
кика В. С. Айзенберг Я. М / Адексеенков Д. А. , Кулыгин Ю. С. , Смирнов В. И. ,
Чиг-ркн С. И. , Ойзерман В. И. , Дорофеев В. М. , Сухов Ю. П. , Дашезский М.
А. Гиндоян А. П. , Иванова В. И. , Болтухов А. А. , Нейман А. И. , Ма лин И.
С.
от ПКИИИС
от КФХ"Крестьянская усадьба" Севоетьянов 3. В, Коваленко А.И.
от ШШОСП им. Герсезанова от АО. ЩИИС
от КБ по железобетону им. Якушева
от Объединенного института физики земли РАН
от ПромтрансНИИпроекта
от Научно-инженерного и координационного сейсмо¬логического центра
РАН
61

62.

от ЦНИИпроектстальконструкция ИМЦ "Стройизыскания" Ассоциация
"Югстройпроект"
от УКС Минобороны России (г. Санкт-Петербург) Ставницер М -Р.
Шестоперов Г. С. Афанасьев П. Г. Уломов В. И. , Штейнберг В. В. Федотов
Б. Г. Фролова Е И. Бородин Л. С. Баулин Ю. И. Малик А. Н. Беляев В. С.
2. О сейсмоизоляции существующих жилых домов, как способ повышения
сейсмостойкости малоэтажных жилых зданий. Рабочие чертежи серии
1.010.-2с-94с. Фундаменты сейсмостойкие с использованием
сейсмоизолирущего скользящего пояса для строительства малоэтажных
зданий в районах сейсмичностью 7,8,9 баллов
1. Заслушав сообщение А. И. Коваленко, отметить, что по договору N
4.2-09-133/94 с Минстроем России КФК "Крестьянская усадьба" выполняет
за работу "Фундаменты сейсмостойкие с использованием
сейсмоизолируюшего пояса для строительства малоэтажных зданий в
районах сейсмичностью 7, з и 9 баллов". В основу работы положен
принцип создания в цокольной части здания сейсмоизолируюшего пояса,
поглощающего энергию как горизонтальных, так и-вертикальных
нагрузок от сейсмических воздействий при помощи резино -щебеночных
амортизаторов и ограничителей перемещений.
К настоящему времени завершен первый этап работы - подготовлены
материалы для проектирования фундаментов для вновь строящихся
зданий. Второй этап работы, направленный на повышение
сейсмостойкости существующих зданий, не завершен. Материалы
работы по второму этапу предложены к промежуточному рассмотрению
на заседании Секции.
Представленные материалы рассмотрены НТС ЦНИИСК им. Кучеренко (
Головной научно-исследовательской организацией министерства по
62

63.

проблеме сейсмостойкости зданий и сооружений) и не содержат
принципиально Д технических решений и методов производства работ.
Решили:
1. Принять к сведению сообщение А.И.Коваленко по указанному вопросу .
2. Рекомендовать Главпроекту при принятии законченной разработки
"проектно-сметной документации сейсмостойкого Фундамента с
использованием скользящего пояса (Типовые проектные решения)
учесть сообщение А. И. Коваленко и заключение НТС ЦНИИСК, на
котором были рассмотрены предложения сейсмоустойчивости
инженерных систем жизнеобеспечения ( водоснабжения, теплоснабжения,
канализации и газораспределения) .
Зам. председателя Секции научно-исследовательских и проектноизыскательских работ, стандартизации и технического нормировав ' Ю. Г.
Вострокнутов В. С. Сенина
Ученый секретарь Секции научно-исследовательских и проектноизыскательских работ, стандартизации и технического нормирование
МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНСТРОЙ
РОССИИ 117937 ГСП 1 Москва ул. Строителей 3 корп. 2 П. М 7 У №
3-3-1
На № О рассмотрении проектной документации
Директору крестьянского (фермерского) хозяйства "Крестьянская
усадьба" А.И КОВАЛЕНКО
197371, Санкт-Петербург пр.Королева, 30-1-135 Директору ГП ЦПП
В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело
проектную документацию шифр 1010-2с.94 "Фундаменты сейсмостойкие с
63

64.

использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса для
строительства малоэтажных зданий а районах сейсмичностью 7, 8 и 9
баллов. Выпуск 0-1. Фундаменты для существующих зданий. Материалы
для проектирования", выполненную КФХ "Крестьянская усадьба" по
договору с Минстроем России от 26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2
"Разработка конструкторской документации сейсмостойкого
фундамента с. использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса
для существующих зданий").
Разработанная документация была направлена на экспертизу в Центр
проектной продукции массового применения (ГП ЦПП; экспертное
заключение N 260/94), Камчатский Научно-технический Центр по
сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных
бедствий (КамЦентр; экспертное заключение N 10-57/94), работа
рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений" НТС
ЦНИИСКа им.Кучеренко, а также заслушана на НТС Минстроя России.
Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что без проведения
разработчиком документации экспериментальной проверки предлагаемых
решений и последующего рассмотрения результатов этой проверки в
установленном порядке использование работы в массовом строительстве
нецелесообразно.
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09133/94 законченной и, с целью осуществления авторами контроля за
распространением документации, во изменение письма от 21 сентября
1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Крестьянская усадьба"
кальки чертежей шифр 1010-2с.94, выпуск 0-2. Главпроект обращает
внимание' руководства КФХ "Крестьянская усадьба" и разработчиков
документации на ответственность за результаты применения в
практике проектирования и строительства сейсмоизолирующего
скользящего пояса по чертежам шифр 1010-2с.94, выпуски 0-1 и 0-2.
64

65.

Приложение: экспертное заключение КамЦентра на 6 л. Зам.начальника
Главпроекта Барсуков 930 54 87 .А.Сергеев
А.Сергеев
Приложение к проекту и пояснительной записке СТУ положительное решение НТС Минстроя
Выписка отзыв из НТС Госстроя РОССИИ МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКИЙ
СОВЕТ ВЫПИСКА ИЗ ПРОТОКОЛА заседания Секции научно-исследовательских и проектно изыскательских работ, стандартизации и
технического нормирования Научно-технического совета Минстроя России
г. Москва 4 • .1
N 23-13/3
15 ноября ■1994 т.
Присутствовали: от Минстроя России от ЦНИСК им. Кучеренко
от ЦНИИпромзданий
Вострокнутоз КХ Г. , Абарыкоз Е. П. , Гофман Г. Н. , Сергеев Д. А. , Гринберг И. Е. , Денисов Б. И. , Ширя-ез Б. А. , Бобров Ф. В. , Казарян
Ю. А. Задарено к А. Б. , Барсуков В. П. , Родина И. В. , Головакцев Е. М. , Сорокин А. Ы. , Се кика В. С. Айзенберг Я. М / Адексеенков Д. А. ,
Кулыгин Ю. С. , Смирнов В. И. , Чиг-ркн С. И. , Ойзерман В. И. , Дорофеев В. М. , Сухов Ю. П. , Дашезский М. А. Гиндоян А. П. , Иванова В.
И. , Болтухов А. А. , Нейман А. И. , Ма лин И. С.
от ПКИИИС
от КФХ"Крестьянская усадьба" Севоетьянов 3. В, Коваленко А.И.
от ШШОСП им. Герсезанова от АО. ЩИИС
от КБ по железобетону им. Якушева
от Объединенного института физики земли РАН
от ПромтрансНИИпроекта
от Научно-инженерного и координационного сейсмо¬логического центра РАН
от ЦНИИпроектстальконструкция ИМЦ "Стройизыскания" Ассоциация "Югстройпроект"
от УКС Минобороны России (г. Санкт-Петербург) Ставницер М -Р. Шестоперов Г. С. Афанасьев П. Г. Уломов В. И. , Штейнберг В. В.
Федотов Б. Г. Фролова Е И. Бородин Л. С. Баулин Ю. И. Малик А. Н. Беляев В. С.
2. О сейсмоизоляции существующих жилых домов, как способ повышения сейсмостойкости малоэтажных жилых зданий. Рабочие чертежи
серии • 1.010.-2с-94с. Фундаменты сейсмостойкие с использованием сейсмоизолирущего скользящего пояса для строительства
малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7,8,9 баллов
1. Заслушав сообщение А. И. Коваленко, отметить, что по договору N 4.2-09-133/94 с Минстроем России КФК "Крестьянская усадьба"
выполняет за работу "Фундаменты сейсмостойкие с использованием сейсмоизолируюшего пояса для строительства малоэтажных зданий в
районах сейсмичностью 7, з и 9 баллов". В основу работы положен принцип создания в цокольной части здания сейсмоизолируюшего пояса,
поглощающего энергию как горизонтальных, так и-вертикальных нагрузок от сейсмических воздействий при помощи резино -щебеночных
амортизаторов и ограничителей перемещений.
К настоящему времени завершен первый этап работы - подготовлены материалы для проектирования фундаментов для вновь строящихся
зданий. Второй этап работы, направленный на повышение сейсмостойкости существующих зданий, не завершен. Материалы работы по
второму этапу предложены к промежуточному рассмотрению на заседании Секции.
Представленные материалы рассмотрены НТС ЦНИИСК им. Кучеренко ( Головной научно-исследовательской организацией министерства
по проблеме сейсмостойкости зданий и сооружений) и не содержат принципиально Д технических решений и методов производства работ.
Решили:
1. Принять к сведению сообщение А.И.Коваленко по указанному вопросу .
2. Рекомендовать Главпроекту при принятии законченной разработки "проектно-сметной документации сейсмостойкого Фундамента с
использованием скользящего пояса (Типовые проектные решения) учесть сообщение А. И. Коваленко и заключение НТС
ЦНИИСК, на котором были рассмотрены предложения сейсмоустойчивости инженерных систем жизнеобеспечения ( водоснабжения,
теплоснабжения, канализации и газораспределения) .
65

66.

Зам. председателя Секции научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ, стандартизации и технического нормировав ' Ю. Г.
Вострокнутов
В. С. Сенина
Ученый секретарь Секции научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ, стандартизации и технического нормирование
МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНСТРОЙ РОССИИ 117937 ГСП 1 Москва ул. Строителей 3 корп. 2 П. М ■ 7 У № 3-3-1
На № О рассмотрении проектной документации
Директору крестьянского (фермерского) хозяйства "Крестьянская усадьба" А.И КОВАЛЕНКО
197371, Санкт-Петербург пр.Королева, 30-1-135 Директору ГП ЦПП В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело проектную документацию шифр 1010-2с.94 "Фундаменты сейсмостойкие с
использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса для строительства малоэтажных зданий а районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. Выпуск 0-1.
Фундаменты для существующих зданий. Материалы для проектирования", выполненную КФХ "Крестьянская усадьба" по договору с Минстроем России от
26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2 "Разработка конструкторской документации сейсмостойкого фундамента с. использованием сейсмоизолирующего
скользящего пояса для существующих зданий").
Разработанная документация была направлена на экспертизу в Центр проектной продукции массового применения (ГП ЦПП; экспертное заключение N
260/94), Камчатский Научно-технический Центр по сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий (КамЦентр; экспертное
заключение N 10-57/94), работа рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений" НТС ЦНИИСКа им.Кучеренко, а также заслушана на НТС
Минстроя России. Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что без проведения разработчиком документации экспериментальной проверки
предлагаемых решений и последующего рассмотрения результатов этой проверки в установленном порядке использование работы в массовом
строительстве нецелесообразно.
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09-133/94 законченной и, с целью осуществления авторами контроля за
распространением документации, во изменение письма от 21 сентября 1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Крестьянская усадьба" кальки
чертежей шифр 1010-2с.94, выпуск 0-2. Главпроект обращает внимание' руководства КФХ "Крестьянская усадьба" и разработчиков документации на
ответственность за результаты применения в практике проектирования и строительства сейсмоизолирующего скользящего пояса по чертежам шифр 10102с.94, выпуски 0-1 и 0-2. Приложение: экспертное заключение КамЦентра на 6 л.
Зам.начальника Главпроекта Барсуков 930 54 87 .А.Сергеев
МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МИНСТРОЙ РОССИИ
117987, ГСП-1, Москва, ул. СтроктелеЙ, 8, корп. 2
24- №. 9У
На№
№ 3-3-1 //33
О рассмотрении проектной документации
Директору крестьянского
(фермерского) хозяйства
"Крестьянская усадьба"
А.И.КОВАЛЕНКО
197371, Санкт-Петербург,
пр.Королева, 30-1-135
Директору ГП ЦПП В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело проектную документацию шифр
1010-2с.94 "Фундаменты сейсмостойкие с использованием сейсмоизолирующего скользящего поя¬са для
строительства малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. Выпуск 0-1. Фундаменты для
существующих зданий. Ма¬териалы для проектирования", выполненную КФХ "Крестьянская усадь¬ба" по
договору с Минстроем России от 26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2 "Разработка конструкторской
66

67.

документации сейсмостойкого фундамента с использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса для
существующих зданий").
Разработанная документация была направлена на экспертизу в Центр проектной продукции массового
применения (ГП ЦПП; экспертное заключение N 260/94), Камчатский Научно-Технический Центр по
сейс¬мостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий (КамЦентр; экспертное заключение
N 10-57/94), работа рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений" НТС ЦНИИСКа
им.Кучеренко, а также заслушана на НТС Минстроя России. Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что
без проведения разработчи¬ком документации экспериментальной проверки предлагаемых решений и
последующего рассмотрения результатов этой проверки в установлен¬ном порядке использование работы в
массовом строительстве нецеле¬сообразно.
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09-133/94 законченной и, с целью
осуществления авторами конт¬роля за распространением документации, во изменение письма от 21 сентября
1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Кресть¬янская усадьба" кальки чертежей шифр 1010-2С.94,
выпуск 0-2.
Главпроект обращает внимание руководства КФХ "Крестьянская усадьба" и разработчиков документации на
ответственность за ре¬зультаты применения в практике проектирования и строительства сейсмоизолирующего
скользящего пояса по чертежам шифр 1010-2С.94, выпуски 0-1 и 0-2,
Приложение:
экспертное заключение КамЦентра на 6 л.
Зам.начальника Главпроекта Барсуков 930 54 87
А.Сергеев
МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МИНСТРОЙ РОССИИ
117987, ГСП-1, Москва, ул. Строителей, 8, корп. 2
и. и. ЧУ № з-з-1 А
На№ О рассмотрении проектной документации
Директору крестьянского
(фермерского) хозяйства
"Крестьянская усадьба"
А.И.КОВАЛЕНКО
197371, Санкт-Петербург,
пр.Королева, 30-1-135
Директору ГП ЦПП В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело проектную документацию шифр
1010-2с. 94 "Фундаменты сейсмостойкие с использованием сеисмоизолирующего скользящего поя¬са для
строительства малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. Выпуск 0-1. Фундаменты для
существующих зданий. Ма¬териалы для проектирования", выполненную КФЯ "Крестьянская усадь¬ба" по
67

68.

договору с Минстроем России от 26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2 "Разработка конструкторской
документации сейсмостойкого фундамента с использованием сеисмоизолирующего скользящего пояса для
существующих зданий").
Разработанная документация была направлена на экспертизу в Центр проектной продукции массового
применения (ГП ЦПП; экспертное заключение N 260/94), Камчатский Научно-Технический Центр по
сейс¬мостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий (КамЦентр; экспертное заключение
N 10-57/94), работа рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений" НТС ЦНИИСКа
им.Кучеренко, а также заслушана на НТС Минстроя России. Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что
без проведения разработчи¬ком документации экспериментальной проверки предлагаемых решений и
последующего рассмотрения результатов этой проверки в установлен¬ном порядке использование работы в
массовом строительстве нецеле¬сообразно .
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09-133/94 законченной и, с целью
осуществления авторами конт¬роля за распространением документации, во изменение письма от 21 сентября
1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Кресть¬янская усадьба" кальки чертежей шифр 1010-2с.94,
выпуск 0-2.
Главпроект обращает внимание руководства КФХ "Крестьянская усадьба" и разработчиков документации на
ответственность за ре¬зультаты применения в практике проектирования и строительства сеисмоизолирующего
скользящего пояса по чертежам шифр 1010-2С.94, выпуски 0-1 и 0-2.
Приложение: экспертное заключение КамЦентра на 6 л.
Зам.начальника Главпроекта Барсуков 930 54 87
Выписка отзыв из НТС Госстроя РОССИИ МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКИЙ СОВЕТ ВЫПИСКА ИЗ ПРОТОКОЛА заседания Секции научно-исследовательских и
проектно изыскательских работ, стандартизации и технического нормирования Научно-технического совета
Минстроя России
г. Москва 4 • .1 N 23-13/3 15 ноября ■1994 т.
Кучеренко от ЦНИИпромзданий
Присутствовали: от Минстроя России от ЦНИСК им.
острокнутоз КХ Г. , Абарыкоз Е. П. , Гофман Г. Н. , Сергеев Д. А. , Гринберг И. Е. , Денисов Б. И. , Ширя-ез Б. А.
, Бобров Ф. В. , Казарян Ю. А. Задарено к А. Б. , Барсуков В. П. , Родина И. В. , Головакцев Е. М. , Сорокин А.
Ы. , Се кика В. С. Айзенберг Я. М / Адексеенков Д. А. , Кулыгин Ю. С. , Смирнов В. И. , Чиг-ркн С. И. , Ойзерман
В. И. , Дорофеев В. М. , Сухов Ю. П. , Дашезский М. А. Гиндоян А. П. , Иванова В. И. , Болтухов А. А. , Нейман
А. И. , Ма лин И. С.
от ПКИИИС
от КФХ"Крестьянская усадьба" Севоетьянов 3. В, Коваленко А.И.
от ШШОСП им. Герсезанова от АО. ЩИИС
от КБ по железобетону им. Якушева
от Объединенного института физики земли РАН
от ПромтрансНИИпроекта
от Научно-инженерного и координационного сейсмо¬логического центра РАН
от ЦНИИпроектстальконструкция ИМЦ "Стройизыскания" Ассоциация "Югстройпроект"
68

69.

от УКС Минобороны России (г. Санкт-Петербург) Ставницер М -Р. Шестоперов Г. С. Афанасьев П. Г. Уломов В.
И. , Штейнберг В. В. Федотов Б. Г. Фролова Е И. Бородин Л. С. Баулин Ю. И. Малик А. Н. Беляев В. С.
2. О сейсмоизоляции существующих жилых домов, как способ повышения сейсмостойкости малоэтажных жилых
зданий. Рабочие чертежи серии • 1.010.-2с-94с. Фундаменты сейсмостойкие с использованием
сейсмоизолирущего скользящего пояса для строительства малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7,8,9
баллов
1. Заслушав сообщение А. И. Коваленко, отметить, что по договору N 4.2-09-133/94 с Минстроем России КФК
"Крестьянская усадьба" выполняет за работу "Фундаменты сейсмостойкие с использованием
сейсмоизолируюшего пояса для строительства малоэтажных зданий в районах сейсмичностью 7, з и 9 баллов".
В основу работы положен принцип создания в цокольной части здания сейсмоизолируюшего пояса,
поглощающего энергию как горизонтальных, так и-вертикальных нагрузок от сейсмических воздействий при
помощи резино -щебеночных амортизаторов и ограничителей перемещений.
К настоящему времени завершен первый этап работы - подготовлены материалы для проектирования
фундаментов для вновь строящихся зданий. Второй этап работы, направленный на повышение сейсмостойкости
существующих зданий, не завершен. Материалы работы по второму этапу предложены к промежуточному
рассмотрению на заседании Секции.
Представленные материалы рассмотрены НТС ЦНИИСК им. Кучеренко ( Головной научно-исследовательской
организацией министерства по проблеме сейсмостойкости зданий и сооружений) и не содержат
принципиально Д технических решений и методов производства работ.
Решили:
1. Принять к сведению сообщение А.И.Коваленко по указанному вопросу .
2. Рекомендовать Главпроекту при принятии законченной разработки "проектно-сметной документации
сейсмостойкого Фундамента с использованием скользящего пояса (Типовые проектные решения)
учесть сообщение А. И. Коваленко и заключение НТС
ЦНИИСК, на котором были рассмотрены
предложения сейсмоустойчивости инженерных систем жизнеобеспечения ( водоснабжения, теплоснабжения,
канализации и газораспределения) .
Зам. председателя Секции научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ, стандартизации и
технического нормировав ' Ю. Г. Вострокнутов
В. С. Сенина
Ученый секретарь Секции научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ, стандартизации и
технического нормирование
МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНСТРОЙ РОССИИ
Москва ул. Строителей 3 корп. 2 П. М ■ 7 У № 3-3-1
117937 ГСП 1
На № О рассмотрении проектной документации
Директору крестьянского (фермерского) хозяйства
"Крестьянская усадьба" А.И КОВАЛЕНКО
197371, Санкт-Петербург пр.Королева, 30-1-135 Директору ГП ЦПП В.Н.КАЛИНИНУ
Главное управление проектирования и инженерных изысканий рассмотрело проектную документацию шифр 10102с.94 "Фундаменты сейсмостойкие с использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса для строительства
малоэтажных зданий а районах сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. Выпуск 0-1. Фундаменты для существующих
зданий. Материалы для проектирования", выполненную КФХ "Крестьянская усадьба" по договору с Минстроем
России от 26 апреля 1994 г. N 4.2-09-133/94 (этап 2 "Разработка конструкторской документации сейсмостойкого
69

70.

фундамента с. использованием сейсмоизолирующего скользящего пояса для существующих зданий").
Разработанная документация была направлена на экспертизу в Центр проектной продукции массового
применения (ГП ЦПП; экспертное заключение N 260/94), Камчатский Научно-технический Центр по
сейсмостойкому строительству и инженерной защите от стихийных бедствий (КамЦентр; экспертное заключение
N 10-57/94), работа рассмотрена на заседании секции "Сейсмостойкость сооружений" НТС ЦНИИСКа
им.Кучеренко, а также заслушана на НТС Минстроя России. Результаты экспертиз и рассмотрений показали, что
без проведения разработчиком документации экспериментальной проверки предлагаемых решений и
последующего рассмотрения результатов этой проверки в установленном порядке использование работы в
массовом строительстве нецелесообразно.
В связи с изложенным Главпроект считает работу по договору N 4.2-09-133/94 законченной и, с целью
осуществления авторами контроля за распространением документации, во изменение письма от 21 сентября
1994 г. N 9-3-1/130, поручает ГП ЦПП вернуть КФХ "Крестьянская усадьба" кальки чертежей шифр 1010-2с.94,
выпуск 0-2. Главпроект обращает внимание' руководства КФХ "Крестьянская усадьба" и разработчиков
документации на ответственность за результаты применения в практике проектирования и строительства
сейсмоизолирующего скользящего пояса по чертежам шифр 1010-2с.94, выпуски 0-1 и 0-2. Приложение:
экспертное заключение КамЦентра на 6 л. Зам.начальника Главпроекта Барсуков 930 54 87 .А.Сергеев
А.Сергеев
70

71.

71

72.

72

73.

73

74.

74

75.

75

76.

76

77.

77

78.

78

79.

79

80.

80

81.

81

82.

82

83.

83

84.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU 2010136746
(11)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
2010
(13)
A
(51) МПК
(12)
E04C 2/00 (2006.01)
ЗАЯВКА НА ИЗОБРЕТЕНИЕ
Состояние делопроизводства: Экспертиза завершена (последнее изменение статуса: 02.10.2013)
(21)(22) Заявка: 2010136746/03, 01.09.2010
(71) Заявитель(и):
Открытое акционерное общество "Теплант" (RU)
Приоритет(ы):
(72) Автор(ы):
(22) Дата подачи заявки: 01.09.2010
Подгорный Олег Александрович (RU),
(43) Дата публикации заявки: 20.01.2013 Бюл. № 2
Акифьев Александр Анатольевич (RU),
Тихонов Вячеслав Юрьевич (RU),
Адрес для переписки:
Родионов Владимир Викторович (RU),
443004, г.Самара, ул.Заводская, 5, ОАО "Теплант"
Гусев Михаил Владимирович (RU),
Коваленко Александр Иванович (RU)
(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СДВИГОУСТОЙЧИВЫХ И
ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ СИСТЕМУ ДЕМПФИРОВАНИЯ ФРИКЦИОННОСТИ И
СЕЙСМОИЗОЛЯЦИЮ ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
(57) Формула изобретения
84

85.

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.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждая «сэндвич»-панель крепится на сдвигоустойчивых
соединениях со свинцовой, медной или зубчатой шайбой, которая распределяет одинаковое напряжение
на все четыре-восемь гаек и способствует одновременному поглощению сейсмической и взрывной
энергии, не позволяя разрушиться основным несущим конструкциям здания, уменьшая вес здания и
амплитуду колебания здания.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что за счет новой конструкции сдвигоустойчивого податливого
соединения на шарнирных узлах и гибких диафрагмах «сэндвич»-панели могут монтироваться как
самонесущие без стального каркаса для малоэтажных зданий и сооружений.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что система демпфирования и фрикционности и поглощения
сейсмической энергии может определить величину горизонтального и вертикального перемещения
«сэндвич»-панели и определить ее несущую способность при землетрясении или взрыве прямо на
строительной площадке, пригрузив «сэндвич»-панель и создавая расчетное перемещение по вертикали
лебедкой с испытанием на сдвиг и перемещение до землетрясения и аварийного взрыва прямо при
монтаже здания и сооружения.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что расчетные опасные перемещения определяются, проверяются
и затем испытываются на программном комплексе ВК SCAD 7/31 r5, ABAQUS 6.9, MONOMAX 4.2, ANSYS,
PLAKSIS, STARK ES 2006, SoliddWorks 2008, Ing+2006, FondationPL 3d, 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».
85

86.

Изобретение полезная модель Опора сейсмостойкая Сейсмофонд Андреев Б А Коваленко А И
Опора сейсмостойкая состоит из корпуса 1 в котором выполнено вертикальное отверстие диаметром « D»,
которое охватывает цилиндрическую поверхность штока 2 по подвижной посадке, например Н9/f9. В стенке
корпуса перпендикулярно его оси, выполнено два отверстия в которых установлен калиброванный болт
3.Кроме того, вдоль оси отверстия корпуса, выполнены два паза шириной «z» и длиной «l». В штоке вдоль оси
выполнен продольный (глухой) паз длиной «h» (допустимый ход штока) соответствующий по ширине диаметру
калиброванного болта 3 , проходящего через паз штока.
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, на который с предварительным
усилием (вручную) навинчивают гайку 5, скрепляя шток и корпус в положении при котором нижняя
поверхность паза штока контактирует с поверхностью болта (высота опоры максимальна).
После этого гайку 5 затягивают тарировочным ключом до заданного усилия. Увеличение усилия затяжки гайки
(болта) приводит к уменьшению зазоров « z» корпуса и увеличению усилия сдвига в сопряжении отверстие
корпуса-цилиндр штока. Зависимость усилия трения в сопряжении корпус-шток от величины усилия затяжки
гайки(болта) определяется для каждой конкретной конструкции (компоновки, габаритов, материалов,
шероховатости поверхностей и др.) экспериментально
Е04Н9/02
Опора сейсмостойкая
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 , F15B5/02 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.
86

87.

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 TW201400676(A)-2014-01-01. Restraint anti-wind and
anti-seismic friction damping device, E04B1/98, F16F15/10.
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
87

88.

сопряжения отверстие корпуса-цилиндр штока, а также повышение точности
расчета.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что опора
сейсмостойкая выполнена из двух частей: нижней-корпуса, закрепленного на
фундаменте и верхней-штока, установленного с возможностью перемещения
вдоль общей оси и с возможностью ограничения перемещения за счет
деформации корпуса под действием запорного элемента. В корпусе
выполнено центральное отверстие, сопрягаемое с цилиндрической
поверхностью штока, и поперечные отверстия (перпендикулярные к
центральной оси) в которые устанавливают запирающий элемент-болт. Кроме
того в корпусе, параллельно центральной оси, выполнены два открытых паза,
которые обеспечивают корпусу возможность деформироваться в
радиальном направлении.
В теле штока, вдоль центральной оси, выполнен паз ширина которого
соответствует диаметру запирающего элемента (болта), а длина соответствует
заданному перемещению штока. Запирающий элемент создает нагрузку в
сопряжении 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.
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.
Опора сейсмостойкая состоит из корпуса 1 в котором выполнено
вертикальное отверстие диаметром «D», которое охватывает
цилиндрическую поверхность штока 2 предварительно по подвижной
посадке, например H7/f7.
88

89.

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 «l». В теле штока вдоль оси выполнен продольный глухой паз длиной
«h» (допустмый ход штока) соответствующий по ширине диаметру
калиброванного болта, проходящего через этот паз. 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,
на с предварительным усилием (вручную) навинчивают гайку 5, скрепляя
шток и корпус в положении при котором нижняя поверхность паза штока
контактирует с поверхностью болта (высота опоры максимальна).
После этого гайку 5 затягивают тарировочным ключом до заданного усилия.
Увеличение усилия затяжки гайки (болта) приводит к деформации корпуса и
уменьшению зазоров от «Z» до «Z1» в корпусе, что в свою очередь
приводит к увеличению допустимого усилия сдвига (усилия трения) в
сопряжении отверстие корпуса – цилиндр штока.
Величина усилия трения в сопряжении корпус-шток зависит от величины
усилия затяжки гайки (болта) и для каждой конкретной конструкции
(компоновки, габаритов, материалов, шероховатости поверхностей,
направления нагрузок и др.) определяется экспериментально. При
воздействии сейсмических нагрузок превышающих силы трения в
сопряжении корпус-шток, происходит сдвиг штока, в пределах длины паза
выполненного в теле штока, без разрушения конструкции.
Формула (черновик) Е04Н9
Опора сейсмостойкая, содержащая корпус и сопряженный с ним
подвижный узел (…) закрепленный запорным элементом отличающийся
89

90.

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.
90

91.

91

92.

92

93.

2148805
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 14
(13)
C1
(51) МПК
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
G01L 5/24 (2000.01)
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: не действует (последнее изменение статуса: 19.09.2011)
Пошлина: учтена за 3 год с 27.11.1999 по 26.11.2000
(21)(22) Заявка: 97120444/28, 26.11.1997
(71) Заявитель(и):
Рабер Лев Матвеевич (UA),
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
Кондратов Валерий Владимирович (RU),
26.11.1997
Хусид Раиса Григорьевна (RU),
(45) Опубликовано: 10.05.2000 Бюл. № 13
Миролюбов Юрий Павлович (RU)
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Чесноков
(72) Автор(ы):
А.С., Княжев А.Ф. Сдвигоустойчивые соединения на
Рабер Лев Матвеевич (UA),
высокопрочных болтах. - М.: Стройиздат, 1974, с.73-77. SU
Кондратов В.В.(RU),
763707 A, 15.09.80. SU 993062 A, 30.01.83. EP 0170068 A'',
Хусид Р.Г.(RU),
05.02.86.
Миролюбов Ю.П.(RU)
Адрес для переписки:
(73) Патентообладатель(и):
190031, Санкт-Петербург, Фонтанка 113, НИИ мостов
Рабер Лев Матвеевич (UA),
Кондратов Валерий Владимирович (RU),
Хусид Раиса Григорьевна (RU),
Миролюбов Юрий Павлович (RU)
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАКРУЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области мостостроения и другим областям строительства и
эксплуатации металлоконструкций для определения параметров затяжки болтов. В
эксплуатируемом соединении производят затягивание гайки на заданную величину угла ее
поворота от исходного положения. Предварительно ослабляют ее затягивание. Замеряют при
затягивании значение момента закручивания гайки в области упругих деформаций. Определяют
приращение момента закручивания. Приращение усилия натяжения болта определяют по
93

94.

рассчетной формуле. Коэффициент закручивания резьбового соединения определяют как
отношение приращения момента закручивания гайки к произведению приращения усилия
натяжения болта на его диаметр. Технический результат заключается в возможности проведения
испытаний в конкретных условиях эксплуатации соединений для повышения точности результатов
испытаний.
Изобретение относится к технике измерения коэффициента
закручивания резьбового соединения, преимущественно
высокопрочных болтов, и может быть использовано в мостостроении и
других отраслях строительства и эксплуатации металлоконструкций для
определения параметров затяжки болтов.
При проверке величины натяжения N болтов, преимущественно
высокопрочных, как на стадии приемки выполненных работ
(Инструкция по технологии устройства соединений на высокопрочных
болтах в стальных конструкциях мостов. ВСН 163-69. М. , 1970, с. 1018. МПС СССР, Минтрансстрой СССР), так и в период обследования
конструкций (строительные нормы и правила СНиП 3.06.07-86. Мосты
и трубы. Правила обследований и испытаний. - М., Стройиздат, 1987, с.
25-27), используют динамометрические ключи. Этими ключами
измеряют момент закручивания M з, которым затянуты гайки.
Основой этой методики измерений является исходная формула
(Вейнблат Б.М. Высокопрочные болты в конструкциях мостов.
М.,Транспорт, 1971, с. 60-64):
Mз = Ndk,
где d - номинальный диаметр болта;
k - коэффициент закручивания, зависящий от условий трения в резьбе и
под опорой гайки.
Измеряя тем или иным способом прикладываемый к гайке момент
закручивания, рассчитывают при известном коэффициенте
закручивания усилие натяжения болта N.
Очевидно, что при достаточной точности регистрации моментов
точность данной методики зависит от того, в какой мере
действительные коэффициенты закручивания k соответствуют
расчетным величинам.
Методика обеспечивает необходимую точность проверки величины
натяжения болтов, как правило, лишь на стадии приемки выполненных
94

95.

работ, поскольку предусматриваемая технологией постановки болтов
стабилизация коэффициента k кратковременна.
Значения k для болтов, находящихся в эксплуатируемых
конструкциях, может изменяться в широких пределах, что вносит
существенную неточность в результаты измерений. По данным
Чеснокова А.С. и Княжева А.Ф. ("Сдвигоустойчивые соединения на
высокопрочных болтах". М., Стройиздат, 1974, табл. 17, с. 73)
коэффициент закручивания зависит от качества смазки резьбы и может
изменяться в пределах 0,12-0,264. Таким образом измеренные усилия в
болтах с помощью динамометрических ключей могут отличаться от
фактических значений более чем в 2 раза.
Известен более прогрессивный способ непосредственного измерения
усилий в болтах, где величина коэффициента k не оказывает влияния на
результаты измерений. Способ реализован с помощью устройства (А.св.
N 1139984 (СССР). Устройство для контроля усилий затяжки резьбовых
соединений (Бокатов В.И., Вишневский И.И., Рабер Л.М., Голиков С.П.
- Заявл. 08.12.83, N 3670879), опыт применения которого выявил его
надежную работу в случае сравнительно непродолжительного (до пяти
лет) срока эксплуатации конструкций. При более длительном сроке
эксплуатации срабатывание предусмотренных конструкцией устройства
пружин происходит недостаточно четко, поскольку с течением времени
неподвижный контакт резьбовой пары приводит к увеличению
коэффициента трения покоя. Этот коэффициент иногда достигает таких
величин, что величина момента сил трения в резьбе превосходит
величину крутящего момента, создаваемого преднапряженными
пружинами. Естественно в этих условиях пружины срабатывать не
могут.
Существенно ограничивает применение устройства необходимость
свободно выступающей над гайкой резьбы болта не менее, чем на 20
мм. Наличие таких болтов в узлах и прикреплениях должно специально
предусматриваться.
В целом независимо от способа измерения усилий в болтах, в случае
выявления недостаточного их натяжения необходимо назначить
величину момента закручивания для подтяжки болтов. Для назначения
этого момента необходимы знания фактического значения
коэффициента закручивания k.
95

96.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому
решению (прототип) является способ измерения коэффициента
закручивания болтов с учетом влияния времени, аналогичному влиянию
качества изготовления болтов (Чесноков А. С. , Княжев А.Ф.
Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. - М.,
Стройиздат, 1974, с. 73, последний абзац).
Способ состоит в раскручивании гайки и извлечении болта из
конструкции, определении коэффициента k i в лабораторных условиях
(см. тот же источник, с. 74-77) путем одновременного обеспечения и
контроля заданного усилия N и прикладываемого к гайке момента M.
Очевидно, что столь трудоемкий способ не может быть широко
использован, поскольку для статистической оценки необходимо
произвести испытания нескольких десятков или даже сотен болтов.
Кроме того, при извлечении болта из конструкции резьбу гайки
прогоняют по окрашенной или загрязненной резьбе болта, а испытания
в лабораторных условиях производят, как правило, не на том участке
резьбы, на котором болт быть сопряжен с гайкой в пакете. Все это
ставит под сомнение достоверность результата испытаний.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в
эксплуатируемом соединении производят затягивание гайки на
заданную величину угла ее поворота от исходного положения,
произведя предварительно для этого ослабление ее затягивания.
Затягивание гайки на заданную величину угла ее поворота в области
упругих деформаций производят с замером значения момента
закручивания гайки и определяют приращение момента закручивания.
При этом приращение усилия натяжения болта определяют по формуле
ΔN = Ai/A22 •ai/a22 •α
o
i
/60 o(170-0,96δ), кH, (1)
где A, A22 - площади поперечного сечения испытываемого болта и
болта диаметром 22 мм;
ai, a22 - шаг резьбы испытываемого болта и болта диаметром 22 мм;
α
o
i
- угол поворота гайки от исходного положения;
δ - толщина пакета деталей, соединенных испытываемым болтом, мм.
96

97.

Коэффициент закручивания резьбового соединения определяют как
отношение приращения момента закручивания гайки к произведению
приращения усилия натяжения болта на его диаметр.
Такой способ позволяет в отличие от прототипа проводить испытания
болтов в эксплуатируемом соединении и повысить точность
определения величины коэффициента закручивания за счет исключения
необходимости прогона резьбы гайки по окрашенной или загрязненной
резьбе болта. Кроме того, в отличие от прототипа испытания проводят
на том же участке резьбы, на котором болт сопряжен с гайкой
постоянно. Способ осуществляется следующим образом:
- с помощью динамометрического ключа измеряют момент
закручивания гайки испытуемого болта - Mз;
- производят ослабление затягивания гайки испытуемого болта до
момента (0,1 . . . 0,2) M з и измеряют фактическую величину этого
момента (исходное положение) - Mн;
- наносят, например, мелом, метки на двух точках гайки и
соответственно на пакете. Угол между метками соответствует
заданному углу поворота гайки; как правило, этот угол составляет 60 o .
- поворачивают гайку на заданный угол α o и измеряют величину
момента закручивания гайки по достижении этого угла - Mк.
- вычисляют приращение момента закручивания
ΔM = Mк-Mн, Hм;
- определяют соответствующее повороту гайки на угол α o приращение
усилия натяжения болта ΔN по эмпирической формуле (1);
- производят вычисление коэффициента закручивания k болта
диаметром d:
k = ΔM/ΔNd.
Формула для определения ΔN получена в результате анализа
специально проведенных экспериментов, состоящих в исследовании
влияния толщины пакета и уточнении влияния толщины и количества
деталей, составляющих пакет эксплуатируемого соединения, на
стабильность приращения усилия натяжения болтов при повороте гайки
на угол 60o от исходного положения.
Поворот гайки на 60 o соответствует середине области упругих
деформаций болта (Вейнблат Б.М. Высокопрочные болты в
конструкциях мостов - М., Транспорт, 1974, с. 65-68). В пределах этой
97

98.

области, равному приращению угла поворота гайки, соответствует
равное приращение усилий натяжения болта. Величина этого
приращения в плотно стянутом болтами пакете, при постоянном
диаметре болта зависит от толщины этого пакета. Следовательно,
поворот гайки на определенный угол в области упругих деформаций
идентичен созданию в болте заданного натяжения. Этот эффект явился
основой предложенного способа определения коэффициента
закручивания.
Угол поворота гайки 60 o технологически удобен, поскольку он
соответствует перемещению гайки на одну грань. Погрешность системы
определения коэффициента закручивания, характеризуемая как
погрешностью выполнения отдельных операций, так и погрешностью
регистрации требуемых параметров, составляет около ± 8% (см. Акт
испытаний).
Таким образом, предложенный способ определения коэффициента
закручивания резьбовых соединений дает возможность проводить
испытания в конкретных условиях эксплуатации соединений, что
повышает точность полученных результатов испытаний.
Полученные с помощью предложенного способа значения
коэффициента закручивания могут быть использованы как при
определении усилий натяжения болтов в период обследования
конструкций, так при назначении величины момента для подтяжки
болтов, в которых по результатам обследования выявлено
недостаточное натяжение.
Эффект состоит в повышении эксплуатационной надежности
конструкций различного назначения.
Формула изобретения
Способ определения коэффициента закручивания резьбового
соединения, заключающийся в измерении параметров затяжки
соединения, по которым вычисляют коэффициент закручивания,
отличающийся тем, что в эксплуатируемом соединении производят
затягивание гайки на заданную величину угла ее поворота от исходного
положения, произведя предварительно для этого ослабление ее
затягивания, с замером значения момента закручивания гайки в области
упругих деформаций и определяют приращение момента закручивания,
при этом приращение усилия натяжения болта определяют по формуле
98

99.

где Ai, A22 - площади поперечного сечения испытываемого болта и
болта диаметром 22 мм;
ai, a22 - шаг резьбы испытываемого болта и болта диаметром 22 мм;
α
°
i
- угол поворота гайки от исходного положения;
δ - толщина пакета деталей, соединенных испытываемым болтом, мм,
а коэффициент закручивания резьбового соединения определяют как
отношение приращения момента закручивания гайки к произведению
приращения усилия натяжения болта на его диаметр.
2413098
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 41
(13)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
C1
(51) МПК
F16B 31/02 (2006.01)
G01N 3/00 (2006.01)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
прекратил действие, но может быть восстановлен (последнее изменение статуса:
Статус:
07.08.2017)
Пошлина:
учтена за 7 год с 20.11.2015 по 19.11.2016
(21)(22) Заявка: 2009142477/11, 19.11.2009
(72) Автор(ы):
Кунин Симон Соломонович (RU),
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
Хусид Раиса Григорьевна (RU)
19.11.2009
(73) Патентообладатель(и):
Приоритет(ы):
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ
(22) Дата подачи заявки: 19.11.2009
ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ ПРОИЗВОДСТВЕННО-
(45) Опубликовано: 27.02.2011 Бюл. № 6
ИНЖИНИРИНГОВАЯ ФИРМА "ПАРТНЁР" (RU)
99

100.

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU
1753341 A1, 07.08.1992. SU 1735631 A1, 23.05.1992. JP
2008151330 A, 03.07.2008. WO 2006028177 A1, 16.03.2006.
Адрес для переписки:
197374, Санкт-Петербург, ул. Беговая, 5, корп.2, кв.229, М.И.
Лифсону
(54) СПОСОБ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С
ВЫСОКОПРОЧНЫМИ БОЛТАМИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к методам диагностики фрикционных соединений металлоконструкций с
высокопрочными болтами. Способ обеспечения несущей способности фрикционного соединения
металлоконструкций с высокопрочными болтами включает приготовление образца -свидетеля,
содержащего элемент металлоконструкции и тестовую накладку, контактирующие поверхности
которых, предварительно обработанные по проектной технологии, соединяют высокопрочным
болтом и гайкой при проектном значении усилия натяжения болта, устанавливают на элемент
металлоконструкции устройство для определения усилия сдвига и постепенно увеличивают
нагрузку на накладку до момента ее сдвига, фиксируют усилие сдвига и затем сравнивают ег о с
нормативной величиной показателя сравнения, далее в зависимости от величины отклонения
осуществляют коррекцию технологии монтажа. В качестве показателя сравнения используют
проектное значение усилия натяжения высокопрочного болта. Определение усилия сд вига на
образце-свидетеле осуществляют устройством, содержащим неподвижную и сдвигаемую детали,
узел сжатия и узел сдвига, выполненный в виде рычага, установленного на валу с возможностью
соединения его с неподвижной частью устройства, и имеющего отверстие под нагрузочный болт, а
между выступом рычага и тестовой накладкой помещают самоустанавливающийся сухарик,
выполненный из закаленного материала. В результате повышается надежность соединения. 1 з.п.
ф-лы, 1 ил.
100

101.

Изобретение относится к методам диагностики фрикционных
соединений металлоконструкций с высокопрочными болтами, но может
быть использовано для определения фактического напряженнодеформированного состояния болтовых соединений в различных
конструкциях, в частности стальных мостовых конструкциях, как
находящихся в эксплуатации, так и при подготовке отдельных узлов к
монтажу.
Мостовые пролетные металлоконструкции соединяются с помощью
сварки (неразъемные), а также с помощью болтовых фрикционных
соединений, в которых передача усилия обжатия соединяемых
элементов высокопрочными метизами осуществляется только силами
трения по контактным плоскостям усилием обжатия болтов до 22 т и
выше.
Расчетное предельное состояние фрикционного соединения
характеризуется наступлением общего сдвига по среднему ряду болтов.
Сдвигающее усилие, отнесенное к одному высокопрочному болту и
одной плоскости трения, определяют по формуле:
где k - обобщенный коэффициент однородности,
включающий также коэффициент работы мостов m 1 =0,9; m2 коэффициент условий работы соединения; Р н - нормативное усилие
натяжения болта; f н - нормативный коэффициент трения.
В настоящее время основным нормативными показателями несущей
способности фрикционных соединений с высокопрочными болтами,
которые отражаются в проектной документации, являются усилие
натяжения болта и нормативный коэффициент трения, с учетом условий
работы фрикционного соединения. Нормативное усилие натяжения
болтов назначается с учетом механических характеристик материала и
его определяют по формуле:
, где Р - усилие натяжения
болта (кН); М - крутящий момент, приложенный к гайке для натяжения
болта на заданное нормативное усилие, (Нм); d - диаметр болта (мм); k коэффициент, который должен быть в пределах 0,17-0,22 при
коэффициенте трения (f≥0,55).
Как на стадии сборки соединений, так и в случае проведения
ремонтных работ с разборкой ранее выполненных соединений важными
являются вопросы оценки коэффициентов трения по соприкасающимся
поверхностям соединяемых элементов. Этот вопрос приобретает
101

102.

особую актуальность в случае сочетания металлических поверхностей,
находящихся в эксплуатации с новыми элементами, а также для оценки
возможности повторного использования высокопрочных болтов. В
качестве нормативного коэффициента трения принимается
среднестатистическое значение, определенное по возможно большему
объему экспериментального материала раздельно для различных
методов подготовки контактных поверхностей.
Практикой выполнения монтажных работ установлено, что наиболее
эффективно сдвигоустойчивость контактных соединений выполняется
при коэффициенте трения поверхностей f≥0,55. Это значение можно
принять в качестве основного критерия сдвигоустойчивости, и оно
соответствует исходному значению Ктр. для монтируемых стальных
контактных поверхностей, обработанных непосредственно перед
сборкой абразивно-струйным методом с чистотой очистки до степени
Sa 2,5 и шероховатостью Rz≥40 мкм. Сдвигающие усилия определяют
обычно по показаниям испытательного пресса, а обжимающие - по
суммарному усилию натяжения болтов. Отклонение усилия натяжения
и возможные их изменения при эксплуатации могут приводить к тем
или иным неточностям в определении коэффициентов трения.
Частично, указанная проблема сохранения требуемой шероховатости
контактных поверхностей и обеспечения требуемой величины f≥0,55
решена применением разработанного НПЦ Мостов съемного покрытия
«Контакт» (патент РФ №2344149 на изобретение «Антикоррозионное
покрытие и способ его нанесения», которое обеспечивает временную
защиту от коррозии отдробеструенных в условиях завода колотой
стальной дробью контактных поверхностей мостовых пролетных
конструкций на период их транспортировки и хранения в течение 1 -1,5
лет (до начала монтажных работ на строительном объекте).
Непосредственно перед монтажом покрытие «Контакт» подрезается
ножом и ручным способом легко снимается «чулком» с контактных
поверхностей, после чего сборка конструкций может производиться без
проведения дополнительной абразивно-струйной очистки.
Однако в связи с тем, что в обычной практике проведение монтажно транспортных операций с пролетными строениями осуществляется с
помощью захватов, фиксируемых в отверстиях контактных
поверхностей, временное защитное покрытие «Контакт» в районе
102

103.

установки захватов повреждается. На строительном объекте приходится
производить повторную абразивно-струйную обработку
присоединительных поверхностей, т.к. они после длительной
эксплуатации на открытом воздухе обильно покрыты продуктами
ржавления. Выполнение дополнительной очистки значительно
увеличивает трудоемкость монтажных работ. Кроме того, в условиях
открытой атмосферы и удаленности строительных площадок мостов от
промышленных центров требуемые показатели очистки металла
труднодостижимы, что, в конечном счете, вызывает снижение
фрикционных показателей, соответственно снижение усилий обжатия
высокопрочных метизов, а следовательно, приводят к снижению
качества монтажных работ.
Эксплуатация мостовых конструкций, срок службы которых
составляет 80-100 лет, подразумевает постоянное воздействие на
контактные соединения климатических факторов, соответствующих в
пределах Российской Федерации умеренно-холодному климату (У1), а
также циклических сдвиговых нагрузок от транспорта, движущегося по
мостам, поэтому со временем требуется замена узлов
металлоконструкции. Более того, в настоящее время обработка
металлических поверхностей металлоконструкций осуществляется в
заводских условиях, и при поставке их указываются сведения об
условиях обработки поверхности, усилие натяжения высокопрочных
болтов и т.п.
Однако момент поставки и монтаж металлоконструкции может
разделять большой временной период, поэтому возникает
необходимость проверки фактической надежности работы
фрикционного соединения с высокопрочными болтами перед
монтажом, для обеспечения надежности при их эксплуатации, причем
возможность проверки предусмотрена условиями поставки посредством
приложения тестовых пластин
Анализ тенденций развития и современного состояния проблемы в
целом свидетельствует о необходимости совершенствования
диагностической и инструментальной базы, способствующей
повышению эффективности реновационных и ремонтных работ
конструкций различного назначения.
103

104.

Качество фрикционных соединений на высокопрочных болтах, в
конечном итоге, характеризуется отсутствием сдвигов соединяемых
элементов при восприятии внешней нагрузки как на срез, так и
растяжение. Сопротивление сдвигу во фрикционных соединениях
можно определять по формуле:
где
Rbh - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;
Yb - коэффициент условий работы соединения, зависящий от
количества (n) болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия;
Abn - площадь поперечного сечения болта; f - коэффициент трения по
соприкасающимся поверхностям соединенных элементов; Y h коэффициент надежности, зависящий от способа натяжения болтов,
коэффициента трения f, разницы между диаметрами отверстий и
болтов, характера действующей нагрузки (Рабер Л.М. Соединения на
высокопрочных болтах, Днепропетровск: Системные технологии, 2008
г., с.8-10).
Известен способ определения коэффициента закручивания резьбового
соединения (патент РФ №2148805, G01L 5/24, опубл. 10.05.2000 г.),
заключающийся в отношении измеряемого момента закручивания гайки
к произведению определяемого усилия натяжения болта на его диаметр.
Измерения проводят без извлечения болта из конструкций, путем
затягивания гайки на контролируемую величину угла ее поворота от
исходного положения с замером значения момента закручивания в
области упругих деформаций и определения приращения момента
затяжки. Приращение усилия натяжения болта определяют по формуле
(4):
где
А, А22 - площади поперечного сечения, мм 2 ; a, a 22 - шаг резьбы
испытываемого болта и болта диаметром 22 мм 2; αi - угол поворота
гайки от исходного положения; σ - толщина пакета деталей,
соединенных испытываемым болтом, мм.
Следует отметить, что измерение значения момента закручивания
гайки производятся с неизвестными коэффициентами трения
контактных поверхностей и коэффициентом закручивания, т.к.
затягивание гайки на заданную величину поворота (α=60°) от исходного
104

105.

положения производят после предварительного ее ослабления, поэтому
он может отличаться от расчетного (нормативного), что не позволяет
определить фактические значения усилий в болтах как при затяжке, так
и при эксплуатационных нагрузках. Невозможность точной оценки
усилий приводит к необходимости выбора болтов и их количества на
основании так называемого расчета в запас.
В процессе патентного поиска выявлено много устройств,
реализующих измерение усилия сдвига (силы трения покоя), например
(патенты РФ №2116614, 2155942 и др.). В них усилие в момент сдвига
фиксируется с помощью электрического сигнала или заранее
оттарированной шкалы динамометрического ключа, но точность
измерения и область возможного применения их ограничена, т.к. не
позволяет реализовать как при сборочном монтаже
металлоконструкций, так и в процессе их эксплуатации с целью
проведения восстановительного ремонта.
Известен способ определения деформации болтового соединения,
который заключается в том, что две пластины 1 и 2 устанавливают на
накладке 3, скрепляют пластины 1 и 2 с накладкой 3 болтами 4 и 5,
расположенными на одной оси, к пластинам 1 и 2 прикладывают усилие
нагружения и определяют величину смещения между ними. О
деформации судят по отношению между величиной смещения между
пластинами 1 и 2 и приращением усилия нагружения, при этом
величину смещения определяют между пластинами 1 и 2 вдоль оси, на
которой расположены болты 4 и 5 (Патент №1753341, опубл. 07.08.
1992 г.). На практике этого может и не быть, если болты, например,
расположены несимметрично по отношению к направлению действия
продольной силы N, в силу чего часть контактных площадей будет
напряжена интенсивнее других. Поэтому сдвиг в них может произойти
раньше, чем в менее напряженных. В итоге, это может привести к более
раннему разрушению всего соединения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому
изобретению является способ определения несущей способности
фрикционного соединения с высокопрочными болтами (Рабер Л.М.
Соединения на высокопрочных болтах, Днепропетровск: Системные
технологии, 2008 г., с.35-36). Сущность способа заключается в
определении усилия сдвига посредством образцов-свидетелей, который
105

106.

заключается в том, что образцы изготавливают из стали, применяемых
и собираемых конструкциях. Контактные поверхности обрабатывают по
технологии, принятой в проекте конструкций. Образец состоит из
основного элемента и двух накладок, скрепленных высокопрочным
болтом с шайбами и гайкой. Сдвигающие или растягивающие усилия
испытательной машины определяют по показаниям прибора. Затем
определяют коэффициент трения, который сравнивают с нормативным
значением и в зависимости от величины отклонения осуществляют
меры по повышению надежности работы металлоконструкции, в
основном, путем повышения коэффициента трения.
К недостаткам способа относится то, что отклонение усилий
натяжения и возможные их изменения в процессе нагружения образцов
могут приводить к тем или иным неточностям в определении
коэффициента трения, т.к. коэффициент трения может меняться и по
другим причинам как климатического, так и эксплуатационного
характера. Кроме того, неизвестно при каком коэффициенте «k»
определялось расчетное усилие натяжения болтов, поэтому
фактическое усилие сдвига нельзя с достаточной точностью
коррелировать с усилием натяжения. Следует отметить, что в качестве
сдвигающего устройства применяются специальные средства (пресса,
испытательные машины), которых на объекте монтажа или сборки
металлоконструкции может не быть, поэтому желательно применить
более точное и надежное устройство для определения усилия сдвига.
Технической задачей предполагаемого изобретения является
разработка способа обеспечения несущей способности фрикционного
соединения с высокопрочными болтами, устраняющего недостатки,
присущие прототипу и позволяющие повысить надежность монтажа и
эксплуатации металлоконструкций с высокопрочными болтами.
Технический результат достигается за счет того, что в известный
способ обеспечения несущей способности фрикционного соединения с
высокопрочными болтами, включающий приготовление образцасвидетеля, содержащего основной элемент металлоконструкции и
накладку, контактирующие поверхности которых предварительно
обработаны по проектной технологии, соединяют их высокопрочным
болтом и гайкой при проектном значении усилия натяжения болта,
устанавливают устройство для определения усилия сдвига и постепенно
106

107.

увеличивают нагрузку на накладку до момента ее сдвига, фиксируют
усилие сдвига и затем сравнивают его с нормативной величиной
показателя сравнения, в зависимости от величины отклонения
осуществляют необходимые действия, внесены изменения, а именно:
- в качестве показателя сравнения используют расчетное усилие
натяжения, высокопрочного болта, полученное при заданном
(проектном) значении величины k;
- в качестве устройства для определения усилия сдвига на образцесвидетеле используют устройство, защищенное патентом РФ №88082
на полезную модель, обладающее рядом преимуществ и
обеспечивающее достоверность и точность измерения усилия сдвига.
В зависимости от отклонения отношения между усилием сдвига и
усилием натяжения высокопрочного болта от оптимального значения,
для обеспечения надежности работы фрикционного соединения
металлоконструкции при монтаже ее изменяют натяжение болта и/или
проводят дополнительную обработку контактирующих поверхностей.
В качестве показателя сравнения выбрано усилие натяжения болта,
т.к. в процессе проведенных исследований установлено, что
оптимальным отношением усилия сдвига к усилию натяжения болта
равно 0,56-0,60.
Учитывая то, что при проектировании предусмотрена возможность
увеличения усилия закручивания высокопрочных болтов на 10-20%, то
это действие позволяет увеличить сопротивление сдвигу, если
отношение усилия сдвига к усилию натяжения болта отличается от
оптимального в пределах 0,50-0,54. Если же это отношение меньше 0,5,
то кроме увеличения усилия натяжения высокопрочного болта
необходимо проведение дополнительной обработки контактирующих
поверхностей, т.к. при значительном увеличении момента закручивания
можно сорвать резьбу, поэтому увеличивают коэффициент трения. Если
же величина отношения усилия сдвига к усилию натяжения более 0,60,
это означает, что усилие натяжения превышает нормативную величину,
и для надежности металлоконструкции натяжение можно ослабить,
чтобы не сорвать резьбу.
Использование вышеуказанного устройства для определения усилия
сдвига обусловлено тем, что оно является переносным и обладает рядом
преимуществ перед известными устройствами. Оно содержит
107

108.

неподвижную и сдвигаемую детали, узел сжатия и узел сдвига,
выполненный в виде рычага, имеющего отверстие под нагрузочный
болт, оснащенный силоизмерительным устройством, причем
неподвижная деталь выполнена из двух стоек, торцевые поверхности
которых скреплены фигурной планкой, каждая из стоек снабжена
отверстиями под болтовое соединение для крепления к
металлоконструкции, а также отверстием для вала, на котором
закреплен рычаг, с возможностью соединения его с фигурной планкой,
а между выступом рычага и сдвигаемой деталью металлоконструкции
установлен самоустанавливающийся сухарик, выполненный из
закаленного материала. В качестве силоизмерительного устройства
используется динамометрический ключ с предварительно
оттарированной шкалой для фиксации момента затяжки.
Ниже приводится реализация предлагаемого способа обеспечения
несущей способности металлоконструкции на примере мостового
пролета.
На чертеже приведена основная часть устройства и образецсвидетель.
Устройство состоит: из корпуса 1, рычага 2, насаженного на вал 3,
динамометричесого ключа 4, снабженного шкалой 5 и накидной
головкой 6, болтовое соединение, состоящее из болта 7 и гайки 8,
плавающий сухарик 9, выполненный из закаленной стали, образецсвидетель состоит из металлической накладки 10, пластины 11
обследуемой металлоконструкции, соединенные между собой
высокопрочным болтовым соединением 12, а также болтовое
соединение 13, предназначенное для крепление корпуса измерительного
устройства к неподвижной металлической пластине 11.
Способ реализуется в следующей последовательности. Собирается
образец-свидетель путем соединения тестовой накладки 10 с пластиной
металлоконструкции 11, если производится ремонт на обследуемом
объекте, причем контактирующая поверхность пластины
обрабатывается дробепескоструйным способом, чтобы обеспечить
нормативный коэффициент трения f>0,55 или, если же осуществляется
заводская поставка перед монтажом, то берут две тестовых накладки,
контактирующие поверхности которых уже обработаны в заводских
условиях. Соединение пластин 10, 11 осуществляют высокопрочным
108

109.

болтом и гайкой с применением шайб. Усилие натяжения
высокопрочного болта должна соответствовать проектной величине.
Расчетный момент закручивания определяют по формуле 2. Затем на
неподвижную пластину 11 устанавливают устройство для определения
усилия сдвига путем закрепления корпуса 1, болтовым соединением 12
(болт, гайка, шайбы) таким образом, чтобы сухарик 9 соприкасался с
накладкой 10 и рычагом 2, размещенным на валу 3. Далее,
динамометрический ключ 4, снабженный оттарированной шкалой 5,
посредством сменной головки 6 надевается на болт 7. Устройство
готово к работе.
Вращением динамометрического ключа 4 осуществляют нагрузку на
болт 7. Усилие натяжения болта через рычаг 5 передается на сухарик 9,
который воздействует на сдвигаемую деталь 10 (тестовая пластина).
Момент закручивания болта 7 фиксируется на шкале 5
динамометрического ключа 4. В момент сдвига детали 10 фиксируют
полученную величину. Это усилие и является усилием сдвига (силой
трения покоя). Сравнивают полученную величину момента сдвига (М сд)
с расчетной величиной - моментом закручивания болта (М р ). В
зависимости от величины М сд/Мзпроизводят действия по обеспечению
надежности монтажа конкретной металлоконструкции, а именно:
- при отношении М сд/Мз=0,54-0,60, т.е. соответствует или близко к
оптимальному значению, корректировку в технологию монтажа не
вносят;
- при отношении М сд/Мз=0,50-0,53, то при монтаже
металлоконструкции увеличивают усилие натяжения высокопрочного
болтов примерно на 10-15%;
- при отношении М сд/Мз<0,50 необходимо кроме увеличения усилия
натяжения высокопрочных болтов при монтаже металлоконструкции
дополнительно обработать контактирующие поверхности поставленных
заводом деталей металлоконструкции дробепескоструйным методом.
При отношении М сд/Мз>0,60, целесообразно уменьшить усилие
натяжения болта, т.к. возможно преждевременная порча резьбы из-за
перегрузки.
Все эти действия позволят повысить надежность эксплуатации
смонтированной металлоконструкции.
109

110.

Преимуществом предложенного способа обеспечения несущей
способности металлоконструкций заключается в его универсальности,
т.к. его можно использовать для любых болтовых соединений на
высокопрочных болтах независимо от сложности конструкции,
диаметров крепежных болтов и методов обработки соприкасающихся
поверхностей, причем т.к. измерение усилия сдвига на обследуемой
конструкции и образце производятся устройством при сопоставимых
условиях, оценка несущей способности является наиболее достоверной.
В настоящее время предлагаемый способ прошел испытания на
нескольких строительных площадках и выданы рекомендации к его
применению в отрасли.
Формула изобретения
1. Способ обеспечения несущей способности фрикционного
соединения металлоконструкций с высокопрочными болтами,
включающий приготовление образца-свидетеля, содержащего элемент
металлоконструкции и тестовую накладку, контактирующие
поверхности которых предварительно обработаны по проектной
технологии, соединяют высокопрочным болтом и гайкой при проектном
значении усилия натяжения болта, устанавливают на элемент
металлоконструкции устройство для определения усилия сдвига и
постепенно увеличивают нагрузку на накладку до момента ее сдвига,
фиксируют усилие сдвига и затем сравнивают его с нормативной
величиной показателя сравнения, далее, в зависимости от величины
отклонения, осуществляют коррекцию технологии монтажа,
отличающийся тем, что в качестве показателя сравнения используют
проектное значение усилия натяжения высокопрочного болта, а
определение усилия сдвига на образце-свидетеле осуществляют
устройством, содержащим неподвижную и сдвигаемую детали, узел
сжатия и узел сдвига, выполненный в виде рычага, установленного на
валу с возможностью соединения его с неподвижной частью устройства
и имеющего отверстие под нагрузочный болт, а между выступом
рычага и тестовой накладкой помещают самоустанавливающийся
сухарик, выполненный из закаленного материала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отношении усилия
сдвига к проектному усилию натяжения высокопрочного болта в
диапазоне 0,54-0,60 корректировку технологии монтажа не производят,
110

111.

при отношении в диапазоне 0,50-0,53 при монтаже увеличивают
натяжение болта, а при отношении менее 0,50, кроме увеличения
усилия натяжения, дополнительно проводят обработку
контактирующих поверхностей металлоконструкции.
2472981
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 47
(13)
C1
(51) МПК
F16B 5/02 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
прекратил действие, но может быть восстановлен (последнее изменение статуса:
Статус:
07.03.2017)
Пошлина:
учтена за 5 год с 18.06.2015 по 17.06.2016
(21)(22) Заявка: 2011125214/12, 17.06.2011
(72) Автор(ы):
Андрейченко Игорь Леонардович (RU),
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
Полатиди Людмила Борисовна (RU),
17.06.2011
Бурцева Ирина Валерьевна (RU),
Приоритет(ы):
Бугреева Светлана Ильинична (RU),
(22) Дата подачи заявки: 17.06.2011
Красинский Леонид Григорьевич (RU),
Миллер Олег Григорьевич (RU),
(45) Опубликовано: 20.01.2013 Бюл. № 2
Шумягин Николай Николаевич (RU)
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 176199
A1, 15.09.1992. SU 1751463 A1, 30.07.1992. RU 2263828 C1,
10.11.2005. WO 2004/099632 A1, 18.11.2004. DE 202004012044
U1, 19.05.2005.
Адрес для переписки:
614990, г.Пермь, ГСП, Комсомольский пр-кт, 93, ОАО
111
(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"

112.

"Авиадвигатель", отдел защиты интеллектуальной
собственности
(54) БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области машиностроения и авиадвигателестроения и может быть
использовано для соединения вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя
авиационного и наземного применения. Болтовое соединение вращающихся деталей,
объединенных в пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых на высоту
пакета деталей установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях стяжными
болтами. Каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном направлении, а
втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном направлении. При этом b/a=1,36 -1,5; с>(2,53)×b, где а - размер сечения втулки в радиальном направлении; b - размер сечения втулки в
окружном направлении; с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок.
Обеспечивается повышение циклического ресурса и надежности болтового соединения
вращающихся деталей при высоких параметрах работы путем разгрузки зон концентрации
напряжений в указанных деталях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и
авиадвигателестроения, может быть использовано для соединения
вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя авиационного
и наземного применения.
Известно болтовое соединение, включающее цилиндрическую
разгрузочную втулку с круглым сечением, которую используют для
центровки и разгрузки болта, снижения напряжений среза в самом
болте и исключения сдвиговых деформаций в соединяемых деталях
(Атлас. Детали машин. В.Н.Быков, С.П.Фадеев, Издательство «Высшая
школа», 1969 г., с.83, рис.3.4). При вращении деталей в районе
отверстий под болты возникают напряжения. Наличие концентратора
напряжения, повышающего уровень действующих напряжений в 3-4
раза, является основным недостатком такой конструкции, снижающим
циклическую долговечность и ресурс деталей.
В авиадвигателестроении широко применяется соединение деталей с
помощью стяжных болтов. Отверстия под болты, являющиеся
концентраторами напряжений, могут быть расположены в полотне
дисков и на выносных фланцах деталей. Выносные фланцы применяют
для удаления концентратора в виде отверстия из полотна диска.
Наличие концентратора напряжений - круглого отверстия под болт,
которое повышает уровень действующих напряжений в 3-4 раза и
112

113.

снижает ресурс деталей, является основным недостатком такой
конструкции.
Практически эта проблема решается путем выполнения выкружек
типа «короны» во фланцах, что обеспечивает достаточную разгрузку
отверстий. Эффективность подобной доработки деталей подтверждена
испытаниями и широко используется, например, во фланцах под
балансировочные грузики лабиринтов диска 13-ой ступени ротора
компрессора высокого давления (КВД) двигателей ПС-90А, ПС-90А2
(А.А.Иноземцев, М.А.Нихамкин, В.Л.Сандрацкий. Основы
конструирования авиационных двигателей и энергетических установок,
том 4,стр.109).
Наиболее близким к заявляемой конструкции соединения является
узел соединения, включающий пакет деталей, цилиндрическую втулку
и болт с гайкой. В деталях выполнены круглые отверстия (Патент РФ
№2263828, F16B 5/02, 2005 г.).
Недостатком известного узла является круглая форма отверстий под
втулку, вызывающая повышенные напряжения в болте и в соединяемых
деталях, снижающие циклический ресурс и надежность болтового
соединения при вращении деталей.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в
повышении циклического ресурса и надежности болтового соединения
вращающихся деталей при высоких параметрах работы путем разгрузки
зон концентрации напряжений в указанных деталях.
Сущность изобретения заключается в том, что в болтовом соединении
вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по
окружности отверстиями, внутри которых на высоту пакета деталей
установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях
стяжными болтами, согласно п.1 формулы изобретения, каждое
отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном
направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном
направлении, при этом
b/а=1,36-1,5; c>(2,5-3)×b,
где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;
b - размер сечения втулки в окружном направлении;
с - длина окружности между центральными отверстиями соседних
втулок.
113

114.

Кроме того по п.2 формулы для обеспечения изолированности
полостей ступеней компрессора и сохранения необходимой площади
контакта между деталями и болтом необходимо соблюдать следующее
соотношение:
(a-d)/2>1,4 мм,
где d - диаметр отверстия втулки под болт.
Конфигурация втулки и размеры отверстия под нее выбраны на
оснований анализа геометрии дисков и расчетов напряженнодеформированного состояния.
Было обнаружено, что выполнение отверстий овальной формы,
вытянутых в окружном направлении, и выполнение втулки с
соответствующим овальным при соотношениях:
b/a=1,36-1,5; c>(2,5-3)×b,
позволяет эффективно разгружать зоны концентрации напряжений и
повышать расчетные значения циклического ресурса деталей,
оцененного по условной кривой малоцикловой усталости для дисковых
сплавов (Технический отчет №12045, М., ЦИАМ, 1993. Развитие
методики управления ресурсами авиационного ГТД с целью повышения
прочностной надежности, увеличения ресурсов и сокращения затрат
при ресурсных испытаниях (применительно к двигателю ПС-90А и его
модификациям)).
Втулки с овальным сечением выполняют в заявляемой конструкции
следующие функции:
- обеспечивают фиксацию деталей относительно друг друга;
- сохраняют необходимую площадь контакта между фланцами и
стандартным болтом круглой формы;
- обеспечивают изолированность полостей секций (ступеней)
компрессора.
Кроме того, применение втулок заявляемой конструкции упрощает
процесс сборки деталей компрессора, а при изготовлении втулок из
легкого и прочного материала - позволяет снижать массу фланцев
дисков и всего ротора в целом.
Анализ результатов расчетов показывает, что заявляемое болтовое
соединение имеет перспективу использования в современных
двигателях последнего поколения.
114

115.

В случае если b/а<1,36, форма отверстия стремится к окружности,
возрастает уровень окружных напряжений в отверстиях соединяемых
деталей, следовательно, снижается циклическая долговечность.
В случае если b/а>1,5, отверстие больше вытянуто в окружном
направлении, при этом уменьшается площадь цилиндрического сечения
сопрягаемых деталей, что повышает риск потери несущей способности,
возрастает уровень радиальных напряжений и снижается циклическая
долговечность.
В случае если с≤2,5b, расстояние между центрами отверстий
уменьшается, пропорционально уменьшается и площадь
цилиндрического сечения соединяемых деталей, что повышает риск
потери несущей способности.
Соотношение с>3b приводит к тому, что расстояние между центрами
отверстий увеличено, линии действий окружных напряжений при этом
выравниваются, а эффект снижения концентраций напряжений
уменьшается.
Кроме того, по п.2 формулы изобретения, для сохранения
необходимой площади контакта между деталями и болтом, а также из
технологических соображений необходимо соблюдать следующее
соотношение: (a-d)/2>1,4 мм. В противном случае возникают
технологические сложности с изготовлением втулки, т.к. толщина
стенки втулки слишком мала. Кроме того, в тонкой стенке втулки
возникают недопустимо высокие напряжения.
Таким образом, при высоких параметрах работы использование
данной конструкции болтового соединения дает возможность не только
выравнивать напряжения по толщине пакета деталей и в болтах, но и
значительно снижать уровень действующих напряжений в соединяемых
деталях, повышая их ресурс.
На фиг.1 представлено сечение пакета соединяемых деталей с
втулкой, имеющей овальное сечение, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. На
фиг.3 показано болтовое соединение в сборке деталей ротора КВД в
аксонометрии.
Болтовое соединение включает пакет вращающихся деталей
газотурбинного двигателя (ГТД), например, фланца 1 диска первой
ступени (КВД), фланца 2 вала КВД и диска 3 второй ступени КВД. В
деталях 1, 2, 3 выполнены овальные отверстия 4, вытянутые в
115

116.

окружном направлении под втулку 5 с таким же овальным сечением и
размерами а и b в радиальном и окружном направлениях,
соответственно. В отверстии 4 втулка 5 размещена на всю толщину
пакета деталей 1, 2, 3. Во втулке 5 имеется круглое центральное
отверстие 6 диаметром d под стандартный стяжной болт 7 круглого
сечения. Диаметр головки болта 7 и наружный диаметр гайки 8
перекрывают при сборке радиальный размер а втулки 5 при
соблюдении условия
(a-d)/2>1,4 мм.
Втулка 5 обеспечивает изолированность полостей ступеней
компрессора, сохраняет необходимую площадь контакта между
фланцами и стяжным болтом 7.
Отверстия 6 расположены равномерно по всей длине окружности
соединяемых деталей 1, 2, 3, при этом длина окружности С между ними
зависит от размера сечения b втулки 5 в окружном направлении.
Болтовое соединение собирают следующим образом.
В овальное отверстие 4 пакета вращающихся деталей 1, 2, 3
вставляют втулку 5, в которой размещают стандартный болт 7 и
закрепляют гайкой 8. В процессе работы КВД концентрация
напряжений в зоне отверстий 4 в полотне и во фланцах 1, дисков будут
минимальной, что позволяет работать при высоких заданных
параметрах двигателя, повышая циклический ресурс и надежность
болтового соединения.
Формула изобретения
1. Болтовое соединение вращающихся деталей, объединенных в
пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых
на высоту пакета деталей установлены втулки с размещенными в их
центральных отверстиях стяжными болтами, отличающееся тем, что
каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном
направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном
направлении, при этом b/a=1,36-1,5; c>(2,5-3)·b,
где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;
b - размер сечения втулки в окружном направлении;
с - длина окружности между центральными отверстиями соседних
втулок.
116

117.

2. Болтовое соединение вращающихся деталей по п.1, отличающееся
тем, что (a-d)/2>1,4 мм, где d - диаметр отверстия втулки под болт.
СТП 006-97 Устройство соединений на высокопрочных болтах в стальных
конструкциях мостов
Определение коэффициента трения между контактными поверхностями
соединяемых элементов
Л. 1 Несущая способность соединений на высокопрочных болтах оценивается
испытанием на сдвиг при сжатии дву хсрезны х одн оболтовы х образцов.
Отбор образцов выполняется в соответствии с пунктом 8.12.
Л. 2 Образцы изготовляют из стали, применяемой в конструкции
возводимого сооружения (рис. Л.1).
Рис. Л. 1 . Образец для испытания на сдвиг при сжатии:
1 - основной элемент; 2 - накладка; 3 - высокопрочный болт с шайбами и
гайкой (в скобках размеры при исполь зовании болтов М27 )
Пластины 1 и 2 вырезают газорезкой с припуском 2 - 3 мм по контуру, а
затем фрезеруют до проектных размеров в плане. Отверстия образуются
сверлением, заусенцы по кромкам и в отверстиях удаляю тся.
Пластины должны быть плоскими, не иметь грибовидности или выпуклости.
Л .3 Контактные поверхности пластин 1 и 2 обрабатываются по
технологии, принятой в проекте сооружения.
117

118.

Используются высокопрочные болты, подготовленные к установке и
натяжению в монтажных соединениях конструкции. Натяжени е болта
осуществляется динамометрическими ключами, применяемыми на
строительстве при сборке соединений на высокопрочных болтах.
Пластины перед натяжением болта устанавливаются так, чтобы был
гарантирован зазор «над болтом» в отверстии пластины 7 .
После натяжения болта опорные торцы пластин 1 и 2 должны быть
параллельны, а торцы пластин 2 находиться на одном уровне.
Сведения о сборке образцов заносятся в протокол.
Образцы испытывают на сжатие на прессе развивающем усилие не менее 50
тс. Точность испытательной машины должна быть не ниже ±2 % .
Образец нагружается до момента сдвига средней пластины 1 о т
носительно пластин 2 и при этом фиксируется нагрузка Т, характеризующая
исчерпание несущей способности образца. Испытания рекомендуется
проводить с записью диаграммы сжатия образца. Для суждения о сдвиге
необходимо нанести риски на пластинах 1 и 2 .
Результаты испытания заносятся в протокол, г де отмечается дата
испытания, маркировка образца, нагрузка, соответствующая сдвигу (прик
ладывается диаграмма сжатия), и фамилии лиц, проводивших испытания.
Протокол со сведениями по отбору и испытанию образцов предъявляется
при приемке соединений.
Л .4 Несущая способность образца Т, полученная при испытании и расчетное
усилие Q bh , принятое в проекте сооружения, которое может быть
воспринято каждой п о верхностью трения соединяемых элеме нтов,
стянутых одним высокопрочным болтом (одним болт оконт акт ом),
оценивается соотношением Qbh ≤ Т/ 2 в каждом из трех образцов.
В случае невыполнения указанного соотношения решение принимается
комиссионно с участием заказчика, проектной и научно-исследоват е льской
организаций.
118

119.

119

120.

120

121.

121

122.

122

123.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
2367917
(11)
(13)
C1
(51) МПК
G01L5/24 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 27.09.2013 - прекратил действие
Пошлина:
(21), (22) Заявка: 2008113689/28, 07.04.2008
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
07.04.2008
(45) Опубликовано: 20.09.2009
(72) Автор(ы):
Устинов Виталий Валентинович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ИНГЕРСОЛЛ-РЭНД СиАйЭс" (R
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2296964 C1 10.04.2007. SU 1580188 A1
23.07.1990. RU 2066265 C1 10.09.1996. RU 2025270 C1
30.12.1994. SU 1752536 A1 07.08.1992. RU 2148805 C1
10.05.2000.
Адрес для переписки:
606100, Нижегородская обл., г. Павлово, ул.
Чапаева, 43, корп.3, ЗАО "Ингерсолл-Рэнд СиАйЭс"
(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ЗАТЯЖКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И
ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента затяжки резьбовых
соединений. Способ заключается в приложении к затянутому резьбовому соединению крутящего момента, перевода резьбового
соединения из состояния покоя в состояние движения, повороте на заданный угол, не превышающий 2-4°, и измерении крутящего
момента при достижении углом поворота заданного значения. При этом производится дополнительный поворот на такой же угол с
измерением крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения, а крутящий момент затяжки определяют как
разность удвоенного значения крутящего момента при первоначальном повороте на заданный угол и значения крутящего момента
при дополнительном повороте на заданный угол. Устройство содержит датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом
соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй регистр памяти, счетчик импульсов, дешифратор,
блок вычислений, цифровой индикатор и элемент ИЛИ. Технический результат заключается в повышении точности контроля
крутящего момента затяжки. 2 н.п. ф-лы, 3 ил
.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента затяжки резьбовых
соединений.
123

124.

Известен способ измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений заключающийся в приложении к затянутому
резьбовому соединению крутящего момента, перевод резьбового соединения из состояния покоя в состояние движения, поворот на
заданный угол, не превышающий 2+4°, и измерение крутящего момента при достижении углом поворота заданного значения (см.
а.с
1500881, опубл. 15.08.89 г.).
Однако использование этого способа не позволяет точно определять крутящий момент затяжки, так как измеряется крутящий момент,
соответствующий повороту резьбового соединения на дополнительный угол, поэтому возникает погрешность в измерении крутящего
момента затяжки.
Технический результат изобретения повышение точности контроля крутящего момента затяжки.
Поставленный технический результат достигается тем, что согласно способу измерения крутящего момента затяжки,
заключающемуся в приложении к затянутому резьбовому соединению крутящего момента, переводе резьбового соединения из
состояния покоя в состояние движения, повороте на заданный угол, не превышающий 2÷4°, и измерении крутящего момента при
достижении углом поворота заданного значения, производится дополнительный поворот на такой же угол с измерением крутящего
момента при достижении углом поворота заданного значения, а крутящий момент затяжки определяют как разность удвоенного
значения крутящего момента при первоначальном повороте на заданный угол и значения крутящего момента при дополнительном
повороте на заданный угол.
Известен динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом соединенного со
входом аналого-цифрового преобразователя, и первый регистр памяти (см. патент RU
2296964 от 10.04.2007 г.).
Недостатком указанного ключа является недостаточно высокая точность измерения крутящего момента затяжки резьбовых
соединений.
Технический результат изобретения - повышение точности измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений.
Поставленный технический результат достигается тем, что динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко
входу усилителя, выходом соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, и первый регистр памяти снабжен датчиком
угла поворота, вторым регистром памяти, счетчиком импульсов, дешифратором, блоком вычислений, цифровым индикатором и
элементом ИЛИ, выходом подключенным ко входу первого индикатора, выход датчика угла подключен к счетному входу счетчика
импульсов, выходами соединенного со входами дешифратора, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя
соединены с соответствующими информационными входами первого и второго регистров памяти, информационными выходами
подключенных к соответствующим информационным входам блока вычислений, информационными выходами подключенного ко
входам цифрового индикатора, первый выход дешифратора подключен ко входу «Запись» первого регистра памяти, второй выход
дешифратора подключен ко входу «Запись» второго регистра памяти, нулевой и первый выходы дешифратора подключены ко входам
элемента ИЛИ, второй выход дешифратора подключен ко входу «Вычисление» блока вычислений и входу второго элемента
индикации, а установочные входы регистров памяти и счетчика импульсов через кнопку управления подключены к шине «Напряжение
логической единицы».
На фиг.1 приведен график зависимости крутящего момента от угла поворота гайки при затяжке резьбового соединения.
На фиг.3 приведена блок схема динамометрического ключа.
На фиг.2 - общий вид динамометрического ключа.
Динамометрический ключ содержит датчик 1 момента, датчик 2 угла поворота, датчик 1 момента через усилитель 3 подключен ко
входу аналого-цифрового преобразователя 4, первый и второй регистры 5 и 6 памяти, счетчик 7 импульсов, дешифратор 8, блок 9
вычислений, цифровой индикатор 10 и элемент 11 ИЛИ, выходом подключенный ко входу первого индикатора 12, выход датчика 2
угла поворота подключен к счетному входу счетчика 7 импульсов, выходами соединенного со входами дешифратора 8,
информационные выходы аналого-цифрового преобразователя 4 соединены с соответствующими информационными входами
первого и второго регистров 5 и 6 памяти, информационными выходами подключенных к соответствующим информационным входам
блока 9 вычислений, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора 10, первый выход дешифратора
8 подключен ко входу «Запись» первого регистра 5 памяти, второй выход дешифратора 8 подключен ко входу «Запись» второго
регистра 6 памяти, нулевой и первый выходы дешифратора 8 подключены ко входам элемента 11 ИЛИ, второй выход дешифратора 8
подключен ко входу «Вычисление» блока 9 вычислений и входу второго элемента 13 индикации, а установочные входы регистров 5 и
124

125.

6 памяти и счетчика 7 импульсов через кнопку управления 14 подключены к шине 15 «Напряжение логической единицы».
Способ измерения крутящего момента затяжки осуществляется следующим образом. На резьбовое соединение надевают ключевую
головку динамометрического ключа (не указана) и производят поворот резьбового соединения. При достижении углом поворота
установленного значения 2÷4° производится измерение крутящего момента. Затем производят дополнительный поворот на тот же
угол, при достижении углом установленного значения производят повторное измерение крутящего момента.
Так как затяжка резьбовых соединений осуществляется в пределах упругих деформаций, то зависимость момента на ключе от угла
поворота имеет линейную зависимость, поэтому зная значения момента в двух точках, можно рассчитать значение крутящего
момента затяжки как разность удвоенного значения крутящего момента при первоначальном повороте на заданный угол и значения
крутящего момента при дополнительном повороте на заданный угол.
Динамометрический ключ работает следующим образом.
Ключевой головкой (не указана) ключ устанавливают на резьбовое соединение (не указано) и нажимают кнопку 14 управления. При
этом осуществляется сброс содержимого регистров 5 и 6 памяти и установка счетчика 7 в нулевое состояние.
Это приводит к появлению напряжения логической единицы на нулевом выходе дешифратора 8, на выходе элемента 11 ИЛИ также
появляется напряжение логической единицы, которое поступает на вход первого элемента 12 индикации.
Элемент 12 индикации загорается, чем осуществляется индикация о начале измерения.
Затем к резьбовому соединению прикладывают крутящий момент и переводят резьбовое соединение из состояния покоя в состояние
движения и осуществляют его поворот.
При этом на выходе датчика 1 момента появляется напряжение, величина которого пропорциональна величине приложенного
крутящего момента. Это напряжение через усилитель 3 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, который
осуществляет преобразование напряжения, пропорционального моменту, в цифровой код. Цифровой код с выходов аналогоцифрового преобразователя 4 поступает на входы регистров 5 и 6 памяти.
Когда при повороте резьбового соединения угол поворота достигнет установленного значения в пределах 2÷4°, на выходе датчика 2
угла появится импульс, который поступает на счетный вход счетчика 7 импульсов.
При этом на нулевом выходе дешифратора 8 напряжение логической единицы пропадает и оно появляется на первом выходе
дешифратора 8.
Передним фронтом этого импульса осуществляется запись в память кода на его входах, соответствующего величине крутящего
момента при первоначальном угле поворота.
При дальнейшем повороте резьбового соединения на выходе датчика 2 угла вновь появится импульс, когда резьбовое соединение
повернется на такой же угол, что при первоначальном повороте. При этом счетчик 7 импульсов установится в следующее состояние,
на втором выходе дешифратора появится напряжение логической единицы, которым осуществляется запись в память второго
регистра 6 памяти кода, соответствующего крутящему моменту при повороте резьбового соединения на дополнительный угол.
Цифровой код с выходов регистров 5 и 6 памяти поступает на входы блока 9 вычислений.
При появлении на втором выходе дешифратора 8 напряжения логической единицы блок 9 осуществляет вычисление, при котором на
его выходе появляется код, соответствующий значению разности удвоенного значения крутящего момента при первоначальном
повороте на заданный угол и значения крутящего момента при дополнительном повороте на заданный угол. Код с выходов блока 9
вычислений поступает на входы цифрового индикатора, которым осуществляется индикация вычисленной величины крутящего
момента.
Так как напряжение логической единицы отсутствует на первом выходе дешифратора 8, то индикатор 12 гаснет, чем осуществляется
индикация о том, что измерение крутящего момента закончено.
При появлении напряжения на втором выходе дешифратора 8 загорается индикатор 13, который сигнализирует о том, что можно
считывать результат измерения.
125

126.

Измерение крутящего момента затяжки закончено и ключ снимают с проверенного резьбового соединения.
Введение в динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом соединенного со
входом аналого-цифрового преобразователя, и первый регистр памяти, датчика угла поворота, второго регистра памяти, счетчика
импульсов, дешифратора, блока вычислений, цифрового индикатора и элемента ИЛИ, выходом подключенного ко входу первого
индикатора, при этом выход датчика угла поворота подключен к счетному входу счетчика импульсов, выходами соединенного со
входами дешифратора, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими
информационными входами первого и второго регистров памяти, информационными выходами подключенных к соответствующим
информационным входам блока вычислений, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора, первый
выход дешифратора подключен ко входу «Запись» первого регистра памяти, второй выход дешифратора подключен ко входу
«Запись» второго регистра памяти, нулевой и первый выходы дешифратора подключены ко входам элемента ИЛИ, второй выход
дешифратора подключен ко входу «Вычисление» блока вычислений и входу второго элемента индикации, а установочные входы
регистров памяти и счетчика импульсов через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической единицы», позволило
повысить точность измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений, так как величину момента затяжки вычисляют по
результатам измерения крутящего момента в двух точках, отстоящих друг от друга на один и тот же угол поворота, составляющий
величину 2÷4°.
Формула изобретения
1. Способ измерения крутящего момента затяжки резьбовых соединений, заключающийся в приложении к
затянутому резьбовому соединению крутящего момента, переводе резьбового соединения из состояния
покоя в состояние движения, повороте на заданный угол, не превышающий 2÷4°, и измерении крутящего
момента при достижении углом поворота заданного значения, отличающийся тем, что производят
дополнительный поворот на такой же угол с измерением крутящего момента при достижении углом
поворота заданного значения, а крутящий момент затяжки определяют как разность удвоенного значения
крутящего момента при первоначальном повороте на заданный угол и значения крутящего момента при
дополнительном повороте на заданный угол.
2. Динамометрический ключ, содержащий датчик момента, подключенный ко входу усилителя, выходом
соединенного со входом аналого-цифрового преобразователя, и первый регистр памяти, отличающийся тем,
что динамометрический ключ снабжен датчиком угла поворота, вторым регистром памяти, счетчиком
импульсов, дешифратором, блоком вычислений, цифровым индикатором и элементом «ИЛИ», выходом
подключенным ко входу первого индикатора, выход датчика угла подключен к счетному входу счетчика
импульсов, выходами соединенного со входами дешифратора, информационные выходы аналогоцифрового преобразователя соединены с соответствующими информационными входами первого и второго
регистров памяти, информационными выходами подключенных к соответствующим информационным
входам блока вычислений, информационными выходами подключенного ко входам цифрового индикатора,
первый выход дешифратора подключен ко входу «Запись» первого регистра памяти, второй выход
дешифратора подключен ко входу «Запись» второго регистра памяти, нулевой и первый выходы
дешифратора подключены ко входам элемента «ИЛИ», второй выход дишифратора подключен ко входу
«Вычисление» блока вычислений и входу второго элемента индикации, а установочные входы регистров
памяти и счетчика импульсов через кнопку управления подключены к шине «Напряжение логической
единицы».
РИСУНКИ
126

127.

127

128.

128

129.

ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ
изобретение патент
129

130.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 413 820
(13)
C1
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, (51) МПК
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
E04B 1/58 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус:не действует (последнее изменение статуса: 27.10.2014)
(21)(22) Заявка: 2009139553/03, 26.10.2009
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
26.10.2009
(72) Автор(ы):
Марутян Александр
Суренович (RU),
Першин Иван
Митрофанович (RU),
Павленко Юрий Ильич
(RU)
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 26.10.2009
(45) Опубликовано: 10.03.2011 Бюл. № 7
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: КУЗНЕЦОВ В.В.
(73)
Металлические конструкции. В 3 т. - Стальные конструкции зданий и
Патентообладатель(и):
сооружений (Справочник проектировщика). - М.: АСВ, 1998, т.2. с.157,
Марутян Александр
рис.7.6. б). SU 68853 A1, 31.07.1947. SU 1534152 A1, 07.01.1990.
Суренович (RU)
Адрес для переписки:
357212, Ставропольский край, г. Минеральные Воды, ул. Советская, 90,
кв.4, Ю.И. Павленко
(54) ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области строительства, в частности к фланцевому соединению растянутых
элементов замкнутого профиля. Технический результат заключается в уменьшении массы
конструкционного материала. Фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля
включает концы стержней с фланцами, стяжные болты и листовую прокладку между фланцами. Фланцы
установлены под углом 30° относительно продольных осей стержневых элементов. Листовую прокладку
составляют парные опорные столики. Столики жестко скреплены с фланцами и в собранном соединении
взаимно уперты друг в друга. 7 ил., 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а именно к фланцевым соединениям
растянутых элементов замкнутого профиля, и может быть использовано в монтажных стыках поясов
решетчатых конструкций.
130

131.

Известно стыковое соединение растянутых элементов замкнутого профиля, включающее концы
стержневых элементов с фланцами, дополнительные ребра и стяжные болты, установленные по
периметру замкнутого профиля попарно симметрично относительно ребер (Металлические
конструкции. В 3 т. Т.1. Общая часть. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В.Кузнецова. М.: Изд-во АСВ, 1998. - С.188, рис.3.10, б).
Недостаток соединения состоит в больших габаритах фланца и значительном числе соединительных
деталей, что увеличивает расход материала и трудоемкость конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является монтажное стыковое соединение нижнего
(растянутого) пояса ферм из гнутосварных замкнутых профилей, включающее концы стержневых
элементов с фланцами, дополнительные ребра, стяжные болты и листовую прокладку между фланцами
для прикрепления стержней решетки фермы и связей между фермами (1. Металлические конструкции:
Учебник для вузов / Под ред. Ю.И.Кудишина. - М.: Изд. центр «Академия», 2007. - С.295, рис.9.27; 2.
Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред.
В.В.Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - С.462, рис.7.28, в).
Недостаток соединения, как и в предыдущем случае, состоит в материалоемкости и трудоемкости
монтажного стыка на фланцах.
Основной задачей, на решение которой направлено фланцевое соединение растянутых элементов
замкнутого профиля, является уменьшение массы (расхода) конструкционного материала.
Результат достигается тем, что во фланцевом соединении растянутых элементов замкнутого профиля,
включающем концы стержней с фланцами, стяжные болты и листовую прокладку между фланцами,
фланцы установлены под углом 30° относительно продольных осей стержневых элементов, а листовую
прокладку составляют парные опорные столики, жестко скрепленные с фланцами и в собранном
соединении взаимно упертые друг в друга.
Предлагаемое фланцевое соединение имеет достаточно универсальное техническое решение. Так, его
можно применить в монтажных стыках решетчатых конструкций из труб круглых, овальных,
эллиптических, прямоугольных, квадратных, пятиугольных и других замкнутых сечений. В качестве
еще одного примера использования предлагаемого соединения можно привести аналогичные стыки на
монтаже элементов конструкций из парных и одиночных уголков, швеллеров, двутавров, тавров, Z-, Н-,
U-, V-, Λ-, Х-, С-, П-образных и других незамкнутых профилей.
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показано предлагаемое
фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля, вид сверху; на фиг.2 - то же, вид
сбоку; на фиг.3 - предлагаемое соединение для случая прикрепления элемента решетки, вид сбоку; на
фиг.4 - фланцевое соединение растянутых элементов незамкнутого профиля, вид сверху; на фиг.5 - то
же, вид сбоку; на фиг.6 - то же, при полном отсутствии стяжных болтов в наружных зонах незамкнутого
профиля; на фиг.7 - расчетная схема растянутого элемента замкнутого профиля с фланцем и опорным
столиком.
Предлагаемое фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля 1 содержит
прикрепленные с помощью сварных швов цельнолистовые фланцы 2, установленные под углом 30°
относительно продольных осей растянутых элементов. С фланцами 2 посредством сварных швов жестко
скреплены опорные столики 3. В выступающих частях 4 фланцев 2 и опорных столиков 3 размещены
соосные отверстия 5, в которых после сборки соединения на монтаже установлены стяжные болты 6.
131

132.

Для прикрепления стержневого элемента решетки 7 в предлагаемом фланцевом соединении опорные
столики 3 продолжены за пределы выступающих частей 4 фланцев 2 таким образом, что в них можно
разместить дополнительные болты 8, как это сделано в типовом монтажном стыке на фланцах.
В случае использования предлагаемого фланцевого соединения для растянутых элементов незамкнутого
профиля 9, соосные отверстия 5 во фланцах 2 и опорных столиках 3, а также стяжные болты 6 могут
быть расположены не только за пределами сечения (поперечного или косого) незамкнутого (открытого)
профиля, но и в его внутренних зонах. При полном отсутствии стяжных болтов 6 в наружных (внешних)
зонах открытого профиля 9 предлагаемое фланцевое соединение более компактно.
В фермах из прямоугольных и квадратных труб (гнутосварных замкнутых профилей - ГСП) углы
примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30° для обеспечения плотности участка сварного
шва со стороны острого угла (Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред.
Ю.И.Кудишина. - М.: Изд. центр «Академия», 2007. - С.296). Поэтому в предлагаемом фланцевом
соединении растянутых элементов замкнутого профиля 1 фланцы 2 и скрепленные с ними опорные
столики 3 установлены под углом 30° относительно продольных осей. В таком случае продольная сила
F, вызывающая растяжение элемента замкнутого профиля 1, раскладывается на две составляющие:
нормальную N=0,5 F, воспринимаемую стяжными болтами 6, и касательную T=0,866 F, передающуюся
на опорные столики 3. Уменьшение болтовых усилий в два раза во столько же раз снижает моменты,
изгибающие фланцы, а это позволяет применять для них более тонкие листы, сокращая тем самым
расход конструкционного материала. Кроме того, на материалоемкость предлагаемого соединения
позитивно влияют возможные уменьшение диаметров стяжных болтов 6, снижение их количества или
комбинация первого и второго.
Для сравнения предлагаемого (нового) технического решения с известным в качестве базового объекта
принято типовое монтажное соединение на фланцах ферм покрытий из гнутосварных замкнутых
профилей системы «Молодечно» (Стальные конструкции покрытий производственных зданий
пролетами 18, 24, 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа
«Молодечно». Серия 1.460.3-14. Чертежи КМ. Лист 44). Расход материала сравниваемых вариантов
приведен в таблице, из которой видно, что в новом решении он уменьшился в 47,1/26,8=1,76 раза.
Наименование Размеры, мм Кол-во, шт.
Масса, кг
1 шт. всех стыка
Фланец
300×300×30
2
21,2 42,4
Ребро
140×110×8
8
0,5* 4,0
Сварные швы (1,5%)
Известное решение
0,7
Фланец
300×250×18
2
10,6 21,2
Столик
27×150×8
2
2,6
Сварные швы (1,5%)
47,1
Примеч.
5,2
26,8 Предлагаемое решение
0,4
*Учтена треугольная форма
Кроме того, здесь необходимо учесть расход материала на стяжные болты. В известном и предлагаемом
фланцевых соединениях количество стяжных болтов одинаково и составляет 8 шт. Если в первом из них
использованы болты М24, то во втором - M18 того же класса прочности. Тогда очевидно, что в новом
132

133.

решении расход материала снижен пропорционально уменьшению площади сечения болта нетто, то
есть в 3,52/1,92=1,83 раза.
Формула изобретения
Фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля, включающее концы стержней с
фланцами, стяжные болты и листовую прокладку между фланцами, отличающееся тем, что фланцы
установлены под углом 30° относительно продольных осей стержневых элементов, а листовую
прокладку составляют парные опорные столики, жестко скрепленные с фланцами и в собранном
соединении взаимно упертые друг в друга.
133

134.

134

135.

135

136.

136

137.

137

138.

F 16 L 23/02 F 16 L 51/00
Антисейсмическое фланцевое соединение трубопроводов
Реферат
138

139.

Техническое решение относится к области строительства магистральных
трубопроводов и предназнечено для защиты шаровых кранов и
трубопровода от возможных вибрационных , сейсмических и взрывных
воздействий Конструкция фрикци -болт выполненный из латунной шпильки
с забитмы медным обожженным клином позволяет обеспечить надежный
и быстрый погашение сейсмической нагрузки при землетрясении,
вибрационных вождействий от железнодорожного и автомобильно
транспорта и взрыве .Конструкция фрикци -болт, состоит их латунной
шпильки , с забитым в пропиленный паз медного клина, которая жестко
крепится на фланцевом фрикционно- подвижном соединении (ФФПС) .
Кроме того между энергопоглощаюим клином вставляютмс свинффцовые
шайбы с двух сторо, а латунная шпилька вставлдяетт фв ФФПС с
медным ободдженным кгильзоц или втулкой ( на чертеже не показана) 1-4
ил.
Описание изобретения
трубопроводов
Антисейсмическое фланцевое соединение
Патент Великобритании № 1260143, кл. F 2 G, фиг. 2, 1972.
Бергер И. А. и др. Расчет на прочность деталей машин. М.,
«Машиностроение», 1966, с. 491. (54) (57) 1.
Антисейсмическое фланцевое соединение трубопроводов
Предлагаемое техническое решение предназначено для защиты шаровых
кранов и трубопроводов от сейсмических воздействий за счет использования
фрикционное- податливых соединений. Известны фрикционные соединения
для защиты объектов от динамических воздействий. Известно, например,
болтовое фланцевое соединение , патент RU №1425406, F16 L 23/02.
Соединение содержит металлические тарелки и прокладки. С увеличением
нагрузки происходит взаимное демпфирование колец -тарелок.
Взаимное смещение происходит до упора фланцевого фрикционно
подвижного соедиения (ФФПС), при импульсных растягивающих нагрузках
при многокаскадном демпфировании, корые работают упруго.
139

140.

Недостатками известного решения 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 и антисейсмических воздействий, патент SU 1145204, F 16
L 23/02 Антивибрационное фланцевое соединение трубопроводов
Устройство содержит базовое основание, нескольких сегментов -пружин и
несколько внешних пластин. В сегментах выполнены продольные пазы.
Сжатие пружин создает демпфирование
Таким образом получаем фрикционно -подвижное соединение на
пружинах, которые выдерживает сейсмические нагрузки но, при
возникновении динамических, импульсных растягивающих нагрузок,
взрывных, сейсмических нагрузок, превышающих расчетные силы трения в
сопряжениях, смещается от своего начального положения, при этом
сохраняет трубопровод без разрушения.
Недостатками указанной конструкции являются: сложность конструкции и
дороговизна, из-за наличия большого количества сопрягаемых трущихся
поверхностей и надежность болтовых креплений с пружинами
Целью предлагаемого решения является упрощение конструкции,
уменьшение количества сопрягаемых трущихся поверхностей до одного или
нескольких сопряжений в виде фрикци -болта , а также повышение
точности расчета при использования фрикци- болтовых демпфирующих
податливых креплений для шаровых кранов и трубопровода.
Сущность предлагаемого решения заключается в том, что с помощью
подвижного фрикци –болта с пропиленным пазом, в который забит медный
обожженный клин, с бронзовой втулкой (гильзой) и свинцовой шайбой ,
установленный с возможностью перемещения вдоль оси и с ограничением
перемещения за счет деформации трубопровода под действием запорного
элемента в виде стопорного фрикци-болта с пропиленным пазом в стальной
шпильке и забитым в паз медным обожженным клином.
140

141.

Фрикционно- подвижные соединения состоят из демпферов сухого трения
с использованием латунной втулки или свинцовых шайб) поглотителями
сейсмической и взрывной энергии за счет сухого трения, 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, сама опора при этом начет
раскачиваться за счет выхода обожженных медных клиньев, которые
предварительно забиты в пропиленный паз стальной шпильки.
Фрикци-болт, является энергопоглотителем пиковых ускорений (ЭПУ), с
помощью которого, поглощается взрывная, ветровая, сейсмическая,
вибрационная энергия. Фрикци-болт снижает на 2-3 балла импульсные
растягивающие нагрузки при землетрясении и при взрывной, ударной
воздушной волне. Фрикци –болт повышает надежность работы
оборудования, сохраняет каркас здания, моста, ЛЭП, магистрального
трубопровода, за счет уменьшения пиковых ускорений, за счет
использования протяжных фрикционных соединений, работающих на
растяжение на фрикци- болтах, установленных в длинные овальные
отверстия с контролируемым натяжением в протяжных соединениях
согласно 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.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к соединениям
трубчатых элементов
Цель изобретения расширение области использования соединения в
сейсмоопасных районах .
На чертеже показано предлагаемое соединение, общий вид.
Соединение состоит из фланцев 1 и 2,латунного фрикци -болтов 3, гаек 4,
кольцевого уплотнителя 5.
141

142.

Фланцы выполнены с помощью латунной шпильки с пропиленным пазом
куж забивается медный обожженный клин и снабжен энергопоглощением .
Антисейсмический виброизоляторы выполнены в виде латунного фрикци болта с пропиленныым пазом , кужа забиваенься стопорный обожженный
медный, установленных на стержнях фрикци- болтов Медный
обожженный клин может быть также установлен с двух сторон крана
шарового
Болты снабжены амортизирующими шайбами из свинца: расположенными
в отверстиях фланцев.
Однако устройство в равной степени работоспособно, если
антисейсмическим или виброизолирующим является медный обожженный
клин .
Гашение многокаскадного демпфирования или вибраций, действующих в
продольном направлении, осуществляется смянанием с энергопоглощением
забитого медного обожженного клина
Виброизоляция в поперечном направлении обеспечивается свинцовыми
шайбами , расположенными между цилиндрическими выступами . При этом
промежуток между выступами, должен быть больше амплитуды колебаний
вибрирующего трубчатого элемента, Для обеспечения более надежной
виброизоляции и сейсмозащиты шарового кран с трубопроводом в
поперечном направлении, можно установить медный втулки или гильзы (
на чертеже не показаны), которые служат амортизирующие
дополнительными упругими элементы
Упругими элементами , одновременно повышают герметичность
соединения, может служить стальной трос ( на чертеже не показан)
.
Устройство работает следующим образом.
В пропиленный паз латунно шпильки, плотно забивается медный
обожженный клин , который является амортизирующим элементом при
многокаскадном демпфировании .
142

143.

Латунная шпилька с пропиленным пазом , располагается во фланцевом
соединени , выполненные из латунной шпильки с забиты с одинаковым
усилием медный обожженный клин , например латунная шпилька , по
названием фрикци-болт . Одновременно с уплотнением соединения оно
выполняет роль упругого элемента, воспринимающего вибрационные и
сейсмические нагрузки. Между выступами устанавливаются также
дополнительные упругие свинцовые шайбы , повышающие надежность
виброизоляции и герметичность соединения в условиях повышенных
вибронагрузок и сейсмонагрузки и давлений рабочей среды.
Затем монтируются подбиваются медный обожженные клинья с
одинаковым усилием , после чего производится стягивание соединения
гайками с контролируемым натяжением .
В процессе стягивания фланцы сдвигаются и сжимают медный
обожженный клин на строго определенную величину, обеспечивающую
рабочее состояние медного обожженного клина . свинцовые шайбы
применяются с одинаковой жесткостью с двух сторон .
Материалы медного обожженного клина и медных обожженных втулок
выбираются исходя из условия, чтобы их жесткость соответствовала
расчетной, обеспечивающей надежную сейсмомозащиту и виброизоляцию и
герметичность фланцевого соединения трубопровода и шаровых кранов.
Наличие дополнительных упругих свинцовых шайб ( на чертеже не показаны)
повышает герметичность соединения и надежность его работы в тяжелых
условиях вибронагрузок при моногкаскадном демпфировании
Жесткость сейсмозащиты и виброизоляторов в виде латунного фрикци болта определяется исходя из, частоты вынужденных колебаний
вибрирующего трубчатого элемента с учетом частоты собственных
колебаний всего соединения по следующей формуле:
Виброизоляция и сейсмоизоляция обеспечивается при условии, если
коэффициент динамичности фрикци -болта будет меньше единицы.
Формула
143

144.

Антисейсмическое фланцевое соединение трубопроводов
Антисейсмическое ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ,
содержащее крепежные элементы, подпружиненные и энергопоглощающие
со стороны одного из фланцев, амортизирующие в виде латунного фрикци болта с пропиленным пазом и забитым медным обожженным клином с
медной обожженной втулкой или гильзой , охватывающие крепежные
элементы и установленные в отверстиях фланцев, и уплотнительный
элемент, фрикци-болт , отличающееся тем, что, с целью расширения
области использования соединения, фланцы выполнены с помощью
энергопоглощающего фрикци -болта , с забитимы с одинаковм усилеи м
медым обожженм коллином расположенными во фоанцемом фрикционноподвижном соедиении (ФФПС) , уплотнительными элемент выполнен в виде
свинцовых тонких шайб , установленного между цилиндрическими
выступами фланцев, а крепежные элементы подпружинены также на
участке между фланцами, за счет протяжности соединения по линии
нагрузки .
2. Соединение по и. 1, отличающееся тем, что между медным обожженным
энергопоголощающим клином установлены тонкие свинцовые или
обожженные медные шайбы, а в латунную шпильку устанавливает медная
обожженная гильза или втулка .
Фиг 1
Фиг 2
144

145.

Фиг 3
Фиг 4
Фиг 5
Фиг 6
Фиг 7
145

146.

Фиг 8
Фиг 9
Flanged connections of stretched pipeline elements with
beveled ends, with elastic dry friction dampers-oblique
damping compensators
Общество с ограниченной ответственностью «С К С
Т Р О Й К О М П Л Е К С - 5» СПб, ул. Бабушкина, д.
36 тел./факс 812-705-00-65 E-mail:
stanislav@stroycomplex-5. ru http://www. stroycomplex5. ru
РЕГЛАМЕНТ
МОНТАЖА АМОРТИЗАТОРОВ СТЕРЖНЕВЫХ ДЛЯ СЕЙСМОЗАЩИТЫ
МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
Подготовительные работы
1.1 Очистка верхних поверхностей бетона оголовка опоры и пролетного
строения от загрязнений;
1.2. Контрольная съемка положения закладных деталей (фундаментных болтов)
в оголовке опоры и диафрагме железобетонного пролетного строения или отверстий в
металле металлического или сталежелезобетонного пролетного строения с
составлением схемы (шаблона).
1.3. Проверка соответствия положения отверстий для крепления амортизатора
к опоре и к пролетному строению в элементах амортизатора по шаблонам и, при
необходимости, райберовка или рассверловка новых отверстий.
1.
146

147.

Проверка высотных и горизонтальных параметров поступившего на
монтаж амортизатора и пространства для его установки на опоре (под диафрагмой).
При необходимости, срубка выступающих частей бетона или устройство подливки на
оголовке опоры.
1.5. Устройство подмостей в уровне площадки, на которую устанавливается
У амортизатор.
1.4.
2. Установка
и закрепление амортизатора
2.1. Установка амортизаторов с нижним расположением ФПС (под
железобетонные пролетные строения).
2.1.1. Расположение фундаментных болтов для крепления на опоре может
быть двух видов:
1) болты расположены внутри основания и при полностью смонтированном
амортизаторе не видны, т.к. закрыты корпусом упора, при этом концы фундаментных
болтов выступают над поверхностью площадки, на которой монтируется
амортизатор;
2) болты расположены внутри основания и оканчиваются резьбовыми
втулками, верхние торцы которых расположены заподлицо с бетонной поверхностью;
3) болты расположены у края основания, которое совмещено с корпусом упора,
и после монтажа амортизатора доступ к болтам возможен, при этом концы
фундаментных
болтов
выступают
над
поверхностью
площадки;
147

148.

4) болты расположены у края основания и оканчиваются резьбовыми втулками,
как и во втором случае
2.1.2. Последовательность операций по монтажу амортизатора в первом случае
приведена ниже.
а) Затяжка болтов ФПС на усилие, предусмотренное проектом.
б) Разборка соединения основания с корпусом упора, собранного на время
транспортировки.
в) Подъем основания амортизатора на подмости в уровне, превышающем
уровень площадки, на которой монтируется амортизатор, на высоту выступающего
конца фундаментного болта.
г) Надвижка основания в проектное положение до совпадения отверстий для
крепления амортизатора с фундаментными болтами, опускание основания на площадку,
затяжка фундаментных болтов, при необходимости срезка выступающих над гайками
концов фундаментных болтов.
д) Подъем сборочной единицы, включающей остальные части амортизатора, на
подмости в уровне установленного основания.
е) Снятие транспортных креплений.
ж) Надвижка упомянутой сборочной единицы на основание до совпадения
отверстий под штифты и резьбовые отверстия под болты в основании с
соответствующими отверстиями в упоре, забивка штифтов в отверстия, затяжка и
законтривание болтов.
з) Завинчивание болтов крепления верхней плиты стержневой пружины в
резьбовые отверстия втулок анкерных болтов на диафрагме пролетного строения. Если
зазор между верхней плитой и нижней плоскостью диафрагмы менее 5мм,
производится затяжка болтов. Если зазор более 5 мм, устанавливается опалубка по
контуру верхней плиты, бетонируется или инъектирует- ся зазор, после набора
прочности бетоном или раствором производится затяжка болтов.
и) Восстановление антикоррозийного покрытия.
2.1.3. Операции по монтажу амортизатора во втором случае отличаются от
операций первого случая только тем, что основание амортизатора поднимается на
подмости в уровне площадки, на которой монтируется амортизатор и надвигается до
совпадения резьбовых отверстий во втулках фундаментных болтов с отверстиями под
болты в основании.
2.1.4. Последовательность операций по монтажу амортизатора в третьем случае
приведена ниже.
а) Затяжка болтов ФПС на усилие, предусмотренное проектом.
б) Подъем амортизатора на подмости в уровень, превышающий уровень
площадки, на которой монтируется амортизатор, на высоту выступающего конца
фундаментного
болта.
148

149.

в) Снятие транспортных креплений.
г) Надвижка амортизатора в проектное положение до совпадения отверстий для
его крепления с фундаментными болтами, опускание амортизатора на площадку,
затяжка фундаментных болтов.
Далее выполняются операции, указанные в подпунктах 2.1.2.д...2.1.2.и.
2.1.5. Операции по монтажу амортизаторов в четвертом случае отличаются от
операций для третьего случая только тем, что амортизатор поднимается на подмости в
уровень площадки, на которой он монтируется и надвигается до совпадения отверстий
в амортизаторе с резьбовыми отверстиями во втулках.
Установка амортизаторов с верхним расположением ФПС (под
металлические пролетные строения)
2.2.1. Последовательность и содержание операций по установке на опоры
амортизаторов как с верхним, так и с нижним расположением ФПС одинаковы.
2.2.2. К металлическому пролетному строению амортизатор прикрепляется
посредством горизонтального упора. После прикрепления амортизатора к опоре
выполняются следующие операции:
1) замеряются зазоры между поверхностями примыкания горизонтального
упора к конструкциям металлического пролетного строения;
2) в отверстия вставляются высокопрочные болты и на них нанизываются гайки;
3) при наличии зазоров более 2 мм в местах расположения болтов вставляются
вильчатые прокладки (вилкообразные шайбы) требуемой толщины;
4) высокопрочные болты затягиваются до проектного усилия.
2.2.
Подъемка амортизатора на подмости в уровне площадки, на которой он
будет смонтирован.
2.4. Демонтаж транспортных креплений.
2.3.
Заместитель генерального директора
Л.А. Ушакова
Согласовано:
Главный инженер проекта
ОАО «Трансмост»
И.В. Совершаев
Главный инженер проекта ОАО «Трансмост»
149
И.А. Мурох

150.

Главный инженер проекта
В.Л. Бобровский
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ,
РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
УЗДИН А.М., ЕЛИСЕЕВ О.Н., , НИКИТИН А.А., ПАВЛОВ В.Е., СИМКИН А.Ю.,
КУЗНЕЦОВА И.О.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ,
РАСЧЕТ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
150

151.

СОДЕРЖАНИЕ
1
Введение
3
2
Элементы теории трения и износа
6
3
Методика расчета одноболтовых ФПС
18
3.1
Исходные посылки для разработки методики расчета ФПС
18
3.2
Общее уравнение для определения несущей способности ФПС.
20
3.3
Решение общего уравнения для стыковых ФПС
21
3.4
Решение общего уравнения для нахлесточных ФПС
22
4
Анализ экспериментальных исследований работы ФПС
26
5
Оценка
параметров
диаграммы
деформирования
многоболтовых
фрикционно-подвижных соединений (ФПС)
31
5.1
Общие положения методики расчета многоболтовых ФПС
31
5.2
Построение уравнений деформирования стыковых многоболтовых ФПС
32
5.3
Построение уравнений деформирования нахлесточных многоболтовых 38
ФПС
6
Рекомендации по технологии изготовления ФПС и сооружений с такими
соединениями
6.1
42
Материалы болтов, гаек, шайб и покрытий контактных поверхностей
стальных деталей ФПС и опорных поверхностей шайб
42
6.2
Конструктивные требования к соединениям
43
6.3
Подготовка
контактных
поверхностей
элементов
и
методы
контроля
6.4
45
Приготовление и нанесение протекторной грунтовки ВЖС 83-0287. Требования к загрунтованной поверхности. Методы контроля
6.4.1
Основные требования по технике безопасности при работе с
грунтовкой ВЖС 83-02-87
6.4.2
Транспортировка
и
47
хранение
элементов
законсервированных грунтовкой ВЖС 83-02-87
6.5
46
и
деталей,
49
Подготовка и нанесение антифрикционного покрытия на опорные 49
поверхности шайб
6.6
7
Сборка ФПС
49
Список литературы
51
151

152.

1. ВВЕДЕНИЕ
Современный подход к проектированию сооружений, подверженных экстремальным, в частности,
сейсмическим нагрузкам исходит из целенаправленного проектирования предельных состояний
конструкций. В литературе [1, 2, 11, 18] такой подход получил название проектирования сооружений с
заданными параметрами предельных состояний. Возможны различные технические реализации
отмеченного подхода. Во всех случаях в конструкции создаются узлы, в которых от экстремальных
нагрузок могут возникать неупругие смещения элементов. Вследствие этих смещений нормальная
эксплуатация
сооружения,
как
правило,
нарушается,
однако
исключается
его
обрушение.
Эксплуатационные качества сооружения должны легко восстанавливаться после экстремальных
воздействий. Для обеспечения указанного принципа проектирования и были предложены фрикционноподвижные болтовые соединения.
Под фрикционно-подвижными соединениями (ФПС) понимаются соединения металлоконструкций
высокопрочными болтами, отличающиеся тем, что отверстия под болты в соединяемых деталях
выполнены овальными вдоль направления действия экстремальных нагрузок. При экстремальных
нагрузках происходит взаимная сдвижка соединяемых деталей на величину до 3-4 диаметров
используемых высокопрочных болтов. Работа таких соединений имеет целый ряд особенностей и
существенно влияет на поведение конструкции в целом. При этом во многих случаях оказывается
возможным снизить затраты на усиление сооружения, подверженного сейсмическим и другим
интенсивным нагрузкам.
ФПС были предложены в НИИ мостов ЛИИЖТа в 1980 г. для реализации принципа
проектирования мостовых конструкций с заданными параметрами предельных состояний. В 1985-86 г.г.
эти соединения были защищены авторскими свидетельствами [16-19]. Простейшее стыковое и
нахлесточное соединения приведены на рис.1.1. Как видно из рисунка, от обычных соединений на
высокопрочных болтах предложенные в упомянутых работах отличаются тем, что болты пропущены
через овальные отверстия. По замыслу авторов при экстремальных нагрузках должна происходить
взаимная подвижка соединяемых деталей вдоль овала, и за счет этого уменьшаться пиковое значение
усилий, передаваемое соединением. Соединение с овальными отверстиями применялись в строительных
конструкциях и ранее, например, можно указать предложения [8, 10 и др]. Однако в упомянутых
работах овальные отверстия устраивались с целью упрощения монтажных работ. Для реализации
принципа проектирования конструкций с заданными параметрами предельных состояний необходимо
фиксировать предельную силу трения (несущую способность) соединения.
152

153.

При использовании обычных болтов их натяжение N не превосходит 80-100 кН, а разброс
натяжения N=20-50 кН, что не позволяет прогнозировать несущую способность такого соединения по
трению. При использовании же высокопрочных болтов при том же N натяжение N= 200 - 400 кН, что
Рис.1.1. Принципиальная схема фрикционно-подвижного
соединения
а) встык , б) внахлестку
1- соединяемые листы; 2 – высокопрочные болты;
3- шайба;4 – овальные отверстия; 5 – накладки.
в принципе может позволить задание и регулирование несущей способности соединения. Именно эту
цель преследовали предложения [3,14-17].
Однако проектирование и расчет таких соединений вызвал серьезные трудности. Первые испытания
ФПС показали, что рассматриваемый класс соединений не обеспечивает в общем случае стабильной
работы конструкции. В процессе подвижки возможна заклинка соединения, оплавление контактных
поверхностей соединяемых деталей и т.п. В ряде случаев имели место обрывы головки болта.
Отмеченные
исследования
позволили
выявить
153
способы
обработки
соединяемых
листов,

154.

обеспечивающих стабильную работу ФПС. В частности, установлена недопустимость использования
для ФПС пескоструйной обработки листов пакета, рекомендованы использование обжига листов,
нанесение на них специальных мастик или напыление мягких металлов. Эти исследования показали, что
расчету и проектированию сооружений должны предшествовать детальные исследования самих
соединений. Однако, до настоящего времени в литературе нет еще систематического изложения общей
теории ФПС даже для одноболтового соединения, отсутствует теория работы многоболтовых ФПС.
Сложившаяся ситуация сдерживает внедрение прогрессивных соединений в практику строительства.
В силу изложенного можно заключить, что ФПС весьма перспективны для использования в
сейсмостойком строительстве, однако, для этого необходимо детально изложить, а в отдельных случаях
и развить теорию работы таких соединений, методику инженерного расчета самих ФПС и сооружений с
такими соединениями. Целью, предлагаемого пособия является систематическое изложение теории
работы ФПС и практических методов их расчета. В пособии приводится также и технология монтажа
ФПС.
2.ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА
Развитие науки и техники в последние десятилетия показало, что надежные
и долговечные машины, оборудование и приборы могут быть созданы только при
удачном решении теоретических и прикладных задач сухого и вязкого трения,
смазки и износа, т.е. задач трибологии и триботехники.
Трибология – наука о трении и процессах, сопровождающих трение (трибос –
трение, логос – наука). Трибология охватывает экспериментально-теоретические
результаты исследований физических (механических, электрических, магнитных,
тепловых), химических, биологических и других явлений, связанных с трением.
Триботехника – это система знаний о практическом применении трибологии
при проектировании, изготовлении и эксплуатации трибологических систем.
С трением связан износ соприкасающихся тел – разрушение поверхностных
слоев деталей подвижных соединений, в т.ч. при резьбовых соединениях.
Качество соединения определяется внешним трением в витках резьбы и в торце
гайки и головки болта (винта) с соприкасающейся деталью или шайбой. Основная
154

155.

характеристика крепежного резьбового соединения – усилие затяжки болта
(гайки), - зависит от значения и стабильности моментов сил трения сцепления,
возникающих при завинчивании. Момент сил сопротивления затяжке содержит
две составляющих: одна обусловлена молекулярным воздействием в зоне
фактического касания тел, вторая – деформированием тончайших поверхностей
слоев контактирующими микронеровностями взаимодействующих деталей.
Расчет этих составляющих осуществляется по формулам, содержащим ряд
коэффициентов, установленных в результате экспериментальных исследований.
Сведения об этих формулах содержатся в Справочниках «Трение, изнашивание и
смазка» [22](в двух томах) и «Полимеры в узлах трения машин и приборах» [13],
изданных в 1978-1980 г.г. издательством «Машиностроение». Эти Справочники не
потеряли своей актуальности и научной обоснованности и в настоящее время.
Полезный для практического использования материал содержится также в
монографии Геккера Ф.Р. [5].
Сухое трение. Законы сухого трения
1. Основные понятия: сухое и вязкое трение; внешнее и внутреннее трение,
пограничное трение; виды сухого трения.
Трение – физическое явление, возникающее при относительном движении
соприкасающихся
газообразных,
жидких
и
твердых
тел
и
вызывающее
сопротивление движению тел или переходу из состояния покоя в движение
относительно конкретной системы отсчета.
Существует два вида трения: сухое и вязкое.
Сухое трение возникает при соприкосновении твердых тел.
Вязкое трение возникает при движении в жидкой или газообразной среде, а
также при наличии смазки в области механического контакта твердых тел.
При учете трения (сухого или вязкого) различают внешнее трение и
внутренне трение.
155

156.

Внешнее трение возникает при относительном перемещении двух тел,
находящихся в соприкосновении, при этом сила сопротивления движению
зависит от взаимодействия внешних поверхностей тел и не зависит от состояния
внутренних
частей
каждого
тела.
При
внешнем
трении
переход
части
механической энергии во внутреннюю энергию тел происходит только вдоль
поверхности раздела взаимодействующих тел.
Внутреннее трение возникает при относительном перемещении частиц
одного и того же тела (твердого, жидкого или газообразного). Например,
внутреннее
трение
возникает
при
изгибе
металлической
пластины
или
проволоки, при движении жидкости в трубе (слой жидкости, соприкасающийся со
стенкой трубы, неподвижен, другие слои движутся с разными скоростями и между
ними возникает трение). При внутреннем трении часть механической энергии
переходит во внутреннюю энергию тела.
Внешнее трение в чистом виде возникает только в случае соприкосновения
твердых тел без смазочной прослойки между ними (идеальный случай). Если
толщина смазки 0,1 мм и более, механизм трения не отличается от механизма
внутреннего трения в жидкости. Если толщина смазки менее 0,1 мм, то трение
называют пограничным (или граничным). В этом случае учет трения ведется либо
с позиций сухого трения, либо с точки зрения вязкого трения (это зависит от
требуемой точности результата).
В истории развития понятий о трении первоначально было получено
представление о внешнем трении. Понятие о внутреннем трении введено в науку
в 1867 г. английским физиком, механиком и математиком Уильямом Томсоном
(лордом Кельвиным).1)
1)
*Томсон (1824-1907) в 10-летнем возрасте был принят в университет в Глазго, после обучения в котором
перешел в Кембриджский университет и закончил его в 21 год; в 22 года он стал профессором математики. В
1896 г. Томсон был избран почетным членом Петербургской академии наук, а в 1851 г. (в 27 лет) он стал членом
Лондонского королевского общества и 5 лет был его президентом+.
156

157.

Законы сухого трения
Сухое трение впервые наиболее полно изучал Леонардо да Винчи (14521519). В 1519 г. он сформулировал закон трения: сила трения, возникающая при
контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе
прижатия
тел),
при
этом
коэффициент
пропорциональности
–
величина
постоянная и равна 0,25:
F 0 ,25 N .
Через 180 лет модель Леонарда да Винчи была переоткрыта французским
механиком и физиком Гийомом Амонтоном2), который ввел в науку понятие
коэффициента трения как французской константы и предложил формулу силы
трения скольжения:
F f N.
Кроме того, Амонтон (он изучал равномерное движение тела по наклонной
плоскости) впервые предложил формулу:
f tg
,
где f – коэффициент трения; - угол наклона плоскости к горизонту;
В 1750 г. Леонард Эйлер (1707-1783), придерживаясь закона трения
Леонарда да Винчи – Амонтона:
F f N,
впервые получил формулу для случая прямолинейного равноускоренного
движения тела по наклонной плоскости:
f tg
2)
2S
,
g t 2 cos 2
Г.Амонтон (1663-1705) – член Французской академии наук с 1699 г.
157

158.

где t – промежуток времени движения тела по плоскости на участке длиной
S;
g – ускорение свободно падающего тела.
Окончательную формулировку законов сухого трения дал в 1781 г. Шарль
Кулон3)
Эти законы используются до сих пор, хотя и были дополнены результатами
работ ученых XIX и XX веков, которые более полно раскрыли понятия силы
трения покоя (силы сцепления) и силы трения скольжения, а также понятия о
трении качения и трении верчения.
Многие десятилетия XX века ученые пытались модернизировать законы
Кулона,
учитывая
все
новые
и
новые
результаты
физико-химических
исследований явления трения. Из этих исследований наиболее важными
являются исследования природы трения.
Кратко о природе сухого трения можно сказать следующее. Поверхность
любого
твердого
тела
обладает
микронеровностями,
шероховатостью
[шероховатость поверхности оценивается «классом шероховатости» (14 классов)
– характеристикой качества обработки поверхности: среднеарифметическим
отклонением
профиля
микронеровностей
от
средней
линии
и
высотой
неровностей].
Сопротивление сдвигу вершин микронеровностей в зоне контакта тел –
источник трения. К этому добавляются силы молекулярного сцепления между
частицами,
принадлежащими
разным
телам,
вызывающим
прилипание
поверхностей (адгезию) тел.
Работа внешней силы, приложенной к телу, преодолевающей молекулярное
сцепление
и деформирующей микронеровности, определяет механическую
энергию тела, которая затрачивается частично на деформацию (или даже
3) Ш.Кулон (1736-1806) – французский инженер, физик и механик, член Французской академии наук
158

159.

разрушение)
микронеровностей,
частично
на
нагревание
трущихся
тел
(превращается в тепловую энергию), частично на звуковые эффекты – скрип,
шум, потрескивание и т.п. (превращается в акустическую энергию).
В последние годы обнаружено влияние трения на электрическое и
электромагнитное поля молекул и атомов соприкасающихся тел.
Для решения большинства задач классической механики, в которых надо
учесть сухое трение, достаточно использовать те законы сухого трения, которые
открыты Кулоном.
В современной формулировке законы сухого трения (законы Кулона) даются
в следующем виде:
В случае изотропного трения сила трения скольжения тела А по поверхности
тела В всегда направлена в сторону, противоположную скорости тела А
относительно тела В, а сила сцепления (трения покоя) направлена в сторону,
противоположную возможной скорости (рис.2.1, а и б).
Примечание. В случае анизотропного трения линия действия силы трения
скольжения не совпадает с линией действия вектора скорости. ( Изотропным
называется сухое трение, характеризующееся одинаковым сопротивлением
движению тела по поверхности другого тела в любом направлении, в противном
случае сухое трение считается анизотропным).
Сила трения скольжения пропорциональна силе давления на опорную
поверхность (или нормальной реакции этой поверхности), при этом коэффициент
трения скольжения принимается постоянным и определяется опытным путем для
каждой пары соприкасающихся тел. Коэффициент трения скольжения зависит от
рода материала и его физических свойств, а также от степени обработки
поверхностей соприкасающихся тел:
FСК fСК N
(рис. 2.1 в).
159

160.

Y
Y
Fск
tg =fск
N
N
V
Fск
X
G
X
G
N
Fсц
а)
в)
б)
Рис.2.1
Сила сцепления (сила трения покоя) пропорциональна силе давления на
опорную поверхность (или нормальной реакции этой поверхности) и не может
быть
больше
максимального
значения,
определяемого
произведением
коэффициента сцепления на силу давления (или на нормальную реакцию
опорной поверхности):
FСЦ 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
max до F
за очень короткий промежуток времени изменяется от FСЦ
СК (рис.2.2).
Этим промежутком времени часто пренебрегают.
160

161.

В последние десятилетия экспериментально показано, что коэффициент
трения скольжения зависит от скорости (законы Кулона установлены при
равномерном движении тел в диапазоне невысоких скоростей – до 10 м/с).
fсц
max
Fсц
Fск
fск
V
t
V0
Рис. 2.2
Vкр
Рис. 2. 3
Эту зависимость качественно можно проиллюстрировать графиком f СК ( v )
(рис.2.3).
v0
- значение скорости, соответствующее тому моменту времени, когда
сила FСК достигнет своего нормального значения FСК fСК N ,
v КР
-
критическое
значение
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 S p0 .
[У Кулона: FСК fСК N А , где величина А не раскрыта].
161

162.

В
формуле
Дерягина:
S – истинная площадь соприкосновения тел
(контактная площадь), р0 - удельная (на единицу площади) сила прилипания или
сцепления, которое надо преодолеть для отрыва одной поверхности от другой.
Дерягин также показал, что коэффициент трения скольжения зависит от
нагрузки N (при соизмеримости сил N
и
S p0
) -
fСК ( N ) , причем при
увеличении N он уменьшается (бугорки микронеровностей деформируются и
сглаживаются, поверхности тел становятся менее шероховатыми). Однако, эта
зависимость учитывается только в очень тонких экспериментах при решении
задач особого рода.
Во многих случаях S p0 N , поэтому в задачах классической механики, в
которых следует учесть силу сухого трения, пользуются, в основном, законом
Кулона,
а
значения
коэффициента
трения
скольжения
и
коэффициента
сцепления определяют по таблице из справочников физики (эта таблица
содержит
значения
коэффициентов,
установленных
еще
в
1830-х
годах
французским ученым А.Мореном (для наиболее распространенных материалов) и
дополненных более поздними экспериментальными данными. [Артур Морен
(1795-1880) – французский математик и механик, член Парижской академии наук,
автор курса прикладной механики в 3-х частях (1850 г.)].
В случае анизотропного сухого трения линия действия силы трения
скольжения составляет с прямой, по которой направлена скорость материальной
точки угол:
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).
162

163.

Трение качения
При качении одного тела по другому участки поверхности одного тела
кратковременно соприкасаются с различными участками поверхности другого
тела, в результате такого контакта тел возникает сопротивление качению.
В конце XIX и в первой половине XX века в разных странах мира были
проведены эксперименты по определению сопротивления качению колеса вагона
или локомотива по рельсу, а также сопротивления качению роликов или шариков
в подшипниках.
В результате экспериментального изучения этого явления установлено, что
сопротивление качению (на примере колеса и рельса) является следствием трех
факторов:
1) вдавливание колеса в рельс вызывает деформацию наружного слоя
соприкасающихся тел (деформация требует затрат энергии);
2)
зацепление
бугорков
неровностей
и
молекулярное
сцепление
(являющиеся в то же время причиной возникновения качения колеса по рельсу);
3) трение скольжения при неравномерном движении колеса (при ускоренном
или замедленном движении).
(Чистое качение без скольжения – идеализированная модель движения).
Суммарное влияние всех трех факторов учитывается общим коэффициентом
трения качения.
Изучая трение качения, как это впервые сделал Кулон, гипотезу абсолютно
твердого тела надо отбросить и рассматривать деформацию соприкасающихся
тел в области контактной площадки.
163

164.

Так как равнодействующая N реакций опорной поверхности в точках зоны
контакта смещена в сторону скорости центра колеса, непрерывно набегающего
на впереди лежащее микропрепятствие (распределение реакций в точках
контакта несимметричное – рис.2.4), то возникающая при этом пара сил N и G
( G - сила тяжести) оказывает сопротивление качению (возникновение качения
Vc
C
N
G
Fск
K
N
K
Рис. 2.4
обязано силе сцепления FСЦ , которая образует вторую составляющую полной
реакции опорной поверхности).
Момент пары сил
N , G
называется моментом сопротивления качению.
Плечо пары сил «к» называется коэффициентом
трения качения. Он имеет размерность длины.
Момент
Fсопр
Vс
C
сопротивления
качению
определяется формулой:
MC N k ,
где N - реакция поверхности рельса, равная
вертикальной нагрузке на колесо с учетом его
Fсц
N
веса.
164
Рис. 2.5

165.

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
N h,
R
где h – коэффициент сопротивления, безразмерная величина.
Эту формулу предложил Кулон. Так как множитель h
k
R
во много раз
меньше коэффициента трения скольжения для тех же соприкасающихся тел, то
сила Fсопр на один-два порядка меньше силы трения скольжения. (Это было
известно еще в древности).
Впервые в технике машин это использовал Леонардо да Винчи. Он изобрел
роликовый и шариковый подшипники.
Если на рисунке дается картина сил с обозначением силы Fсопр , то силу N
показывают без смещения в сторону скорости (колесо и рельс рассматриваются
условно как абсолютно твердые тела).
Повышение
угловой
скорости
качения
вызывает
рост
сопротивления
качению. Для колеса железнодорожного экипажа и рельса рост сопротивления
качению заметен после скорости колесной пары 100 км/час и происходит по
параболическому закону. Это объясняется деформациями колес и гистерезисными
потерями, что влияет на коэффициент трения качения.
Трение верчения
Fск
Fск
r
О
Трение верчения возникает при вращении тела,
опирающегося на некоторую поверхность. В этом
случае следует рассматривать зону контакта тел, в
Fск
165
Рис. 2.6.

166.

точках которой возникают силы трения скольжения FСК (если контакт происходит
в одной точке, то трение верчения отсутствует – идеальный случай) (рис.2.6).
А
–
зона
контакта
вращающегося
тела,
ось
вращения
которого
перпендикулярна к плоскости этой зоны. Силы трения скольжения, если их
привести к центру круга (при изотропном трении), приводятся к паре сил
сопротивления верчению, момент которой:
М сопр N f ск r ,
где r – средний радиус точек контакта тел;
f ск
- коэффициент трения скольжения (принятый одинаковым для всех
точек и во всех направлениях);
N – реакция опорной поверхности, равная силе давления на эту поверхность.
Трение верчения наблюдается при вращении оси гироскопа (волчка) или оси
стрелки компаса острием и опорной плоскостью. Момент сопротивления
верчению стремятся уменьшить, используя для острия и опоры агат, рубин, алмаз
и другие хорошо отполированные очень прочные материалы, для которых
коэффициент трения скольжения менее 0,05, при этом радиус круга опорной
площадки достигает долей мм. (В наручных часах, например, М сопр менее
мм).
Таблица коэффициентов трения скольжения и качения.
к (мм)
f ск
Сталь по стали……0,15
Шарик из закаленной стали по стали……0,01
Сталь по бронзе…..0,11
Мягкая сталь по мягкой стали……………0,05
Железо по чугуну…0,19
Дерево по стали……………………………0,3-0,4
Сталь по льду……..0,027
Резиновая шина по грунтовой дороге……10
166
5 10 5

167.

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,
167

168.

превышающее порог схватывания, приводит к разрушению окисной пленки,
местным
вырывам
материала
с
последующим,
абразивным
разрушением
поверхности трения.
Под нагруженностью фрикционной пары понимается совокупность условий
эксплуатации:
давление
поверхностей
трения,
скорость
относительного
скольжения пар, длительность одного цикла нагружения, среднечасовое число
нагружений, температура контактного слоя трения.
Главные
требования,
предъявляемые
к
трущимся
парам,
включают
стабильность коэффициента трения, высокую износостойкость пары трения,
малые модуль упругости и твердость материала, низкий коэффициент теплового
расширения, стабильность физико-химического состава и свойств поверхностного
слоя,
хорошая
прирабатываемость
фрикционного
материала,
достаточная
механическая прочность, антикоррозийность, несхватываемость, теплостойкость
и другие фрикционные свойства.
Основные
факторы
нестабильности
трения
-
нарушение
технологии
изготовления фрикционных элементов; отклонения размеров отдельных деталей,
даже в пределах установленных допусков; несовершенство конструктивного
исполнения с большой чувствительностью к изменению коэффициента трения.
Абразивный
износ
фрикционных
пар
подчиняется
следующим
закономерностям. Износ пропорционален пути трения s,
=ks s,
(2.1)
а интенсивность износа— скорости трения
k s v
(2.2)
Износ не зависит от скорости трения, а интенсивность износа на единицу
пути трения пропорциональна удельной нагрузке р,
kp p
s
(2.3)
168

169.

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 k p pds .
0
(2.4)
0
В условиях кулонова трения, и в случае kр = const, износ пропорционален
работе сил трения W
k w W
kp
f
s
W ; W Fds .
(2.5)
0
Здесь сила трения F=f N = f p ; где
f – коэффициент трения, N – сила
нормального давления; - 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
169

170.

3.1. Исходные посылки для разработки методики расчета
ФПС
Исходными посылками для разработки методики расчета ФПС
являются
экспериментальные
нахлесточных
соединений
[13],
исследования
позволяющие
одноболтовых
вскрыть
основные
особенности работы ФПС.
Для выявления этих особенностей в НИИ мостов в 1990-1991 гг.
были выполнены экспериментальные исследования деформирования
нахлесточных соединений такого типа. Анализ полученных диаграмм
деформирования позволил выделить для них 3 характерных стадии
работы, показанных на рис. 3.1.
На первой стадии нагрузка Т не превышает несущей способности
соединения
[Т], рассчитанной как для обычного соединения на
фрикционных высокопрочных болтах.
На второй стадии Т > [Т] и происходит преодоление сил трения по
контактным
плоскостям
соединяемых
элементов
сохраняющих
шайбах
При
болтов
неподвижность
высокопрочных
этом
за
в
при
счет
них
болтов.
деформации
растет
сила
натяжения, и как следствие растут
силы трения по всем плоскостям
контактов.
Рис.3.1. Характерная диаграмма деформирования
ФПС
На
третьей
1 – упругая работа ФПС;
срыв
2 – стадия проскальзывания листов ФПС при
заклиненных шайбах, характеризующаяся ростом 170
натяжения болта вследствие его изгибной деформации;
3 – стадия скольжения шайбы болта,
характеризующаяся интенсивным износом контактных
поверхностей.
стадии
происходит
с места одной из шайб и

171.

дальнейшее взаимное смещение соединяемых элементов. В процессе
подвижки наблюдается интенсивный износ во всех контактных парах,
сопровождающийся падением натяжения болтов и, как следствие,
снижение несущей способности соединения.
В процессе испытаний наблюдались следующие случаи выхода из
строя ФПС:
• значительные взаимные перемещения соединяемых деталей, в
результате которых болт упирается в край овального отверстия и в
конечном итоге срезается;
• отрыв головки болта вследствие малоцикловой усталости;
• значительные пластические деформации болта, приводящие к его
необратимому удлинению и исключению из работы при “обратном
ходе" элементов соединения;
• значительный износ контактных поверхностей, приводящий к
ослаблению болта и падению несущей способности ФПС.
Отмеченные
результаты
экспериментальных
исследований
представляют двоякий интерес для описания работы ФПС. С одной
стороны для расчета усилий и перемещений в элементах сооружений с
ФПС важно задать диаграмму деформирования соединения. С другой
стороны
необходимо
определить
возможность
перехода
ФПС
в
предельное состояние.
Для описания диаграммы деформирования наиболее существенным
представляется
факт
интенсивного
износа
трущихся
элементов
соединения, приводящий к падению сил натяжения болта и несущей
способности соединения. Этот эффект должен определять работу как
стыковых, так и нахлесточных ФПС. Для нахлесточных ФПС важным
171

172.

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
172
нахлесточного
соединения,

173.

характеризующегося трехстадийной диаграммой деформирования. В
случае стыкового соединения второй участок на диаграмме Т(s) будет
отсутствовать.
Первая стадия работы ФПС не отличается от работы обычных
фрикционных соединений. На второй и третьей стадиях работы несущая
способность соединения поменяется вследствие изменения натяжения
болта. В свою очередь натяжение болта определяется его деформацией
(на второй стадии деформирования нахлесточных соединений) и
износом трущихся поверхностей листов пакета при их взаимном
смещении.
При
этом
для
теоретического
описания
диаграммы
деформирования воспользуемся классической теорией износа [5, 14,
23], согласно которой скорость износа
V пропорциональна силе
нормального давления (натяжения болта) N:
(3.1)
V K N,
где К— коэффициент износа.
В свою очередь силу натяжения болта N можно представить в виде:
(3.2)
N N0 a N1 N2
здесь
a
EF
l
N0 -
начальное -натяжение болта, а - жесткость болта;
, где l - длина болта, ЕF - его погонная жесткость,
N1 k f ( s ) -
увеличение
натяжения
болта
вследствие
его
деформации;
N2 ( s ) - падение натяжения болта вследствие его пластических
деформаций;
s - величина подвижки в соединении, - износ в соединении.
Для стыковых соединений обе добавки N1 N 2 0 .
173

174.

Если пренебречь изменением скорости подвижки, то скорость V
можно представить в виде:
V
d d ds
V ср ,
dt
ds dt
(3.3)
где V ср — средняя скорость подвижки.
После подстановки (3.2) в (3.1) с учетом (3.3) получим уравнение:
k a k N0 к f ( s ) ( s ) ,
(3.4)
где k K / Vср .
Решение уравнения (3.4) можно представить в виде:
k N0 a
1
1 e
kas
k e ka( s z ) k f ( z ) ( z ) dz ,
s
0
или
k N0 a
1
e
kas
s
k k f ( z ) ( z ) e kazdz N0 a 1 .
0
(3.5)
3.3. Решение общего уравнения для стыковых ФПС
Для стыковых соединений общий интеграл (3.5) существенно
упрощается, так как в этом случае N 1 N 2 0 , и обращаются в 0
функции
f(z)
использование
и
( z ) ,
входящие
интеграла.
(3.5)
в
(3.5).
позволяет
С
учетом
получить
сказанного
следующую
формулу для определения величины износа :
1 e kas k N0 a 1
(3.6)
Падение натяжения N при этом составит:
174

175.

N 1 e kas k N0 ,
(3.7)
а несущая способность соединений
определяется по формуле:
T T0 f N T0 f 1 e kas k N 0 a 1
T0 1 1 e kas k a 1 .
(3.8)
Как
Рис.3.2.Падение несущей способности ФПС в
зависимости от величины подвижки для болта 24
мм при коэффициенте износа k=5 10-8Н-1 для
различной толщины листов пакета l
- l=20 мм; - l=30 мм; - l=40 мм; - l=50 мм;
- l=60 мм; - l=70 мм; - l=40 мм
видно
из
полученной
формулы относительная несущая
способность соединения КТ =Т/Т0
определяется
всего
параметрами
-
двумя
коэффициентом
износа k и жесткостью болта на растяжение а. Эти параметры могут
быть заданы с достаточной точностью и необходимые для этого данные
имеются в справочной литературе.
На рис. 3.2 приведены зависимости КТ(s) для болта диаметром 24 мм
и
коэффициента
износа
k~5×10-8 H-1 при различных значениях
толщины пакета l, определяющей жесткость болта а. При этом для
наглядности несущая способность соединения Т отнесена к своему
начальному значению T0, т.е. графические зависимости представлены в
безразмерной форме. Как видно из рисунка, с ростом толщины пакета
падает
влияние
несущую
износа
способность
листов
на
соединений.
В
целом падение несущей способности
соединений весьма существенно и при
реальных
2 3см
Рис.3.3. Падение несущей способности ФПС в
зависимости от величины подвижки для болта
24 мм при коэффициенте износа k=3 10-8Н-1 для
различной толщины листов пакета l
- l=20 мм; - l=30 мм; - l=40 мм;
- l=50 мм; - l=60 мм; - l=70 мм; - l=80 мм
составляет
соединений
175
величинах
подвижки
s
для
стыковых
80-94%.
Весьма

176.

существенно на характер падений несущей способности соединения
сказывается коэффициент износа k. На рис.3.3 приведены зависимости
несущей способности соединения от величины подвижки s при k~3×108
H-1.
Исследования показывают, что при k > 2 10-7 Н-1 падение несущей
способности соединения превосходит 50%. Такое падение натяжения
должно
приводить
к
существенному
росту
взаимных
смещений
соединяемых деталей и это обстоятельство должно учитываться в
инженерных расчетах. Вместе с тем рассматриваемый эффект будет
приводить к снижению нагрузки, передаваемой соединением. Это
позволяет при использовании ФПС в качестве сейсмоизолирующего
элемента конструкции рассчитывать усилия в ней, моделируя ФПС
демпфером сухого трения.
3.4. Решение общего уравнения для нахлесточных ФПС
Для нахлесточных ФПС общее решение (3.5) определяется видом
функций f(s) и >(s).Функция f(s) зависит от удлинения болта
вследствие искривления его оси. Если принять для искривленной оси
аппроксимацию в виде:
u( x ) s sin
x
2l
(3.9)
,
где x — расстояние от середины болта до рассматриваемой точки
(рис. 3.3), то длина искривленной оси стержня составит:
1
L
2
1
1
2
1
2
2
du
1 dx
dx
1
s 2 2
1
2
2
cos
8l 2 1
2
x
2l
1 s
2
4l
2
dx 1
cos
2l
1
dx
2 2
1 s cos x dx
8l 2
2l
1
2
2
s 2 2
.
8l
176

177.

Удлинение болта при этом определится по формуле:
l L l
s 2 2
.
8l
(3.10)
Учитывая, что приближенность представления (3.9) компенсируется
коэффициентом
k,
который
может
быть
определен
из
экспериментальных данных, получим следующее представление для
f(s):
2
f(s) s
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 от перемещения s:
при s<Sпл
177

178.

s
N0
k
2
2
( 1 e k1as ) s 2
s
1 e k1as
2
a
al
k1a
k1a
,
(3.14)
при Sпл< s<S0
( s ) I ( Sпл ) k1(
),
NT
N N пл
1 ek1a( S пл s ) T
k1a
k1 a
(3.15)
e ( S пл s ) ek1a( S пл s )
при s<S0
( s ) II ( S0 )
N ( S0 )
( 1 e k 2 a( s S0 ) ).
a
Несущая
способность
(3.16)
соединения
определяется
при
этом
выражением:
(3.17)
T T0 fv a .
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.
178

179.

На
рис.
3.4
приведен
пример
теоретической
диаграммы
деформирования при реальных значениях параметров k1 = 0.00001; k2
=0.000016; kv = 0.15; S0 = 10 мм; Sпл = 4 мм; f0 = 0.3; N0 = 300 кН. Как
видно
из
рисунка,
теоретическая
диаграмма
деформирования
соответствует описанным выше экспериментальным диаграммам.
Рис. 3.4
Теоретическая диаграмма деформирования ФПС
179

180.

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
180
соединений натягивались по этому же пульту в соответствии с тарировочными
зависимостями ручным ключом на заданное усилие натяжения N0.
4.

181.

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
Рис. 4.1 Общий вид образцов
размещение слишком большого количества болтов,
ПС с болтами 48 мм
необходимо
и соединение
становится громоздким. Для уменьшения числа болтов необходимо
181

182.

увеличение их диаметра. Поэтому было рассмотрено ФПС с болтами
наибольшего диаметра 48 мм. Общий вид образцов показан на рис. 4.1.
Пластины ФПС были выполнены из толстолистовой стали марки
10ХСНД. Высокопрочные болты были изготовлены тензометрическими
из стали 40Х "селект" в соответствии с требованиями [6]. Контактные
поверхности
пластин
были
обработаны
протекторной
цинкосодержащей грунтовкой ВЖС-41 после дробеструйной очистки.
Болты были предварительно протарированы с помощью электронного
пульта АИ-1 и при сборке соединений натягивались по этому же пульту
в соответствии с тарировочными зависимостями ручным ключом на
заданное усилие натяжения N0.
Испытания проводились на пульсаторах в НИИ мостов и на
универсальном динамическом стенде УДС-100 экспериментальной базы
ЛВВИСКУ. В испытаниях на стенде импульсная нагрузка на ФПС
обеспечивалась путем удара движущейся массы М через резиновую
прокладку в рабочую тележку, связанную с ФПС жесткой тягой. Масса и
скорость тележки, а также жесткость прокладки подбирались таким
образом, чтобы при неподвижной рабочей тележке получился импульс
силы с участком, на котором сила сохраняет постоянное значение,
длительностью около 150 мс. Амплитудное значение импульса силы
подбиралось из условия некоторого превышения несущей способности
ФПС. Каждый образец доводился до реализации полного смещения по
овальному отверстию.
Во
время
испытаний
на
стенде
и
пресс-пульсаторах
контролировались следующие параметры:
• величина динамической продольной силы в пакете ФПС;
• взаимное смещение пластин ФПС;
182

183.

• абсолютные скорости сдвига пластин ФПС;
• ускорение движения пластин ФПС и ударные массы (для
испытаний на стенде).
После
каждого
нагружения
проводился
замер
напряжения
высокопрочного болта.
Из полученных в результате замеров данных наибольший интерес
представляют для нас зависимости продольной силы, передаваемой на
соединение (несущей способности ФПС), от величины подвижки S. Эти
зависимости
могут
быть
получены
теоретически
по
формулам,
приведенным выше в разделе 3. На рисунках 4.2 - 4.3 приведено
графическое
Рис. 4.2, 4.3 Экспериментальные диаграммы деформирования ФПС для болтов
22 мм и 24 мм.
представление
полученных
диаграмм
деформирования
ФПС.
Из
рисунков видно, что характер зависимостей Т(s) соответствует в целом
принятым
гипотезам
и
результатам
теоретических
построений
предыдущего раздела. В частности, четко проявляются три участка
деформирования
соединения,
соединения:
после
до
проскальзывания
проскальзывания
листов
пакета
элементов
и
после
проскальзывания шайбы относительно наружного листа пакета. Вместе
183

184.

с
тем,
необходимо
отметить
существенный
разброс
полученных
диаграмм. Это связано, по-видимому, с тем, что в проведенных
испытаниях принят наиболее простой приемлемый способ обработки
листов
пакета.
полученные
Несмотря
диаграммы
на
наличие
оказались
существенного
пригодными
для
разброса,
дальнейшей
обработки.
В
результате
предварительной
обработки
экспериментальных
данных построены диаграммы деформирования нахлесточных ФПС. В
соответствии с ранее изложенными теоретическими разработками эти
диаграммы должны описываться уравнениями вида (3.14). В указанные
уравнения входят 9 параметров:
N0— начальное натяжение; f0 — коэффициент трения покоя;
k0
—
коэффициент,
определяющий
влияние
скорости
на
коэффициент трения скольжения;
k1— коэффициент износа по контакту трущихся листов пакета;
k2— коэффициент износа по контакту листа и шайбы;
Sпл — предельное смещение, при котором возникают пластические
деформации в теле болта;
S0— предельное смещение, при котором возникает срыв шайбы
болта относительно листа пакета;
к — коэффициент, характеризующий увеличение натяжения болта
вследствие геометрической нелинейности его работы;
q — коэффициент, характеризующий уменьшение натяжения болта
вследствие его пластической работы.
Обработка экспериментальных данных заключалась в определении
этих 9 параметров. При этом параметры варьировались на сетке их
возможных значений. Для каждой девятки значений параметров по
184

185.

методу наименьших квадратов вычислялась величина невязки между
расчетной и экспериментальной диаграммами деформирования, причем
невязка
суммировалась
по
точкам
цифровки
экспериментальной
диаграммы.
Для поиска искомых значений параметров для болтов диаметром 24
мм последние варьировались в следующих пределах:
k1, k2— от 0.000001 до 0.00001 с шагом 0.000001 Н; kv— от 0 до 1 с
шагом 0.1 с/мм;
S0 — от величины Sпл до 25 с шагом 1 мм; Sпл — от 1 до 10 с шагом 1
мм;
q— от 0.1 до 1 с шагом 0.1 мм~1; f0— от 0.1 до 0.5 с шагом 0.05;
N0— от 30 до 60 с шагом 5 кН; к — от 0.1 до 1 с шагом 0.1;
На
рис. 4.4
и
4.5
привед
ены
характе
рные
Рис.4.4
деформирования
соответствующие
диагра
Рис. 4.5
ФПС,
им
ммы
полученные
теоретические
экспериментально
диаграммы.
и
Сопоставление
расчетных и натурных данных указывают на то, что подбором
параметров ФПС удается добиться хорошего совпадения натурных и
расчетных диаграмм деформирования ФПС. Расхождение диаграмм на
конечном их участке обусловлено резким падением скорости подвижки
185

186.

перед остановкой, не учитываемым в рамках предложенной теории
расчета ФПС. Для болтов диаметром 24 мм было обработано 8
экспериментальных
определения
диаграмм
параметров
деформирования.
соединения
для
каждой
Результаты
из
подвижек
приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Результаты определения параметров ФПС
k ,
параметры k1106, k2
S0, SПЛ
q,
f 0 N0 , к
1
6
-1
N подвижки кН10 , с/мм мм мм
мм
кН
1
кН1
11
32
0.25 11
9 0.0000 0.34 105 260
2
8
15
0,24 8
7 0.0004
0.36 152 90
1
3
12
27
0.44 13.5 11.2 0.0001
0.39 125 230
4
4
7
14
0.42 14.6 12 0.0001
0.29 193 130
2
5
14
35
0.1
8 4.2 0.0006
0.3 370 310
1
6
6
11
0.2 12
9 0.0000 0.3 120 100
7
8
20
0.2 19 16 0.0000
0.3 106 130
2
8
8
15
0.3
9 2.5 0.0002
0.35
154 75
1
8
Приведенные в таблице 4.1 результаты вычислений параметров
соединения
были
статистически
обработаны
и
получены
математические ожидания и среднеквадратичные отклонения для
каждого из параметров. Их значения приведены в таблице 4.2. Как
видно из приведенной таблицы, значения параметров характеризуются
значительным
разбросом.
Этот
факт
затрудняет
применение
одноболтовых ФПС с рассмотренной обработкой поверхности (обжиг
листов
пакета).
Вместе
с
тем,
переход
от
одноболтовых
к
многоболтовым соединениям должен снижать разброс в параметрах
диаграммы деформирования.
Таблица. 4.2.
Результаты статистической обработки значений параметров ФПС
186

187.

Значения параметров
Параметры
математическо среднеквадратичн
соединени
е
ое
я
6
1
ожидание
отклонение
k1 10 , КН9.25
2.76
6
1
k2 10 , кН21.13
9.06
kv с/мм
0.269
0.115
S0, мм
11.89
3.78
Sпл , мм
8.86
4.32
-1
q, мм
0.00019
0.00022
f0
0.329
0.036
Nо,кН
165.6
87.7
165.6
88.38
5. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ДИАГРАММЫ
ДЕФОРМИРОВАНИЯ МНОГОБОЛТОВЫХ
ФРИКЦИОННО-ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ФПС)
5.1. Общие положения методики расчета
многоболтовых ФПС
Имеющиеся теоретические и экспериментальные исследования
одноболтовых ФПС позволяют перейти к анализу многоболтовых
соединений. Для упрощения задачи примем широко используемое в
исследованиях фрикционных болтовых соединений предположение о
том, что болты в соединении работают независимо. В этом случае
математическое ожидание несущей способности T и дисперсию DT (или
среднеквадратическое отклонение T ) можно записать в виде:
T( s )
T ( s , 1 , 2 ,... k ) p1( 1 ) p2 ( 2 )...pk ( k )d 1d 2 ...d k
187
(5.1)

188.

DT
(T T )
2
p1 p2 ... pk d 1d 2 ...d k
... T 2 p1 p2 ... pk d 1d 2 ...d k
(5.2)
T
2
T DT
(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 i
и их
стандарт (дисперсия).
Для дальнейших исследований приняты два возможных закона
распределения параметров ФПС: равномерное в некотором возможном
диапазоне изменения параметров min i max и нормальное. Если
учесть,
что
в
предыдущих
математических ожиданий
исследованиях
i и стандарта
i ,
получены
то соответствующие
функции плотности распределения записываются в виде:
а) для равномерного распределения
pi
1
при 3 3
2 i 3
(5.4)
и pi = 0 в остальных случаях;
б) для нормального распределения
pi
1
i 2
2
i ai
e
2 i 2
(5.5)
.
188
величины

189.

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:
k T 3
dk
dT
kas
T
e
2
3
2
3
k
T
3
k T 3
T0 T 3
T n
T0 T
nT0 e kas
sh( sa k 3 )
sa k
(5.7)
.
При нормальном законе распределения математическое ожидание
несущей способности соединения из п болтов определится следующим
образом:
T n
kas
Te
1
T 2
e
( T T ) 2
2 T 2
1
k 2
( k k )2
e
2 k 2
dkdT
( k k )2
( T T ) 2
2
2
1
1
2 k
2 T
kas
n
Te
dT
e
e
dk .
T 2
k 2
189

190.

Если
учесть,
что
математическим
для
любой
ожиданием
случайной
функцией
x
величины
распределения
x
с
р(х}
выполняется соотношение:
x
x p( x ) dx ,
то первая скобка. в описанном выражении для вычисления несущей
способности
соединения
Т
равна
математическому
ожиданию
начальной несущей способности Т0. При этом:
T nT0
kas
1
k 2
( k k )2
2 k 2
e
dk .
Выделяя в показателе степени полученного выражения полный
квадрат, получим:
T nT0
nT0
1
k 2
1
k 2
k k as k2 2 as k as k2
2
dk
2
as 2
k k as k2
k
as k
2
2 k2
e
e
dk .
Подынтегральный
множителя
2 k2
e
1
k 2
член
в
полученном
выражении
с
учетом
представляет не что иное, как функцию плотности
нормального распределения с математическим ожиданием k as k2 и
среднеквадратичным отклонением k . По этой причине интеграл в
полученном выражении тождественно равен 1
и выражение для
несущей способности соединения принимает окончательный вид:
T nT0 e
ask
a 2 s 2 k2
2
.
(5.8)
190

191.

Соответствующие принятым законам распределения дисперсии
составляют:
для равномерного закона распределения
2
2
D nT0 e 2 ask 1 T F ( 2 x ) F ( x )2 ,
2
T0
где F ( x )
(5.9)
shx
; x sa k 3
x
для нормального закона распределения
2
2
2 1
D n T0 T2 1 ( A1 ) e A1 T0 e A 1 ( A ) ,
2
(5.10)
где A1 2 as( k2 as k ).
Представляет
интерес
сопоставить
полученные
зависимости
с
аналогичными зависимостями, выведенными выше для одноболтовых
соединений.
Рассмотрим,
прежде
всего,
характер
изменения
несущей
способности ФПС по мере увеличения подвижки s и коэффициента
износа
k
для
случая
использования
равномерного
закона
распределения в соответствии с формулой (5.4). Для этого введем по
аналогии с (5.4) безразмерные характеристики изменения несущей
способности:
относительное падение несущей способности
sh( x )
kas
T
x
1
e
nT0
коэффициент
(5.11)
.
перехода
от
одноболтового
к
многоболтовому
соединению
1
T
nT0 e
kas
sh( x )
.
x
(5.12)
191

192.

Наконец
для
относительной
величины
среднеквадратичного
отклонения с с использованием формулы (5.9) нетрудно получить
1
nT0 e kas
2
1
T2 sh2 x shx
1
.
2 2 x
n
x
T
0
(5.13)
Аналогичные зависимости получаются и для случая нормального
распределения:
2
1 A
e 1 ( A ) ,
2
(5.14)
2 2
2
2
k s
1 2 kas
e
2
T2
1
1
2
n
T0
1 ( A ) ,
(5.15)
2
1 ( A ) e A1 1 e A 1 ( A ) ,
1
2
(5.16)
где
k2 s 2
A
2 s ka ,
2
A1 2 As ( k2 sa k ) ,
( A )
2
A
2
z
e dz .
0
На рис. 5.1 - 5.2 приведены зависимости i и i от величины
подвижки s. Кривые построены при тех же значениях переменных, что
использовались нами ранее при построении зависимости T/T0 для
одноболтового
соединения.
i ( k , s ) аналогичны
Как
зависимостям,
видно
из
рисунков,
полученным
для
зависимости
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.:
192

193.

T T1
(5.17)
Согласно (5.12) lim x 1 . В частности,
1
при неограниченном увеличении математического
ожидания коэффициента износа k или смещения s. Более того, при выполнении условия
k k 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 2
s
1
lim e ( kas A ) 1 ( A ) .
2 s
Для анализа этого предела учтем известное в теории вероятности соотношение:
1
lim 1 x lim
e
x
x
2
x2
2
1
.
x
193

194.

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
194

195.

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;
195

196.

1
а)
S, мм
Коэффициент перехода 2
б)
Подвижка S, мм
196

197.

Рис.5.2. Графики зависимости коэффициента перехода от одноболтового к многоболтовому ФПС от
величины подвижки в соединении при различной толщине пакета листов l
а) при использовании равномерного закона распределения параметров ФПС
б) при использовании нормального закона распределения параметров ФПС
● - l=20мм; - l=30мм; □ - l=40мм; - l=50мм; - l=60мм; ○ - l=70мм; - l=80мм
С учетом сказанного получим:
1
1
lim 2 lim e kas A
e
s
s 2
2
A2
2
1
0.
A
(5.19)
Предел (5.19) указывает на возможность применения нормального закона распределения при любых
соотношениях k и k.
Результаты обработки экспериментальных исследований, выполненные ранее, показывают, что разброс
значений несущей способности ФПС для случая обработки поверхностей соединяемых листов путем нанесения
грунтовки ВЖС достаточно велик и достигает 50%. Однако даже в этом случае применение ФПС вполне
приемлемо, если перейти от одноболтовых к многоболтовым соединениям. Как следует из полученных формул
(5.13, 5.16), для среднеквадратичного отклонения 1 последнее убывает пропорционально корню из числа
болтов. На рисунке 5.3 приведена зависимость относительной величины среднеквадратичного отклонения 1 от
безразмерного параметра х для безразмерной подвижки 2-х, 4-х, 9-ти и 16-ти болтового соединений. Значения T
и T0 приняты в соответствии с данными выполненных экспериментальных исследований. Как видно из графика,
уже для 9-ти болтового соединения разброс значений несущей способности Т не превосходит 25%, что следует
считать вполне приемлемым.
197

198.

Рис.5.3. Зависимость относительного разброса несущей
способности ФПС от величины подвижки при различном
числе болтов n
5.3. Построение уравнений деформирования
нахлесточных многоболтовых соединений
Распространение использованного выше подхода на расчет нахлесточных соединений достаточно
громоздко из-за большого количества случайных параметров, определяющих работу соединения. Однако с
практической точки зрения представляется важным учесть лишь максимальную силу трения Тmax, смещение при
срыве соединения S0 и коэффициент износа k. При этом диаграмма деформирования соединения между точками
(0,Т0) и (S0, Tmax) аппроксимируется линейной зависимостью. Для учета излома графика T(S) в точке S0 введена
функция :
1 при 0 S S 0
0 при S S 0
S , S 0
(5.20)
При этом диаграмма нагружения ФПС описывается уравнением:
T ( S ) T1( S , S0 ,T0 ,Tmax ) ( S , S0 ) T2 ( S ,Tmax ,k , S0 ) 1 ( S , S0 ) ,
198
(5.21)

199.

где T1( S ) T0 ( Tmax T0 )
S
,
S0
T2 ( S ) Tmax e ka( S S0 ) .
Математическое ожидание несущей способности нахлесточного соединения из n болтов определяется
следующим интегралом:
T n
T
( S ) p( k ) p( S0 ) p( Tmax ) dk dS0 dT0 dTmax n I 1 I 2
(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:
s
T0 ( Tmax T0 ) s , S 0 p( S 0 ) p( T0 ) p( Tmax )
S0
S0 T0 Tmax
dS 0 dT0 dTmax I 1,1 I 1,2 I 1,3
I1
где
I1,1
T0 p( T0 ) ( s ,S0 )p( S0 ) p( T0 ) p( Tmax )dTmax dS0 dT0
S0 T0 Tmax
T0 p( T0 )dT0 s , S0 p( S0 )dS0 Tmax p( Tmax )dTmax
T0
S0
Tmax
Если учесть, что для любой случайной величины x выполняются соотношения:
xp( x )dx x ,
p( x )dx 1
и
то получим
I 1,1 T ( s , S0 )p( S0 ) dS0 .
S0
Аналогично
199
(5.23)

200.

I1,2
Tmax
S0 T0 Tmax
T max
( s , S0 )
S0
S0
I1,3
T0
S0 T0 Tmax
T0
( s , S0 )
S0
S0
s
( s , S0 )p( S0 ) p( T0 ) p( Tmax ) dS0 dT0 dTmax
S0
p( S0 ) dS0 .
s
( s , S0 )p( S0 ) p( T0 ) p( Tmax ) dS0 dT0 dTmax
S0
p( S0 ) dS0 .
Если ввести функции
1 ( s ) ( s , S 0 ) p( S 0 ) dS0
(5.24)
и
1( s )
( s , S0 )
S0
p( S 0 ) dS0 ,
(5.25)
то интеграл I1 можно представить в виде:
I 1 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
Для
p( S0 )
dS0 .
S0
(5.28)
нормального распределения
функция записывается в виде:
200
p(S0) функция 1 1 erf ( s ) , а

201.

( S0 S 0 )2
2
s
e
2 s2
(5.29)
dS0 .
S0
Для равномерного распределения функции 1 и 2 могут быть
представлены аналитически:
1 при s S 0 s 3
1 S0 s 3 s при S 0 s 3 s S 0 s 3
0 при s S 0 s 3 .
(5.30)
S0 s 3
1
ln
при s S 0 s 3
2 s 3 S 0 s 3
S0 s 3
1
2
ln
при S 0 s 3 s S 0 s 3
s
2 s 3
0 при s S 0 s 3
(5.31)
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:
S0 s 3
S
ln
при S S 0 s 3
T 0 ( T max T 0 )
2 s 3 S 0 s 3
S0 s 3
S0 s 3
1
( T max T 0 )S ln
I1
T 0 S 0 s 3 S ln
(5.32)
s
s
2 s 3
при S 0 s 3 S S 0 s 3
0 при S S 0 3
s
0 при S S 0 s 3
I2 T m
F( S ) F( s 3 )
2 s 3
при
(5.33)
S S0 s 3,
причем F ( x ) Ei ax( k k 3 ) Ei ax( k k 3 ) . В формулах (5.32, 5.33) Ei интегральная показательная функция.
201

202.

Полученные
экспериментальных
формулы
подтверждены
исследований
многоболтовых
результатами
соединений
и
рекомендуются к использованию при проектировании сейсмостойких
конструкций с ФПС.
202

203.

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.
203
6.

204.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФПС И
СООРУЖЕНИЙ С ТАКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Технология
элементов
изготовления
соединения,
ФПС
включает
подготовку
выбор
контактных
материала
поверхностей,
транспортировку и хранение деталей, сборку соединений. Эти вопросы
освещены ниже.
6.1.
Материалы болтов, гаек, шайб и покрытий
контактных поверхностей стальных деталей ФПС и
опорных поверхностей шайб
Для ФПС следует применять высокопрочные болты по ГОСТ 553-77,
гайки по ГОСТ 22354-74, шайбы по ГОСТ 22355-75 с обработкой опорной
поверхности по указаниям раздела 6.4 настоящего пособия. Основные
размеры в мм болтов, гаек и шайб и расчетные площади поперечных
сечений в мм2 приведены в табл.6.1.
Таблица 6.1.
Номина Расчетная
льный
диаметр
болта
Высота Высот Разме Диамет
площадь головк
сечения
и
а
р под
р
Размеры шайб
Диаметр
внут нар.
на
Толщи
гайки ключ опис.ок
по
р.
р. гайки
по телу по
16
201 резьбе
157
12
15
27
29,9
4
18
37
18
255 192
13
16
30
33,3
4
20
39
20
314 245
14
18
32
35,0
4
22
44
22
380 303
15
19
36
39,6
6
24
50
204

205.

24
453 352
17
22
41
45,2
6
26
56
27
573 459
19
24
46
50,9
6
30
66
30
707 560
19
24
46
50,9
6
30
66
36
1018 816
23
29
55
60,8
6
39
78
42
1386 1120
26
34
65
72,1
8
45
90
48
1810 1472
30
38
75
83,4
8
52
100
Полная длина болтов в случае использования шайб по ГОС 22355-75
назначается в соответствии с данными табл.6.2.
Таблица 6.2.
Номинальна Длина резьбы 10 при номинальном диаметре
16 18 20 22 24 27 30 36 42 48
я
длина резьбы d
40
*
45
38 *
стержня
50
38 42 *
55
38 42 46 *
60
38 42 46 50 *
65
38 42 46 50 54
70
38 42 46 50 54 60
75
38 42 46 50 54 60 66
80
38 42 46 50 54 60 66
85
38 42 46 50 54 60 66
90
38 42 46 50 54 60 66 78
95
38 42 46 50 54 60 66 78
100
38 42 46 50 54 60 66 78
105
38 42 46 50 54 60 66 78 90
110
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
115
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
120
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
125
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
130
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
140
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
150
38 42 46 50 54 60 66 78 90 102
160,
170,
190,
200, 44 48 52 56 60 66 72 84 96 108
180
240,260,280,
220
Примечание:
знаком * отмечены болты с резьбой по всей длине стержня.
300
205

206.

Для консервации контактных поверхностей стальных деталей
следует применять фрикционный грунт ВЖС 83-02-87 по ТУ. Для
нанесения на опорные поверхности шайб методом плазменного
напыления антифрикционного покрытия следует применять в
качестве материала подложки интерметаллид ПН851015 по ТУ-141-3282-81, для несущей структуры - оловянистую бронзу БРОФ10-8
по ГОСТ, для рабочего тела - припой ПОС-60 по ГОСТ.
Примечание:
Приведенные
данные
действительны
при
сроке
хранения несобранных конструкций до 1 года.
6.2. Конструктивные требования к соединениям
В
конструкциях
соединений
должна
быть
обеспечена
возможность свободной постановки болтов, закручивания гаек и
плотного стягивания пакета болтами во всех местах их постановки
с применением динамометрических ключей и гайковертов.
Номинальные диаметры круглых и ширина овальных отверстий
в элементах для пропуска высокопрочных болтов принимаются по
табл.6.3.
Таблица 6.3.
Группа
Номинальный диаметр болта в мм.
16 18 20 22 24 27 30 36 42 48
соединений
Определяющи 17 19 21 23 25 28 32 37 44 50
х геометрию
Не
20
23
25
28
30
33
36
40
45
52
определяющи
Длины овальных
х геометрию
отверстий
в
элементах
для
пропуска
высокопрочных болтов назначают по результатам вычисления
максимальных абсолютных смещений соединяемых деталей для
каждого ФПС по результатам предварительных расчетов при
206

207.

обеспечении
несоприкосновения
болтов
о
края
овальных
отверстий, и назначают на 5 мм больше для каждого возможного
направления смещения.
ФПС следует проектировать возможно более компактными.
Овальные отверстия одной детали пакета ФПС могут быть не
сонаправлены.
Размещение болтов в овальных отверстиях при сборке ФПС
устанавливают с учетом назначения ФПС и направления смещений
соединяемых элементов.
При необходимости в пределах одного овального отверстия
может быть размещено более одного болта.
Все
контактные
поверхности
деталей
ФПС,
являющиеся
внутренними для ФПС, должны быть обработаны грунтовкой ВЖС
83-02-87 после дробеструйной (пескоструйной) очистки.
Не допускается осуществлять подготовку тех поверхностей
деталей ФПС, которые являются внешними поверхностями ФПС.
Диаметр болтов ФПС следует принимать не менее 0,4 от
толщины соединяемых пакета соединяемых деталей.
Во всех случаях несущая способность основных элементов
конструкции, включающей ФПС, должна быть не менее чем на
25%
больше
несущей
способности
ФПС
на
фрикционно-
неподвижной стадии работы ФПС.
Минимально
допустимое
расстояние
от
отверстия до края детали должно составлять:
- вдоль направления смещения >= 50 мм.
- поперек направления смещения >= 100 мм.
207
края
овального

208.

В
соединениях
поверхностями
прокатных
полок
или
профилей
при
с
непараллельными
наличии
непараллельности
наружных плоскостей ФПС должны применяться клиновидные
шайбы, предотвращающие перекос гаек и деформацию резьбы.
Конструкции ФПС и конструкции, обеспечивающие соединение
ФПС с основными элементами сооружения, должны допускать
возможность
ведения
последовательного
не
нарушающего
связности сооружения ремонта ФПС.
6.3. Подготовка контактных поверхностей элементов и
методы контроля.
Рабочие контактные поверхности элементов и деталей ФПС
должны
быть
очистки
в
подготовлены
соответствии
с
посредством либо
пескоструйной
указаниями
163-76,
ВСН
либо
дробеструйной очистки в соответствии с указаниями.
Перед обработкой с контактных поверхностей должны быть
удалены заусенцы, а также другие дефекты, препятствующие
плотному прилеганию элементов и деталей ФПС.
Очистка должна производиться в очистных камерах или под
навесом, или на открытой площадке при отсутствии атмосферных
осадков.
Шероховатость
поверхности
очищенного
металла
должна
находиться в пределах 25-50 мкм.
На очищенной поверхности не должно быть пятен масел, воды
и других загрязнений.
208

209.

Очищенные контактные поверхности должны соответствовать
первой степени удаления окислов и обезжиривания по ГОСТ 902274.
Оценка шероховатости контактных поверхностей производится
визуально сравнением с эталоном или другими апробированными
способами оценки шероховатости.
Контроль степени очистки может осуществляться внешним
осмотром поверхности при помощи лупы с увеличением не менее
6-ти
кратного.
Окалина,
ржавчина
и
другие
загрязнения
на
очищенной поверхности при этом не должны быть обнаружены.
Контроль степени обезжиривания осуществляется следующим
образом: на очищенную поверхность наносят 2-3 капли бензина и
выдерживают не менее 15 секунд. К этому участку поверхности
прижимают кусок чистой фильтровальной бумаги и держат до
полного впитывания бензина. На другой кусок фильтровальной
бумаги наносят 2-3 капли бензина. Оба куска выдерживают до
полного испарения бензина. При дневном освещении сравнивают
внешний
вид
обоих
кусков
фильтровальной
бумаги.
Оценку
степени обезжиривания определяют по наличию или отсутствию
масляного пятна на фильтровальной бумаге.
Длительность
перерыва
между
пескоструйной
очисткой
поверхности и ее консервацией не должна превышать 3 часов.
Загрязнения, обнаруженные на очищенных поверхностях, перед
нанесением консервирующей грунтовки ВЖС 83-02-87 должны
быть удалены жидким калиевым стеклом или повторной очисткой.
Результаты проверки качества очистки заносят в журнал.
209

210.

6.4. Приготовление и нанесение протекторной
грунтовки ВЖС 83-02-87. Требования к загрунтованной
поверхности. Методы контроля
Протекторная грунтовка ВЖС 83-02-87 представляет собой
двуупаковочный
лакокрасочный
алюмоцинкового сплава
в виде
материал,
состоящий
из
пигментной пасты, взятой в
количестве 66,7% по весу, и связующего в виде жидкого калиевого
стекла плотностью 1,25, взятого в количестве 33,3% по весу.
Каждая
партия
документации
на
материалов
должна
соответствие
ТУ.
быть
проверена
Применять
по
материалы,
поступившие без документации завода-изготовителя, запрещается.
Перед смешиванием составляющих протекторную грунтовку
ингредиентов
следует
довести
жидкое
калиевое
стекло
до
необходимой плотности 1,25 добавлением воды.
Для приготовления грунтовки ВЖС 83-02-87 пигментная часть и
связующее тщательно перемешиваются и доводятся до рабочей
вязкости 17-19 сек. при 18-20°С добавлением воды.
Рабочая вязкость грунтовки определяется вискозиметром ВЗ-4
(ГОСТ 9070-59) по методике ГОСТ 17537-72.
Перед
и
во
время
нанесения
следует
перемешивать
приготовленную грунтовку до полного поднятия осадка.
Грунтовка
ВЖС
83-02-87
сохраняет
малярные
свойства
(жизнеспособность) в течение 48 часов.
Грунтовка
помещении.
ВЖС
При
83-02-87
отсутствии
наносится
под
атмосферных
навесом
осадков
грунтовки можно производить на открытых площадках.
210
или
в
нанесение

211.

Температура воздуха при произведении работ по нанесению
грунтовки ВЖС 83-02-87 должна быть не ниже +5°С.
Грунтовка
ВЖС
83-02-87
может
наноситься
методами
пневматического распыления, окраски кистью, окраски терками.
Предпочтение следует отдавать пневматическому распылению.
Грунтовка ВЖС 83-02-87 наносится за два раза по взаимно
перпендикулярным направлениям с промежуточной сушкой между
слоями не менее 2 часов при температуре +18-20°С.
Наносить грунтовку следует равномерным сплошным слоем,
добиваясь окончательной толщины нанесенного покрытия 90-110
мкм. Время нанесения покрытия при естественной сушке при
температуре воздуха 18-20 С составляет 24 часа с момента
нанесения последнего слоя.
Сушка загрунтованных элементов и деталей во избежание
попадания
атмосферных
осадков
и
других
загрязнений
на
невысохшую поверхность должна проводится под навесом.
Потеки, пузыри, морщины, сорность, не прокрашенные места и
другие дефекты не допускаются. Высохшая грунтовка должна
иметь серый матовый цвет, хорошее сцепление (адгезию) с
металлом и не должна давать отлипа.
Контроль
толщины
покрытия
осуществляется
магнитным
толщиномером ИТП-1.
Адгезия определяется методом решетки в соответствии с ГОСТ
15140-69 на контрольных образцах, окрашенных по принятой
технологии одновременно с элементами и деталями конструкций.
211

212.

Результаты проверки качества защитного покрытия заносятся в
Журнал контроля качества подготовки контактных поверхностей
ФПС.
6.4.1 Основные требования по технике безопасности
при работе
с грунтовкой ВЖС 83-02-87
Для обеспечения условий труда необходимо соблюдать:
"Санитарные правила при окрасочных работах с применением
ручных распылителей" (Министерство здравоохранения СССР, №
991-72)
"Инструкцию
оборудования
по
санитарному
производственных
содержанию
предприятий"
помещений
и
(Министерство
здравоохранения СССР, 1967 г.).
При
пневматическом
увеличения
методе
туманообразования
распыления,
и
расхода
во
избежание
лакокрасочного
материала, должен строго соблюдаться режим окраски. Окраску
следует производить в респираторе и защитных очках. Во время
окрашивания
в
располагаться
таким
материала
имела
закрытых
помещениях
образом,
направление
чтобы
струя
маляр
должен
лакокрасочного
преимущественно
в
сторону
воздухозаборного отверстия вытяжного зонта. При работе на
открытых площадках маляр должен расположить окрашиваемые
изделия так, чтобы ветер не относил распыляемый материал в его
сторону и в сторону работающих вблизи людей.
212

213.

Воздушная магистраль и окрасочная аппаратура должны быть
оборудованы
редукторами
давления
и
манометрами.
Перед
началом работы маляр должен проверить герметичность шлангов,
исправность
окрасочной
надежность
аппаратуры
присоединения
и
инструмента,
воздушных
а
также
шлангов
к
краскораспределителю и воздушной сети. Краскораспределители,
кисти и терки в конце рабочей смены необходимо тщательно
очищать и промывать от остатков грунтовки.
На каждом бидоне, банке и другой таре с пигментной частью и
связующим должна быть наклейка или бирка с точным названием
и обозначением этих материалов. Тара должна быть исправной с
плотно закрывающейся крышкой.
При приготовлении и нанесении грунтовки ВЖС 83-02-87 нужно
соблюдать
осторожность
и
не
допускать
ее
попадания
на
слизистые оболочки глаз и дыхательных путей.
Рабочие
и
ИТР,
работающие
на
участке
консервации,
допускаются к работе только после ознакомления с настоящими
рекомендациями, проведения инструктажа и проверки знаний по
технике
безопасности.
На
участке
консервации
и
в
краскозаготовительном помещении не разрешается работать без
спецодежды.
Категорически запрещается прием пищи во время работы. При
попадании составных частей грунтовки или самой грунтовки на
слизистые оболочки глаз или дыхательных путей необходимо
обильно промыть загрязненные места.
213

214.

6.4.2 Транспортировка и хранение элементов и
деталей, законсервированных грунтовкой
ВЖС 83-02-87
Укладывать, хранить и транспортировать законсервированные
элементы и детали нужно так, чтобы исключить возможность
механического повреждения и загрязнения законсервированных
поверхностей.
Собирать можно только те элементы и детали, у которых
защитное покрытие контактных поверхностей полностью высохло.
Высохшее
должно
защитное
иметь
покрытие
загрязнений,
контактных
масляных
поверхностей
пятен
и
не
механических
повреждений.
При
наличии
поверхности
контактных
загрязнений
должны
и
быть
масляных
обезжирены.
пятен
контактные
Обезжиривание
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
214

215.

толщиной . …..м. На подложку из интерметаллида ПН851015
методом
плазменного
напыления
наносится
несущий
слой
оловянистой бронзы БРОФ10-8. На несущий слой оловянистой
бронзы БРОФ10-8 наносится способом лужения припой ПОС-60 до
полного покрытия несущего слоя бронзы.
6.6. Сборка ФПС
Сборка
ФПС
проводится
с
использованием
шайб
с
фрикционным покрытием одной из поверхностей, при постановке
болтов следует располагать шайбы обработанными поверхностями
внутрь ФПС.
Запрещается очищать внешние поверхности внешних деталей
ФПС.
Рекомендуется
использование
неочищенных
внешних
поверхностей внешних деталей ФПС.
Каждый болт должен иметь две шайбы (одну под головкой,
другую под гайкой). Болты и гайки должны быть очищены от
консервирующей смазки, грязи и ржавчины, например, промыты
керосином и высушены.
Резьба болтов должна быть прогнана путем провертывания
гайки от руки на всю длину резьбы. Перед навинчиванием гайки ее
резьба должна быть покрыта легким слоем консистентной смазки.
Рекомендуется следующий порядок сборки:
совмещают отверстия в деталях и фиксируют их взаимное
положение;
устанавливают
гайковертами
на
болты
90%
от
и
осуществляют
проектного
их
усилия.
натяжение
При
сборке
многоболтового ФПС установку болтов рекомендуется начать с
215

216.

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
динамометрическим ключом.
216
усилий
натяжения

217.

217

218.

218

219.

219

220.

220

221.

221

222.

222

223.

223

224.

224

225.

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ С ФЛАНЦЕВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ И
МЕЖФЛАНЦЕВЫЙ КОМПЕНСАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2381407
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(11)
(13)
C1
(12)
(51) МПК
F16L 23/00 (2006.01)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: действует (последнее изменение статуса: 27.07.2020)
Пошлина: учтена за 13 год с 02.07.2020 по 01.07.2021
(21)(22) Заявка: 2008126791/06, 01.07.2008
(72) Автор(ы):
Белоногов Алексей Владимирович (RU
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
(73) Патентообладатель(и):
01.07.2008
Общество с ограниченной ответственн
(45) Опубликовано: 10.02.2010 Бюл. № 4
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 813073 А,
15.03.1981. US 5244237 А, 14.09.1993. US 4662660 А, 05.05.1987. US 4550743
А, 05.11.1985.
Адрес для переписки:
614990, г.Пермь, ул. Ленина, 62, ООО "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ", отдел
управления проектами, Г.И. Селезневой
(54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ С ФЛАНЦЕВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ И
МЕЖФЛАНЦЕВЫЙ КОМПЕНСАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области машиностроения. Из общей системы трубопроводов выделяют
участки трубопроводов с подключенными к ним аппаратами и фланцевой арматурой, подлежащей
по правилам эксплуатации периодической замене. В пределах выделенных участков фиксируют
фланцевые соединения, которые обеспечивают отключение участков трубопроводов с аппаратами
и заменяемой арматурой, ввод и вывод их из технологического процесса при профилактических
225

226.

ремонтно-технологических работах. При монтаже трубопроводов и профилактических ремонтно технологических работах в каждом зафиксированном фланцевом соединении используют для
установки между фланцами межфланцевый компенсатор, который выполнен в виде кольца с
уплотнительными прокладками с обеих его сторон. Общая толщина межфланцевого компенсатора
выполнена не менее толщины комплекта регламентированной к установке правилами
эксплуатации традиционной заглушки с прокладками. Расстояние от фланцевого соединения с
межфланцевым компенсатором до первой опоры под трубой выдерживают в пределах от половины
до двух наружных диаметров указанных фланцев, а на вертикальных участках трубопроводов
устанавливают устройства, разгружающие трубопровод от собственного веса. Изобретение
упрощает ремонтно-технологические работы по обслуживанию трубопроводов. 2 н. и 3 з.п. ф -лы, 1
ил.
Изобретение относится к области эксплуатации
трубопроводов, имеющих фланцевые соединения, и
предназначается к использованию в первую очередь в
нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей
промышленности, конкретно - в нефтепромысловых
трубопроводных системах добычи, сбора и
внутрипромыслового транспорта нефти, газа и попутно
добываемой пластовой воды.
Известно, например, изобретение со съемными фланцами
по авторскому свидетельству СССР №813073, М.Кл. (3)
F16L 23/02 (заявлено 04.06.79; опубликовано 15.03.81) под
названием «Разъемное соединение трубопроводов»,
согласно которому при монтаже фланцевого соединения
вначале свинчивают и отодвигают в сторону один фланец и
в образованный зазор между концами труб вводят линзу.
При этом поверхности линзы и концы труб выполняют
концентричными между собой. После введения линзы
производят стягивание фланцев.
Однако способ монтажа и конструктивное выполнение
элементов разъемного соединения по указанному
изобретению требует значительного осевого сдвига одного
226

227.

из съемных фланцев и соединяемых труб, что в условиях
ограниченного пространства трудновыполнимо.
Среди имеющихся технических решений, характеризуемых
совокупностью признаков, сходных с совокупностью
существенных признаков заявляемого изобретения,
аналогичных объектов техники нами не обнаружено.
Из практики работы, например, нефтегазодобывающих
предприятий известен лишь традиционный способ монтажа
и ремонта трубопроводов в трубопроводных системах
добычи, сбора и внутрипромыслового транспорта нефти,
газа и попутно добываемой пластовой воды, согласно
которому вначале производят сборку фланцевых
соединений. При этом между фланцами перед их
стягиванием устанавливают прокладки, например, из
паронита. Затем при собранном фланцевом соединении
концы труб вваривают в обвязку трубопроводов.
Смонтированная указанным способом обвязка
трубопроводов имеет высокую жесткость и очень малую
податливость в осевом направлении, которая необходима
при установке заглушек при проведении профилактических
ремонтно-технологических работ в процессе эксплуатации
таких трубопроводов.
Это увеличивает время подготовки оборудования к
ремонту, увеличивает трудоемкость и время проведения
работ, увеличивает опасность травмирования персонала,
требует применять дополнительное оборудование,
затрудняет выполнение требуемой технологии выполнения
ремонтных работ и правил безопасности.
227

228.

Единым техническим результатом, достигаемым при
осуществлении предлагаемой группы изобретений,
являются:
- упрощение и облегчение работ по установке и снятию
заглушек и замене прокладок во фланцевых соединениях
при проведении ремонтно-профилактических работ в
процессе эксплуатации трубопровода;
- исключение необходимости использовать
дополнительное оборудование и приспособления
(специальные раздвижные приспособления, разъемные
клинья, разгонщики фланцев, кувалды, ломы и т.п.);
- сокращение времени на проведение ремонтнопрофилактических работ при замене и установке прокладок
и заглушек во фланцевых соединениях и замене арматуры и
аппаратов;
- снижение физической трудоемкости работ
обслуживающего персонала и снижение опасности
травмирования;
- облегчение выполнения требований правил техники
безопасности и условий технологии ремонта;
- снижение нагрузок на элементы трубопроводов и
оборудования при проведении ремонтно-профилактических
работ за счет исключения необходимости принудительно
раздвигать в осевом направлении фланцы с трубами при
замене и установке прокладок и заглушек между фланцами.
Указанный технический результат достигается тем, что в
заявляемом способе эксплуатации трубопроводов с
фланцевыми соединениями вначале из общей системы
трубопроводов выделяют участки трубопроводов с
подключенными к ним аппаратами и фланцевой арматурой,
228

229.

подлежащей по правилам эксплуатации периодической
замене, затем в пределах выделенных участков фиксируют
фланцевые соединения, которые обеспечивают отключение
участков трубопроводов с аппаратами и заменяемой
арматурой, ввод и вывод их из технологического процесса
при профилактических ремонтно-технологических работах
путем установки и снятия заглушек в зафиксированных
фланцевых соединениях, а при монтаже трубопроводов и
профилактических ремонтно-технологических работах в
каждом зафиксированном фланцевом соединении
используют для установки между фланцами межфланцевый
компенсатор, который выполнен в виде кольца с
уплотнительными прокладками с обеих его сторон, причем
общая толщина межфланцевого компенсатора выполнена не
менее толщины комплекта регламентированной к установке
правилами эксплуатации традиционной заглушки с
прокладками, при этом расстояние от фланцевого
соединения с межфланцевым компенсатором до первой
опоры под трубой выдерживают в пределах от половины до
двух наружных диаметров указанных фланцев, а на
вертикальных участках трубопроводов устанавливают
устройства, разгружающие трубопровод от собственного
веса.
Указанные выше признаки заявляемого способа
эксплуатации трубопроводов с фланцевыми соединениями
являются существенными и новыми.
Указанный технический результат совокупно достигается
еще и тем, что нами предложен вновь межфланцевый
компенсатор для осуществления заявляемого способа
эксплуатации трубопроводов с фланцевыми соединениями,
229

230.

включающий кольцо, по обе боковые поверхности которого
установлены уплотнительные элементы, выполненные в
виде кольцевых прокладок, при этом общая толщина
межфланцевого компенсатора выполнена не менее толщины
комплекта регламентированной к установке правилами
эксплуатации традиционной заглушки с прокладками.
А также тем, что:
- кольцо компенсатора выполнено, например,
металлическим;
- кольцо компенсатора снабжено хвостовиком, свободный
конец которого выведен за пределы наружного диаметра
соединяемых фланцев;
- профиль боковых поверхностей кольца компенсатора
выполнен адекватно профилю сопрягаемых поверхностей
фланцев.
Указанные выше конструктивные признаки предлагаемого
межфланцевого компенсатора для осуществления
заявляемого способа эксплуатации трубопроводов с
фланцевыми соединениями являются существенными и
новыми.
Приведенные выше новые существенные признаки способа
и межфланцевого компенсатора обеспечивают заявляемой
группе изобретений при осуществлении достижение
указанного выше нового технического результата.
На чертеже представлен продольный разрез узла
фланцевого соединения концов труб с предлагаемым
межфланцевым компенсатором. Межфланцевый
компенсатор включает в себя кольцо 1, с обеих боковых
поверхностей которого установлены уплотнительные
элементы 2, выполненные в виде кольцевых прокладок.
230

231.

Общая толщина - S-межфланцевого компенсатора
выполнена не менее толщины комплекта традиционной
заглушки с прокладками, которая выбирается для установки
исходя из требований правил эксплуатации. Кольцо 1 может
быть выполнено металлическим или из иного прочного
материала. Кольцо 1 компенсатора снабжено хвостовиком 3,
свободный конец которого выведен за пределы наружных
диаметров фланцев 4, стягиваемых между собой шпильками
5. Если сопрягаемые поверхности фланцев выполнены не
плоскими, а фигурными, например, типа «шип-паз», то
профиль боковых поверхностей кольца 1 компенсатора
выполняют адекватным профилю сопрягаемых поверхностей
фланцев (на чертеже не показано).
Осуществляют предлагаемый способ следующим образом.
Вначале в общей системе трубопроводов выделяют те
участки трубопроводов, в которые подключены аппараты
технологического назначения и фланцевая арматура,
подлежащая по правилам эксплуатации периодической
замене. Выделение таких участков можно провести на
стадиях проектирования и монтажа, а также при
эксплуатации уже пущенных в работу систем трубопроводов
при проведении профилактических ремонтнотехнологических работ.
Затем в пределах выделенных участков трубопроводов
фиксируют (обозначают, ставят метки) фланцевые
соединения, которые обеспечивают отключение участков
трубопроводов с аппаратами и заменяемой фланцевой
арматурой и обеспечивают их ввод и вывод из
технологического процесса во время проведения
профилактических ремонтно-технологических работ путем
231

232.

установки и снятия заглушек в таких фланцевых
соединениях.
При монтаже трубопроводов (при строительстве вновь,
при их замене) и профилактических ремонтнотехнологических работах на участках трубопроводов в
каждое зафиксированное фланцевое соединение между
фланцами (до их стягивания) устанавливают предлагаемый
межфланцевый компенсатор.
При этом расстояние от фланцевого соединения с
межфланцевым компенсатором до первой опоры под трубой
обеспечивают в пределах от половины до двух наружных
диаметров соединяемых фланцев. На вертикальных участках
трубопроводов устанавливают устройства, разгружающие
трубопровод от собственного веса.
Благодаря установке между фланцами труб межфланцевых
компенсаторов предлагаемых параметров (его толщина не
менее толщины традиционной заглушки) исключается
необходимость принудительно раздвигать в осевом
направлении фланцы с трубами при замене и установке
прокладок и заглушек, что облегчает и упрощает такие
работы, сокращает время и их трудоемкость, не требует
дополнительного оборудования.
А благодаря тому, что в предлагаемом способе предложено
из общей системы трубопроводов выделять те участки,
которые подлежат периодической замене, и в пределах
выделенных участков фиксировать фланцевые соединения,
обеспечивающие отключение, ввод и вывод из
технологического процесса таких участков путем установки
и снятия заглушек во фланцевые соединения, то совместно с
установкой межфланцевых компенсаторов в
232

233.

зафиксированные фланцевые соединения, при том, что
расстояние от фланцевого соединения с межфланцевым
компенсатором до первой опоры под трубой выдерживают в
пределах от половины до двух наружных диаметров таких
фланцев, а на вертикальных участках трубопроводов
устанавливают устройства разгрузки от их собственного
веса, то в совокупности это позволяет на протяжении всего
времени эксплуатации трубопроводов (от монтажа до его
замены) наиболее полно обеспечить выполнение требований
правил техники безопасности и условий технологии
ремонта, снизить опасность травмирования и в целом
продляет срок безопасной эксплуатации трубопроводов при
снижении материальных средств и трудовых затрат на
проведение профилактических ремонтно-технологических
работ.
Формула изобретения
1. Способ эксплуатации трубопроводов с фланцевыми
соединениями, характеризующийся тем, что из общей
системы трубопроводов выделяют участки трубопроводов с
подключенными к ним аппаратами и фланцевой арматурой,
подлежащей по правилам эксплуатации периодической
замене, в пределах выделенных участков фиксируют
фланцевые соединения, которые обеспечивают отключение
участков трубопроводов с аппаратами и заменяемой
арматурой, ввод и вывод их из технологического процесса
при профилактических ремонтно-технологических работах
путем установки и снятия заглушек в зафиксированных
фланцевых соединениях, при монтаже трубопроводов и
профилактических ремонтно-технологических работах в
каждом зафиксированном фланцевом соединении
233

234.

используют для установки между фланцами межфланцевый
компенсатор, который выполнен в виде кольца с
уплотнительными прокладками с обеих его сторон, причем
общая толщина межфланцевого компенсатора выполнена не
менее толщины комплекта регламентированной к установке
правилами эксплуатации традиционной заглушки с
прокладками, при этом расстояние от фланцевого
соединения с межфланцевым компенсатором до первой
опоры под трубой выдерживают в пределах от половины до
двух наружных диаметров указанных фланцев, а на
вертикальных участках трубопроводов устанавливают
устройства, разгружающие трубопровод от собственного
веса.
2. Межфланцевый компенсатор для эксплуатации
трубопроводов с фланцевыми соединениями, включающий
кольцо, по обе боковые поверхности которого установлены
уплотнительные элементы, выполненные в виде кольцевых
прокладок, при этом общая толщина межфланцевого
компенсатора выполнена не менее толщины комплекта
регламентированной к установке правилами эксплуатации
традиционной заглушки с прокладками.
3. Межфланцевый компенсатор по п.2, отличающийся тем,
что кольцо компенсатора выполнено, например,
металлическим.
4. Межфланцевый компенсатор по п.2, отличающийся тем,
что кольцо компенсатора снабжено хвостовиком, свободный
конец которого выведен за пределы наружного диаметра
соединяемых фланцев.
5. Межфланцевый компенсатор по п.2, отличающийся тем,
что профиль боковых поверхностей кольца компенсатора
234

235.

выполнен адекватно профилю сопрягаемых поверхностей
фланцев.
235

236.

236

237.

237

238.

Трубопроводы сейсмостойкость https://ppt-online.org/867995 https://en.pptonline.org/863664
Application of oblique damping compensators
on flanged connections-stretched pipeline
elements, with beveled ends and elastic dry
friction dampers
238

239.

239

240.

240

241.

241

242.

242

243.

243

244.

244

245.

245

246.

246