ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ МАЯТНИКОВОЙ СКОЛЬЗЯЩЕЙ ОПОРЫ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ

EFFICIENCY OF WORK OF FRICTION PENDULUM BEARING DURING AN EARTHQUAKE

Oleg Mkrtychev

doctor of Science, Professor of National Research University Moscow State University of Civil Engineering,

Russia, Moscow

Lilit Arutyunyan

postgraduate student of National Research University Moscow State University of Civil Engineering,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследуется влияние параметров поверхности скольжения маятниковой скользящей опоры на работу данного вида сейсмоизоляции. Исследования проводятся на примере нелинейного осциллятора. Выводы по результатам исследований отражают критерии подбора значения радиуса кривизны и значения максимального коэффициента трения в зависимости от внешнего воздействия.

ABSTRACT

In this article influence of the parameters of sliding surface of friction pendulum bearing on the work of this type of seismic isolation is researched. Researches are carried out by the example of nonlinear oscillator. Conclusions as results of researches reflect the criteria for the selection value of the radius of curvature and value of maximum friction coefficient depending on external influence.

Ключевые слова: сейсмоизоляция; маятниковая скользящая опора; радиус кривизны; коэффициент трения.

Keywords: seismic isolation; friction pendulum bearing; radius of curvature; friction coefficient.

При проектировании систем сейсмоизоляции [1–3] в виде маятниковых скользящих опор (рис. 1) главная задача состоит в правильном подборе параметров опоры для эффективной ее работы. Основными параметрами, влияющими на поведение маятниковых скользящих опор, являются радиус кривизны и значение максимального коэффициента трения поверхности скольжения.

Рисунок 1. Маятниковая скользящая опора

Радиус кривизны поверхности скольжения R (рис. 2) определяет период собственных колебаний опоры T, который вычисляется аналогично периоду собственных колебаний маятника:

                                                 (1)

Рисунок 2. Радиус кривизны поверхности скольжения маятниковой скользящей опоры

Коэффициент трения скольжения маятниковой скользящей опоры  (рис. 3) зависит от нескольких параметров, определяющихся экспериментально, а именно: максимального коэффициента трения , статического коэффициента трения _min и коэффициента a, определяющего зависимость скорости скольжения от трения, и имеет вид:

                                (2)

Рисунок 3. Зависимость скорости скольжения от коэффициента трения

Исследуем влияние радиуса кривизны и максимального коэффициента трения поверхности скольжения маятниковой опоры на реакцию системы. Рассмотрим нелинейный осциллятор с сосредоточенной массой (рис. 4.а) при действии сейсмической нагрузки, заданной в виде акселерограммы (рис. 4.б).

Геометрические характеристики стержня над опорой: длина l=3,0 м, сечение 0,3х0,3 м, сосредоточенная масса m= 64800кг.

Рисунок 4. а) Расчетная модель нелинейного осциллятора; б) Акселерограмма сейсмического воздействия

Выбраны следующие маятниковые скользящие опоры фирмы FIP Industriale.

1. FIP-D L 2100/300 (2500) с радиусом кривизны поверхности скольжения R₁= 2,5 м и предельно допустимым значением перемещения верха опоры относительно низа равным d₁=0,15 м, и максимальным коэффициентом трения  %.
2. FIP-D L 2250/800 (3700) с радиусом кривизны поверхности скольжения R₂ =3,7 м и предельно допустимым значением перемещения верха опоры относительно низа равным d₂=0,40 м, и максимальным коэффициентом трения  %.
3. FIP-D M 2100/300 (2500) с радиусом кривизны поверхности скольжения R₁= 2,5 м и предельно допустимым значением перемещения верха опоры относительно низа равным  d₁=0,15 м, и максимальным коэффициентом трения  %.
4. FIP-D M 2250/800 (3700) с радиусом кривизны поверхности скольжения R₂ =3,7 м и предельно допустимым значением перемещения верха опоры относительно низа равным d₂=0,40 м, и максимальным коэффициентом трения  %.

Выполним анализ результатов для четырех вариантов опор соответственно. Основные результаты проведенного исследования приведены в таблицах 1–2.

Таблица 1.

Результаты исследования нелинейного одномассового осциллятора при  %

Таблица 2.

Результаты исследования нелинейного одномассового осциллятора при R₁=2,5 м

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. При увеличении радиуса кривизны поверхности скольжения маятниковой скользящей опоры R в 1,48 раза (от 2,5 м до 3,7 м) и фиксированном значении максимального коэффициента трения ₁=2,5 % наблюдается уменьшение значений относительных перемещений массы в 0,86 раза.
2. При увеличении значения максимального коэффициента трения  маятниковой скользящей опоры в 2,2 раза (от 2,5 % до 5,5 %) и фиксированном значении радиуса кривизны  R₁=2,5 м наблюдается увеличение значений относительных перемещений массы в 1,6 раза.
3. Для уменьшения значений относительных перемещений массы и эффективной работы опоры можно рекомендовать: увеличение радиуса кривизны поверхности скольжения маятниковой скользящей опоры R или уменьшение максимального коэффициента трения .
4. Параметры трения и радиуса кривизны поверхности скольжения маятниковой скользящей опоры существенно влияют на результаты расчета, их подбор должен осуществляться в зависимости от внешнего воздействия, а проектирование данных опор требует особого внимания в каждом отдельном случае.

Список литературы:

1. Мкртычев О.В., Арутюнян Л.М. Анализ современных методов сейсмозащиты зданий и сооружений // Сборник трудов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности». Москва, 2014. C. 492–495.
2. Мкртычев О.В., Арутюнян Л.М. Сравнительный анализ методов сейсмоизоляции зданий и сооружений в виде резинометаллических и маятниковых скользящих опор // Строительная механика и расчет сооружений. 2014. № 6. С. 45–47.
3. Мкртычев О.В. Надежность многоэлементных стержневых систем инженерных конструкций // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 2000.