Демпфирующие устройства Кагановского для защиты мостов от колебаний

В мировой практике строительства идет поиск новых эффективных конструктивных решений для защиты мостов от колебаний. Колебания мостов возникают от ветровой нагрузки, сейсмики, взрывной волны и при неравномерном движении по мосту транспорта и людей. Разработано устройство в виде связи (стержень), в котором достигается эффективное демпфирование путем сухого трения его элементов. Устройство может быть использовано в железнодорожных, автомобильных, пешеходных и других видов мостов и путепроводов.

В мировой практике строительства идет поиск новых эффективных конструктивных решений для защиты мостов от колебаний — см. киевские мосты на рис.1-4.

Рис.1

Рис.2.

Рис.З.

Колебания мостов возникают от ветровой нагрузки, сейсмики, взрывной волны и при неравномерном движении по мосту транспорта и людей. В результате поиска новых конструктивных решений мною разработано устройство в виде связи (стержень), в котором достигается эффективное демпфирование путем сухого трения его элементов (рис.5)

Демпфирующая связь состоит из двух трубчатых ветвей прямоугольного поперечного сечения, расположенных параллельно определенному зазору. Эти ветви шарнирно соединены поперечными листовыми пластинами через шайбы, приваренные к ветвям связи. В каждой шайбе имеется резьбовое отверстие для болта, а в листовой пластине два отверстия, через которые проходят болты. Между шайбой и пластиной может быть установлена фрикционная прокладка. Пластины устанавливаются в двух противоположных поверхностях связи. Такое податливое болтовое соединение, в котором внешние усилия сжатия или растяжения воспринимаются вследствие сопротивления сил трения, возникает по контактным плоскостям соединяемых элементов от предварительного необходимого натяжения болтов. Каждая ветвь одним противоположным концом крепится к определенным частям моста при помощи отдельно изготовленной вилки, состоящей из двух изогнутых фасонок, соединенных поперечными и продольными ребрами жесткости. Эти вилки привариваются к скошенным торцам ветвей связи. Торец противоположной части ветви заварен листовой заглушкой. Такое конструктивное решение способствует плавному переходу силового потока от ветви к шарниру без концентрации напряжения. Для предотвращения произвольного раскручивания болтов после их установки на определенную величину натяжения, головки болтов соединяются сваркой с ветвями связей через кругляки ф16 (рис 6).

Демпфирование в связи происходит за счет сухого трения между листовыми пластинами и шайбами через фрикционные прокладки, соединенные болтами, обеспечивающими упругую податливость при повороте пластин. Зазор между ветвями связи определяется возможной величиной амплитуды колебания моста. Количество

Доклады независимых авторов 2023 выпуск 57 устанавливаемых листовых пластин определяется необходимым уровнем демпфирования. Исходное рабочее положение пластин – под прямым углом к продольной оси ветвей связи. От знакопеременных усилий, воздействующих на связь, происходит взаимное продольное смещение ее ветвей до продольного соприкосновения их граней. При этом пластины от силы сжатия в связи поворачиваются в одну, а при растяжении в противоположную сторону. При сухом трении соприкасающихся поверхностей шайб с листовыми пластинами происходит демпфирование, то есть превращение кинетической энергии в тепловую энергию. Натяжение между трущимися частями регулируется высокопрочными болтами. Продольная устойчивость связи при сжатии обеспечивается совместной жесткостью двух трубчатых ветвей. За счет большого количества мест соприкосновения трубчатых ветвей с поперечными пластинами и необходимого количества связей происходит значительное поглощение и рассеивание энергии. Причем демпфирование происходит как при сжатии, так и при растяжении. При продольном соприкосновении граней трубчатых ветвей от знакопеременных усилий связи работают на передачу ослабленных демпфированием связей (рис. 7 и 8).

От высокого уровня поглощения и рассеивания кинетической энергии при демпфировании в значительной степени снижается нагрузка и амплитуда колебания, что, в свою очередь снижает материалоемкость (металлоемкость) и общую стоимость мостов. Конструктивное решение связи позволяет настраивать ее на необходимый уровень демпфирования путем установки необходимого количества листовых пластин и количества связей в мостах. Кроме того, за счет установки необходимого зазора между ветвями связей можно настраивать связь на необходимую амплитуду колебания. Демпфирующие связи технологичны в изготовлении и монтаже. Таким образом, возможна защита от колебаний железнодорожных, автомобильных, пешеходных и других видов мостов и путепроводов.