
книги из ГПНТБ / Шахназарян С.Х. Возведение зданий методом подъема этажей и перекрытий. Исследования, проектирование, строительство
.pdfѴ-образных демпферов под действием указанных сил происходит скольжение опорных частей демпферов по поверхности шахты, приводящей к значительному погло щению энергии.
Программой исследований предусматривалось изу чение:
упругогистерезисных характеристик одиночных Ѵ-об разных демпферов под действием статической нагрузки; упругогистерезисных характеристик системы Ѵ-образ- ных демпферов, установленных в кольцевом зазоре, под
действием статической нагрузки; влияния Ѵ-образных демпферов на работу железобе
тонной одноярусной модели каркасного здания с шахтой при динамических нагрузках.
1. Упругогистерезисные характеристики одиночных Ѵ-образных демпферов
Объектом исследования являлись два типа Ѵ-образ ных демпферов, геометрические характеристики которых представлены в табл. VII.3. Демпферы типа А отлича лись от демпферов типа Б по углу раскрытия а.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
VI1.3 |
|
Геометрические размеры |
демпферов |
(см. рис. VI 1.7) |
в мм |
|
||||
Т и п |
Г |
Гі |
а |
ь |
6 , |
1 |
О |
а ° |
д е м п ф е р а |
||||||||
А |
14 |
1 4 |
б і |
1 1 2 |
9 0 |
9 8 |
2 , 5 |
2 0 |
Б |
14 |
14 |
5 3 |
1 1 5 |
9 0 |
9 8 |
2 , 5 |
15 |
Испытаниям были подвергнуты по четыре демпфера каждого типа по схемам, указанным на рис. VII.7. Испы тания проводились на прессе типа F М-100 ,с динамомет
ром, настроенным на |
шкалу |
с ценой деления 5 кгс. |
|
Демпферы испытывались под |
максимальную |
нагрузку |
|
Р = 300 кгс«0,6 Д р а з р |
( Я р а з р — разрушающая |
нагрузка) |
со ступенями 20 кгс при наличии и отсутствии трения по
контакту.
При каждой ступени загрузки (разгрузки) индикато рами часового типа с ценой деления 10 мк измерялись вертикальные деформации демпфера А (см. рис. ѴІІ.7).
По полученным результатам были построены петли
260
Рис. VII.7. Схемы испытаний демпферов
а — и с п ы т а н и е о б р а з ц а п р и |
н а л и ч и и с у х о г о т р е н и я ; 6 — и с п ы т а н и е п р и о т с у т |
|
ст вии т р е н и я ; |
/ — д е м п ф е р ; |
2 — ш л и ф о в а н н а я с т а л ь н а я п л а с т и н к а ; 3—ц и л и н д р и |
ч ес к и е к а т к и ; |
4 — и н д и к а т о р |
ч а с о в о г о ти п а |
Рис. VI 1.8. Упругогистерезисные кривые одиночных демпферов при ста тических испытаниях
а — д е м п ф е р ы т и п а А ; б — д е м п ф е р ы т и п а Б. С п л о ш н ы е л и н и и о т н о с я т с я к д е м п ф е р а м при н а л и ч и и с и л т р е н и я ; ш т р и х л н н н и — к д е м п ф е р а м при о т с у т стви и с и л т р е н и я
гистерезиса (рис. VII.8). На рисунке штрихлинией пока заны кривые при отсутствии сил трения. Из представлен ных графиков видно, что для четырех образцов одного типа демпферов получаются почти идентичные резуль таты. При этом опытные зависимости имеют криволиней
261
ный характер как при наличии, так и при отсутствии трения и могут быть представлены в следующем виде:
Р = СА — -|-Д 2. |
(VII. 1) |
Значения параметров С и К при наличии сил трения (рис. VII.7, а), полученные по методу наименьших квад ратов, представлены в табл. VII.4. В той же таблице приведены значения С и К при отсутствии сил трения (рис. VII.7, б).
Т а б л и ц а V I 1.4
Значения коэффициентов С (числитель) и К (знаменатель) при статических испытаниях одиночных Ѵ-образных демпферов
Значения С |
(кге/см) I! К ( кгс/см2) |
п р и |
||
н а ли ч и и т р е н и я в с л у ч а е |
от с у т с т в и и т р е |
|||
ния |
п с л у ч а е |
|||
Т и п д е м п ф е р а |
|
|||
|
|
|
||
н а г р у ж е н и я |
р а з г р у з к и |
н а г р у ж е и н я 'н л н |
||
р а з г р у з к и |
||||
|
|
|||
4 2 0 |
2 3 0 |
|
2 7 0 |
|
А |
|
|
|
|
2 6 0 |
8 0 |
|
20 |
|
6 2 0 |
2 7 3 |
|
3 9 4 |
|
5 1 8 |
8 0 |
|
6 7 |
По результатам проведенных экспериментов над оди ночными демпферами при статическом воздействии на грузки можно отметить следующее. Зависимость между внешней нагрузкой и деформациями демпферов при на личии трения нелинейная. При отсутствии трения также наблюдается нелинейная зависимость, однако в менее выраженной форме; Жесткость демпферов зависит от уг ла раскрытия а. А именно, с увеличением угла раскрытия
демпфера ее жесткость |
уменьшается. Коэффициент по |
|
глощения энергии |
ф при угле раскрытия демпферов |
|
а= І5° составляет |
0,75, |
а при угле раскрытия а = 20° — |
0,55. |
|
|
2. Упругогистерезисные характеристики системы Ѵ-образных демпферов
Помимо испытаний одиночных демпферов, имея в ви ду, что в натуре между шахтами и плитами перекрытий устанавливается система демпферов с определенным
262
шагом, была проведена другая серия испытаний, в какойто мере имитирующая сопряжение плиты перекрытия с шахтой. Испытания проводились на специальном стен де (рис. VII.9). Внутреннее кольцо стенда имитировало железобетонную шахту; наружное — плиту перекрытия каркаса. Демпферы 1 устанавливались между неподвиж ным 2 и подвижным 3 кольцами и опирались на метал лические пластинки. Кольцу 3 с помощью приспособле ния передавалось усилие, величина которого измерялась динамометром. Взаимное перемещение колец, обуслов ленное деформацией демпферов, измеряли с помощью мессур часового типа 4 с ценой деления 10 мк. Жест кость колец была во много раз больше жесткости демп феров. В данной серии испытаний применялись демпфе ры типа А. При этом варьировалось количество демпфе ров (от двух до двенадцати штук) и их ориентация по отношению к направлению действующей силы.
С целью увеличения поглощающей способности си стемы демпферы на стенде устанавливали в предвари тельно-напряженном состоянии, для чего установочная Еысота демпферов была уменьшена на определенную, заранее заданную величину по сравнению с первона чальной высотой демпферов. Это приводило к тому, что под действием горизонтальной нагрузки часть демпферов нагружалась, а другая — разгружалась. Величина гори зонтальной нагрузки выбиралась с таким расчетом, что бы перемещение наружного кольца не превышало зара
нее |
заданной |
величины |
осадки демпфера |
До |
(см. |
рис. VII.7). |
|
|
|
Для получения двусторонней петли гистерезиса силу, проходящую через центры колец, ступенчато увеличива ли от нуля до максимальной величины, а затем ступеня ми уменьшали до нуля. После этого процесс повторялся для случая, когда направление силы изменялось в диа метрально противоположном направлении.
По полученным результатам были построены петли гистерезиса для системы, состоящей из двух, четырех, восьми и двенадцати совместно работающих демпферов.
Рис. VI 1.9. Схема стенда для испытания системы Ѵ-образ- ных демпферов
2СЗ
Анализ показал, что все петли гистерезиса системы демпферов имеют вид параллелограммов. Следователь но, в рассматриваемом случае между силой и соответ ствующими деформациями наблюдается линейная зави симость, в то время как для одиночных демпферов эта зависимость иелииейпая.
Для иллюстрации на рис. VII. 10 приведены петли гистерезиса в случае совместной работы двенадцати демпферов при различных величинах предварительной осадки демпферов. Многократные повторные испытания показали, что петли гистерезиса имеют стабильный ха рактер.
Основные результаты испытания системы демпферов представлены в табл. VII.5.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а VII. 5 |
|
Основные |
характеристики |
петель гистерезиса |
системы |
демпферов |
||
|
В е л и ч и н а |
|
|
|
|
|
К о л и ч е с т в о |
п р е д в а р и - |
F , кГ с |
С — |
tg ф |
|
|
д е м п ф е р о в |
т е л ь н о й |
о с а д |
кГ/см |
Ф |
||
в си стем е |
ки д е м п ф е |
|
|
|
|
|
|
ро в , |
мм |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
3 0 |
57 1 |
1 , 1 9 |
|
4 |
|
5 2 |
5 2 6 |
1 , 9 8 |
||
|
|
|||||
|
6 |
|
6 9 |
46 1 |
2 , 6 6 |
|
4 |
2 |
|
4 3 |
6 1 5 |
1 , 5 1 |
|
4 |
|
8 6 |
5 5 5 |
2 , 7 2 |
||
|
|
|||||
|
6 |
|
1 2 3 |
4 8 0 |
3 , 6 9 |
|
8 |
2 |
|
9 0 |
1 2 7 0 |
1 , 5 3 |
|
4 |
|
1 9 2 |
1 1 7 6 |
2 , 8 2 |
||
|
|
|||||
|
6 |
|
2 7 6 |
1 0 0 0 |
3 , 8 3 |
|
|
2 |
|
15 2 |
1 8 1 9 |
1 , 7 4 |
|
12 |
4 |
|
2 9 1 |
1 5 6 3 |
3 , 0 6 |
|
|
|
|||||
|
6 |
|
4 1 3 |
1 5 0 0 |
3 , 8 3 |
В |
таблице |
приняты следующие обозначения |
(рис. |
VII.11): |
F — суммарная сила сухого трения; |
C=tgcp — жесткость системы демпферов вдоль действу ющего усилия. Значения коэффициентов поглощения энергии ф получены в результате обработки петель ги стерезиса системы демпферов.
264
стерезиса в случае сов местной работы две надцати предвари тельно-напряженных демпферов
/ — Д 0 = 2 мм-, 2 — Д о =
= 1 мм\ 3— ^ о=б мм
Рис. VII.11. Схема петли ги стерезиса при статическом испытании системы демпфе ров
По результатам статических испытаний системы демпферов можно отметить следующее: петли гистере зиса системы предварительно-напряженных демпферов имеют вид параллелограммов; при увеличении числа демпферов жесткость и сила сухого трения системы воз растают практически по линейному закону; увеличение предварительного напряжения демпферов приводит к су щественному увеличению суммарной силы сухого трения и к некоторому уменьшению общей жесткости системы; демпферы, расположенные на оси, перпендикулярной к линии действия силы, не влияют на общую жесткость системы, но увеличивают силу трения; коэффициент по глощения энергии системы демпферов возрастает с уве личением предварительного напряжения демпферов.
3. Влияние Ѵ-образных демпферов на работу железобетонной одноярусной модели с шахтой
Испытания проводились на одноярусной железобе тонной модели высотой 4 м, состоящей из рамного кар каса и железобетонной шахты (рис. VII. 12). Рамный кар
265
кас состоял из железобетонной плиты размером в плане 4X4 м и четырех стальных стоек. Внутреннее кольцо стенда (см\ рис. VII.9) жестко закреплено к вершине железобетонной шахты модели. Наружное кольцо замоноличено с железобетонной плитой перекрытия модели, для чего в последнем предусмотрено отверстие.
Как и при описанных выше статических испытаниях, демпферы были установлены в зазоре, образованном стальными кольцами. В опытах применялись демпферы типа А, характеристики которых приведены в табл. VII.3
иVII.5. До начала основных испытаний модели шахта
икаркас в отдельности были подвергнуты статическим
идинамическим воздействиям, при которых было уста новлено, что жесткость отдельно стоящей шахты модели равна 1390 кгс/см\ жесткость каркаса — 610 кгс/см; соб
ственные частоты шахты и каркаса равны соответственно 10,8 и 1,4 Гц, а значения логарифмических декремен тов— 0,135 и 0,025. Отметим, что собственные частоты и значения логарифмических декрементов определяли по осциллограммам затухающих свободных колебаний.
Испытания модели проводили при гармонических ко лебаниях, возбуждаемых вибромашиной В-1, установлен ной на плите каркаса. С целью выявления эффективно сти демпферов модель испытывали при жестком соеди нении шахты с каркасом, а затем с демпферами, уста новленными в просвет, образованный между плитой кар каса и шахтой. Исследовалась работа модели при 2, 4, 8 и 12 демпферах с варьированием величины предвари тельного напряжения демпферов, характеризуемого их начальной осадкой A Q = 2, 4 и 6 мм. Величина эксцентри кового груза на вибраторе при всех случаях оставалась одной и той же и равнялась Q= 8 кгс. Колебания записы вали вибродатчиками С5С и ВВП, подключенными к ос-
Рис. VII.12. Схема одноярусной железобетонной модели
1 — к о л о н н а ; 2 — п л и т а ; 3 — ш а х т а ; 4 — д е м п ф е р ; 5 — в и б р о м а ш и н а
266
циллографу. Датчики, установленные на шахте и па плите модели, записывали изгнбно-сдвиговые колебания системы. Запись производилась при установившихся ре жимах колебаний, а также при свободно затухающих ко лебаниях, возбуждаемых выключением и резким тормо жением вибромашины на резонансной частоте.
Для иллюстрации на рис. VII. 13 приводится типичная осциллограмма свободно затухающих колебаний модели с восемью демпферами. Для сопоставления там же при ведена осциллограмма затухающих колебаний модели при жестком соединении шахты с плитой (без демпфе-
Рис. VII.13. Осциллограммы свободно затухающих колебаний модели
а — при включении в зазор между шахтой и каркасом восьми демп феров; б — при жестком соединении шахты с каркасом
267
Рис. VII.14. Резонансные кривые при колебаниях модели
1— жесткое соедине ние шахты с карка сом (-система без демпферов); 2—систе
ма с |
двумя демпфе |
|
рами; |
3 |
— система с |
четырьмя демпфера
ми; |
4 |
— система с во |
семью демпферами; 5 — система с двенад цатью демпферами
t,S |
t,0 |
1.5 |
3,0гц. |
ров). По осциллограммам видно, что влияние демпферов на характер колебаний системы весьма существенно. А именно, при наличии демпферов можно отметить не сравненно быстрое затухание колебаний. По результатам испытаний при резонансных колебаниях модели с демп ферами в зависимости от жесткости системы, обусловлен ной в основном количеством демпферов, и силы сухого трения, характеризуемой величиной предварительного обжатия демпферов, амплитуды колебаний шахты и кар каса уменьшались от 2,2 до 7,6 раза по сравнению с си стемой без демпферов. Для иллюстрации на рис. VII.14 приведены резонансные кривые колебаний каркаса (пли ты) модели при жестком соединении шахты с плитой и при наличии демпферов в кольцевом зазоре для случая, когда величина предварительного обжатия демпферов характеризовалась их осадкой в 6 мм. Из рис. VII.14 видно, что в зависимости от количества демпферов в си стеме амплитуда колебаний уменьшается от 2,6 до 6 раз. Сопоставление логарифмических декрементов, вычислен ных по осциллограммам свободных затухающих колеба ний, показывает, что поглощение энергии механических колебаний модели с демпферами от трех до пяти раз больше, чем модели с жестким соединением шахты с кар касом. Так, если при жестком соединении шахты с кар касом опытное значение логарифмического декремента затухания равнялось 6= 0,1 (т. е. ф= 0,2, и эта величина находится в пределах, характерных для высотных кар касных зданий), то при наличии демпферов значение ло
268
гарифмического декремента достигало 6= 0,5, и в этом случае ф = 1 . Приведенные опытные данные, полученные при работе железобетонной модели в упругой стадии, подтверждают высокую эффективность демпферов при динамических воздействиях. По результатам опытов соб ственная частота модели, в зависимости от количества демпферов в системе и- величины предварительного их обжатия, изменялась в пределах от 1,9 до 2,1 Гц, что зна чительно меньше, чем при жестком соединении шахты с каркасом (2,5 Гц ). Таким образом, демпферы, уста новленные в зазоре между шахтой и плитой, приводят к снижению жесткости системы. Увеличение общего ко личества демпферов в системе приводит, как и следовало ожидать, к увеличению ее собственной частоты.
Резюмируя результаты проведенных динамических испытаний, можно отметить, что демпферы играют важ ную роль в поглощении энергии механических колебаний системы. Наличие демпферов в кольцевом зазоре приво дит к существенному (от 2 до 8 раз) уменьшению ам плитуды резонансных колебаний по сравнению с жест ким соединением шахты с каркасом. Коэффициент по
глощения энергии механических колебаний |
модели |
с демпферами от 3 до 5 раз больше, чем для |
модели |
с жестким соединением. Эффект демпфирования в зна чительной степени зависит от жесткости и силы сухого трения системы демпферов. Вариацией этих параметров можно получить оптимальные значения амплитуды коле баний при динамических воздействиях.
Результаты исследований, приведенные в § 23 и 24, легли в основу проектирования каркасных зданий повы шенной этажности с шахтами, возводимыми в сейсмиче ских районах.