Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

69 страниц

Купить официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Рекомендации содержат практические указания по проектированию динамических и ударных гасителей колебаний, устанавливаемых на отдельных конструкциях, зданиях и сооружениях для защиты их от динамических воздействий, возбуждаемых при работе. Технологического оборудования и действии ветра. Предназначены для работников проектных и строительно-монтажных организаций.

  Скачать PDF

Оглавление

Предисловие

1. Общие положения

2. Динамические гасители колебаний

Вводная часть

Подбор оптимальных гасителей колебаний и оценка их эффективности

Подбор и определение эффективности оптимальных гасителей колебаний при ограниченном демпфировании

Влияние отклонений параметров гасителя от оптимальных значений на эффективность вибропогашения

Определение амплитуд и декрементов колебаний при фиксированных (неоптимальных) параметрах гасителя

Расчет сооружений с гасителями в случае, когда моделью сооружения не может служить система с одной степенью свободы

3. Ударные гасители колебаний

Выбор типа гасителя колебаний и исходные данные для расчета

Условия настройки ударных гасителей колебаний

Маятниковый гаситель колебаний на системе с одной степенью свободы

Пружинный гаситель колебаний на системе с одной степенью свободы

Плавающий гаситель колебаний на системе с одной степенью свободы

Приложение 1. Программа поверочного расчета сооружения с динамическими гасителями колебаний

Приложение 2. Примеры расчетов динамических гасителей колебаний для случаев, когда моделью сооружения может служить система с одной степенью свободы

Приложение 3. Конструктивные формы ударных гасителей колебаний

Показать даты введения Admin

ЦНИИСК им. В. А. КУЧЕРЕНКО ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ДИНАМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ВЕТРА

МОСКВА 1978


центральный ордена трудового красного знамени

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ им. В. А. КУЧЕРЕНКО ГОССТРОЯ СССР (ЦНИИСК им. В. А. КУЧЕРЕНКО)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ

ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И

СООРУЖЕНИЙ,

ПОДВЕРЖЕННЫХ

ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ

ДИНАМИЧЕСКИМ

ВОЗДЕЙСТВИЯМ

ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ И ВЕТРА

МОСКВА СТРОИИЗДАТ 1978

Подбор оптимальных гасителей колебаний и оценка их эффективности

2.16. При гармоническом воздействии с мало изменяющейся частотой (см. п. 2.12) рекомендуется применять гасители без специальных демпфирующих элементов. Диссипативные свойства таких гасителей при оценке эффективности виброгашения в пп. 2.17—2.20 не учитываются, так же как и диссипативные свойства защищаемой системы.

Критерием качества виброгашения R для случаев, рассмотренных в пп. 2.17—2.20, является максимальная в заданном диапазоне изменения частоты воздействия (от а>н до <ок) амплитуда перемещений или ускорений главной (приведенной) массы М. Параметры гасителя v и / подбираются так, чтобы уменьшить критерий качества виброгашения до допустимого значения R = aRcт-

ч=Мг/М\ f = pT/p\ p* = k/M; pl = kF/Mr,

где AfP — масса гасителя; kv — жесткость пружины (связи) гасителя; v — относительная масса гасителя; /— настройка гасителя; р — собственная частота защищаемой системы; рг — парциальная частота гасителя; R — значение критерия качества виброгашения, соответствующее единичной обобщенной силе (Q0 = l); /?ст — значение критерия качества внброгашения при статически действующей единичной обобщенной силе в случае, когда R соответствует амплитуде перемещений главной массы (Rcr = \/k); если R соответствует ускорению главной массы — условно принято #ст2/£.

При оптимальной настройке /опт допустимые значения R достигаются на концах интервала изменения частоты воздействия, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Амплитудно-частотные характеристики системы без гасителя (/) и с гасителем (2)

2.17. При гармоническом воздействии с малоизменяющейся частотой и постоянной амплитудой внешней силы Q0 = l в случае, когда критерием качества является максимальная в диапазоне от (он до (ок амплитуда перемещений главной массы, параметры гасителя подбираются по формулам:

(3)

(*£-*») [ 1 + а (1-Я2)] [1-« (1-^)1 о Я2 X,2 [2 + а (А,2 —Я,2)]

f2 — г2 Я

/ опт лн л

2 а (Я* Я2)

где Я— относительная частота вынужденных колебаний (Я*=й>/р); Ян, Як — значения Я на границах диапазона частот внешнего воздействия при о)~<оа и о>=сок.

2.18. При воздействии, рассматриваемом в п. 2.17, и критерии качества — максимальной амплитуде ускорения главной массы параметры гасителя рекомендуется определять по формулам:

(Я^ — Яд) [Яд f а (1 — Яд)] [Яд — а (1    Я|)]

а Яд Яд [Яд + Яд + а (Яд — Яд)]

(4)

,2    _    ,2    ,2    +^к    +    Д    ^н)

/опт — Ан Ак 2 X2 Х2+а (Х22)    •

Формулы (4) пригодны также в случае, когда амплитуда силы пропорциональна квадрату частоты возбуждения Q0=l^x, а критерий качества — максимальная амплитуда колебаний главной массы.

2.19. При гармоническом воздействии с малоизменяющейся частотой и амплитудой силы, пропорциональной квадрату частоты возбуждения Qo^l-Я2, в случае, когда критерием качества является максимальная амплитуда ускорения главной массы, оптимальные параметры гасителей рекомендуется принимать по формулам:

2К-^) IX*-в (1-Х2к)1 [Х% + я (1-х*)]

e X.2 Я2    +    а    (X2    —    Я,2)]

(5)

2    _    [К    + +g (^к^^н)1

'опт" К Я2д(Я2н + Я2к)+а (Я2К-Я2Н)    •

2.20. Определение амплитуд перемещений и ускорений при произвольных значениях Я и, в частности, при Я=ЯК или Я=ЯН выполняется по формулам:

z .<!~*L. z =

Я2 pg (/а — Я2)


ZQ =


(6)


A k


0 Lk ’ r bk 9    A*

где A = (1—Я2) (/a —Яa)-v Я2 fa; Z0, Z0 — амплитуды перемещений и ускорений главной массы; Zr, У — амплитуды перемещений массы гасителя и деформаций связи гасителя.

2.21. При гармоническом воздействии с нестабильной частотой (см. п. 2.12) рекомендуется применять гасители с демпфирующими элементами. Амплитудно-частотная характеристика Z0(<o) в этом случае имеет такой вид, какой показан на рис. 7.

При оптимальных параметрах гасителя минимизируется наибольшая из ординат Z0(<o), обычно при этом оба максимума амплитудно-частотной характеристики становятся одинаковыми.

Далее приведены результаты для гасителей двух типов: с демпфером вязкого трения (тип первый) и со связью, обладающей повышенным неупругим сопротивлением (тип второй), причем даны

11

Рис. 7. Амплитудно-частотная характеристика а диапазоне изменения частоты воздействия


формулы для определения не только оптимальных параметров, гасителей, но и соответствующих значений критерия качества и максимальных амплитуд удлинений связи (для маятниковых гасителей — амплитуд перемещений массы маятника относительно точки подвеса) гасителя. Для гасителей с демпфирующими элементами оптимизируются настройка гасителей и безразмерные коэффициенты р или уг, характеризующие диссипативные свойства гасителей. Учтено внутреннее неупругое сопротивле


ние защищаемой системы, характеризуемое коэффициентом потерь у0. Здесь и далее:


Р = Рг/р;


Uo =


Иг =


Y?/4


1 ~ Yq/4 1 + Yo/4

Yr


Yo


1 + Yo/4


l+Y?/4


ог =


i + y;/4

«0+* o=>;


u\ + 4


= 1,


где |3r — коэффициент вязкого трения демпфера в гасителе первого типа; uQ, v0, и?, vr — константы1 Е. С. Сорокина для защищаемой системы и для гасителя второго типа соответственно; y0j Yr — коэффициенты внутреннего неупругого сопротивления защищаемой системы и связи гасителя соответственно; fопт» ропт/ Уодт — оптимальные значения параметров f, р, уг; б, у — декремент колебаний и коэффициент неупругого сопротивления системы с гасителем (у = б/я).

2.22. При гармоническом воздействии с нестабильной частотой и постоянной амплитудой силы Q0 = 1, если критерием качества является максимальная амплитуда перемещений главной массы при произвольном изменении частоты воздействия, оптимальные параметры гасителей определяются по формулам (7) и (8).

Для гасителей первого типа оптимальные параметры определяются по формуле;


Р°пт 2 (1 + v)8

/опт    [    (1+V)S    “Yo    2(1+ропт)]’    (7)

1 Вследствие того, что большинство приведенных здесь результатов были получены с использованием указанных констант «, о, этот способ описания затухания сохранен в настоящих Рекомендациях.


12


при этом:


R = 1 /(a Y'2 + 7 + Yo + YoР (1 + v) ^ ;

1    2    (1+v)    1 /    2 + у

Ушах— £    v    Г    3(2    +1,25    v)    ‘


Для гасителей второго типа оптимальные параметры определяются по формулам:


Уопт — Y*


? = /опт


3 + 2 V

2 +V


(8)

при этом:


1


k

2 (1 ~Yo Y*)

2 + n


»


l+v 1/ 2 (2 + ^)

rmax— £ v V 3 + 2 v

2.23. При том же критерии качества, какой рассматривался в п. 2.22, если амплитуда силы пропорциональна квадрату частоты возбуждения Q0 = 1 -Я2, оптимальные параметры гасителей рекомендуется назначать по формулам:

для гасителей первого типа:


3 v

о2 =--с2    в.

ропт (l+N) (2 + N)’ ^опт

/? =


1 + Yo “I" ^^ Yo ропт


(1 + v) l/i-vi


1


/


(2 + v) (1 + Yq)


(9)

^max —


_L 2 +v

k v


2 (^опт О»** Yo Ропт)


1


+ V) (1 + 1,25 v)


13


_    2__2 _ Зм (2 + Зу)

Уолт-V, i + y;    Т.-    (2    +    v)*    :

d+^o) Vi-7o от~ (i+v) (1 — 2 Yo Y* —Yo) V'-t '

* j/-^ [’+»+’»*i^J '

_2_ |/    2    + 5v + 5v*

rm«" Ь Г 3 (2 + 5 v + 3 va)


2.24. При гармоническом воздействии с нестабильной частотой и постоянной амплитудой силы Q0=l, если критерием качества является максимальная амплитуда ускорения главной массы при произвольном изменении частоты воздействия, оптимальные параметры гасителей рекомендуется определять по формулам:


для гасителей первого типа:


3 v


Рошг —(I + v) (2 + v) • • от — 14-

y__L. Л±±. ]/

«'шах— А    м    Г


. ,2 _ _!_ . о_ Jt л/

• /ОПТ — 14-V ’ к~ k V


V (1+V)    •


(И)


1+V


3 (1 + 1,25 v) •


для гасителей второго типа:


Yonr = Y*


'+У‘-< '


»_ 3v (2 + Зу)

V*    (2    4*    v)*    *


/опт


(14-4 У 1-^

1    24-м


м (1+V)


l/ 2 (1 + v)

V 3 (2+3v) *


(12)

;


2.25. При критерии качества, рассматриваемом в п. 2.24, если амплитуда силы пропорциональна квадрату частоты возбуждения* Q0 = 1-Х2, оптимальные параметры гасителей определяются по формулам:


Ропт =


(3-V2)


2 (1~2ч —ч2)    ’

2

k Уч (2 + ч)


/2 = 1-

/опт 1 »


/? =


(13)


^тах —


2 (1 — 2 у)


3 (2 + v) (1—2,375 v)


для гасителей второго типа:


Уопт — Y*


/2 = »опт


1 + У

1


; y!


» (3 + v) (1+v)    .

(1— 2v — 4») (2 + v) ’


j/l-Y2 ’    k    V'    (2    +    v)    ’

-+ + V


I —2v


(1+v) (3+v)


(14)


2.26.    В случае, если частота возбуждающей силы прй номинальном числе оборотов двигателя больше р и во время пуска и остановок возникает режим прохождения через резонанс, параметры гасителей рекомендуется подбирать как для гармонического воздействия с нестабильной частотой. В действительности оптимальные параметры для обоих указанных случаев несколько отличаются друг от друга, но разница в эффективности (например, если критерием качества является наибольшая амплитуда главной массы в процессе прохождения через резонанс) невелика.

2.27.    При работе паровоздушных, гидравлических простого действия и механических фрикционных молотов, а также копров и других механизмов на сооружение могут действовать периодические (с периодом Т) импульсы одного направления и одинаковые по величине, например s=l. Если период Т и соответственно частота со = 2п/Т нестабильны, а критерием качества является наибольшая (при различных Т) амплитуда перемещений главной массы, то для гасителей первого типа оптимальные параметры рекомендуется определять по формулам:


Рс


-V


3    v (4 + 5v + 2v®)

4    (l+v)« (2 + v)


2    1    +    0,43 v — 0,19    ~\f Yo    X

f опт =    (i -|_ v )*

X [v + (0,37 Ky^ + Yo) (3 V v^+ 4 Yo)l (1+v)*


(15)


Значение критерия качества R следует определять по табл. 1, для промежуточных значений v, Yo допускается использовать интерполяцию.


15


Таблица I

Величины наибольших амплитуд перемещений главной массы при различных значениях v и у0


Yo

Для s = 1

Для s = 1 -Я,

^опт

ОПТ

R k

^опт

'опт

Rk

[

0

0,188

0,962

9,62

0,19

0,974

9,57

0,025

0,05

0,188

0,957

7,13

0,19

0,98

7,1

1

0,1

0,188

0,95

5,74

0,19

0,99

5,71

(

0

0,259

0,927

6,99

0,264

0,95

6,92

0,05

0,05

0,259

0,92

5,66

0,264

0,958

5,6

1

0,1

0,259

0,911

4,81

0,264

0,97

4,76

{

0

0,309

0,893

5,84

0,318

0,927

5,74

0,075

0,05

0,309

0,886

4,92

0,318

0,937

4,85

1

0,1

0,309

0,876

4,3

0,318

0,951

4,23

{

0

0,348

0,862

5,15

0,36

0,905

5,04

0,1

0,05

0,348

0,853

4,45

0,36

0,917

4,36

1

0,1

0,348

0,843

3,95

0,36

0,932

3,88


2.28. При работе механизмов с зубчатыми передачами, машин ударного действия с кривошипно-шатунным приводом и др. на сооружение действуют периодические (с периодом Г, частотой <о = = 2л/7\ безразмерной частотой Я, = со/р) импульсы одного направления, величина которых пропорциональна частоте, например s=l X. Если критерием качества виброгашения является наибольшая амплитуда перемещений главной массы при нестабильной частоте со, то для гасителей первого типа оптимальные параметры рекомендуется определять по формулам:


Ропт — }


3v


Г =

I опт


(1+v) (2 + V)’

1 ~г То Ропт (0>2 Ч~ 0|Q \ Ропт) (1 — 2 \ v) X


И-*


Vo


X (1 + 1,5 м) (0.5 V + у* +Уо Ропт) 1 + ^ — Yo

(16)


Величина R определяется по табл. 1.

2.29. Если гасители используются для борьбы с колебаниями сооружений, подверженных действию одиночных импульсов, оптимальные параметры гасителей можно подбирать из условия скорейшего затухания переходного процесса. В системе с оптимальными гасителями обеим собственным частотам — р01 и р02 — будут соответствовать одинаковые значения декремента колебаний б и коэффициента неупругого сопротивления у = 8/я.


16

Ропт —

/2 =

/ опт


+


Yo


1+v V 1+v ^ (l,01+v)3 * ропт (1 ~ ») + 0.25 [ропт (1 + у) +Yol3-

Ропт (1+*)’---Го {Ропт 1Ропт (1+^)+Уо1 + 1 }

— Yo (1 — ч)

Y*^- [%+(! + '*) Ропт]-


(17)


(величины б для некоторых значений у0 и v приведены в табл, 2). Для гасителей второго типа:


_ Уо + 2 У »    .

Уопт-    1    ___    *

1 -— у Yo У*


Г

Iопт


_1_

1-и :


Yo + 2 у у/()Л + у + 1) 1-4” Yo У^НУ Г+^+ I)


(18)


2.30.    В тех случаях, когда динамические гасители применяются для борьбы с ветровым резонансом, рекомендуется назначать оптимальные параметры гасителя как для гармонического воздействия с нестабильной частотой и амплитудой силы, пропорциональной квадрату частоты возбуждения (см. пп. 2.23 и 2.25). Для определения истинных значений R и Ушах следует задать амплитуду обобщенной силы в соответствии с главой СНиП 11-6-74 «Нагрузки и воздействия».

2.31.    Гасители, предназначенные для борьбы с ветровым резонансом, одновременно могут эффективно гасить колебания, вызванные пульсациями ветрового напора. Эффективность их в этом случае можно оценить по формулам, приведенным в п. 2.37.

Поскольку в настоящее время нет точных данных об оптимальных параметрах гасителей и эффективности гашения колебаний, вызванных пульсациями ветра для различных фиксированных значений р, рекомендуется максимально повышать диссипативные свойства системы с гасителем; для системы с увеличившимся декрементом колебаний, согласно главе СНиП 11-6-74, можно принимать более низкие значения коэффициента динамичности.

Поскольку оптимальные параметры гасителей в рассматриваемом здесь случае получаются такими же, как и в случае, рассмотренном в п. 2.29, оптимальные параметры гасителей и значения декрементов колебаний для системы с гасителями рекомендуется определять по формулам (17) и (18).

2.32.    Для борьбы с галопированием сооружений, имеющих аэродинамически неустойчивую форму сечения (прямоугольник, ромб и т. а.), оптимальные параметры подбираются из условия максимального увеличения критической скорости потока, при которой возникают автоколебания.


17


<*»    Таблица2

Значение логарифмических декрементов колебаний системы с гасителем

Y0

^опт

'опт

6

^опт

t2

опт

б

^опт

t2

опт

б

?опт

f2

опт

б

v = 0,025

V = 0,05

v =0,075

V =0,1

0

0,305

0,952

0,497

0,416

0,907

0,685

0,491

0,865

0,83

0,548

0,827

0,95

0,025

0,328

0,948

0,57

0,438

0,902

0,761

0,512

0,86

0,905

0,567

0,82

1,018

0,05

0,352

0,945

0,648

0,458

0,898

0,834

0,532

0,854

0,985

0,585

0,814

1,09

0,075

0,374

0,941

0,72

0,48

0,892

0,908

0,551

0,848

1,05

0,603

0,808

1,16

0,1

0,394

0,937

0,79

0,5

0,888 ;

0,984

0,571

0,844

1,125

0,621

0,803

1,23

Для гасителей первого типа оптимальные параметры определяются по формулам:

Ропт = Г*2 ( j/T+"v — 1)/(1 + к) утр, ;    .    (19)

В результате установки гасителя с такими параметрами критическая скорость ветра увеличивается в 1 + V v/Yo раз.

Параметры, вычисленные по формулам (19), являются оптимальными и при скоростях потока выше критической, так как им соответствуют наименьшие амплитуды автоколебаний.

Подбор и определение эффективности оптимальных гасителей колебаний при ограниченном демпфировании

2.33.    В тех случаях, когда не удается реализовать на практике оптимальное демпфирование в гасителях и по конструктивным соображениям приходится назначать демпфирование меньше оптимального (особенно это относится к гасителям второго типа), рекомендуется определять оптимальную настройку гасителей при фиксированном (предельно допустимом) значении уг-

2.34.    При гармоническом воздействии с нестабильной частотой, если критерием качества является максимальная амплитуда перемещений главной массы, оптимальную настройку и эффективность виброгашения для фиксированных значений уг следует определять по графикам рис. 8—15.

Оптимальная настройка определяется из условия равенства максимальных амплитуд перемещений главной массы, соответствующих частотам p0i и р(д.

На рис. 8—15 показано, как в зависимости от настройки гасителей изменяются значения максимальных амплитуд колебаний Zmах главной массы, соответствующие первой (кривые /) и второй (кривые 2) собственным частотам системы с гасителем. Оптимальные значения /2 соответствуют точке пересечения кривых / и 2. Пунктирные линии на графиках соответствуют силе, амплитуда которой пропорциональна квадрату частоты Q0—1-Х2 (этими графиками можно пользоваться для подбора гасителей при ветровом резонансе), сплошные линии соответствуют силе с постоянной амплитудой Qo —1.

Графики построены для нескольких значений v и коэффициента неупругого сопротивления гасителя уг, для промежуточных значений у0, v, уг приближенные результаты можно получить по интерполяции.

2.35.    Если критерием качества виброгашения является величина, обратная наименьшему декременту колебаний системы с гасителем (аналогично пп. 2.29 и 2.31), то оптимальная настройка гасителя не зависит от величины ут. В системе с оптимально настроенным гасителем так же, как и в случае, рассмотренном в п. 2.29 обеим частотам poi и рог — соответствуют одинаковые значения декремента колебаний б и коэффициента неупругого сопротивления у.

19

УДК 699.83/.84

Рекомендованы к изданию секцией динамики сооружений Ученого совета ЦНИИСК им. Кучеренко.

Рекомендации по проектированию гасителей колебаний для защиты зданий и сооружений, подверженных горизонтальным динамическим воздействиям от технологического оборудования и ветра. М., Стройиздат, 1978 67 с [ордена Трудового Красного Знамени Центр, науч.-исслед. ин-т строит, конст-рзчсций им. В. А. Кучеренко (ЦНИИСК им. Кучеренко)].

Рекомендации содержат практические указания по проектированию динамических и ударных гасителей колебаний, устанавливаемых на отдельных конструкциях, зданиях и сооружениях для защиты их от динамических воздействий, возбуждаемых при работе технологического оборудования и действии ветра.

Предназначены для работников проектных и строительномонтажных организаций.

Табл 5, рис. 36.

Р -0213 429 Инструкт.-нормат., П вып. — 51— 77    ©    Стройиздат,    1978

(047)—78

ю

о



?тах *


ьо

Рис. 9. Влияние настройки на величину Z Vo —0,01


при V = 2%,


Гасители колебаний являются эффективным средством уменьшения колебаний строительных конструкций, зданий и сооружений при действии на них динамических нагрузок от машин или ветровой нагрузки.

Рекомендации по проектированию гасителей колебаний, предназначенные для проектных и строительно-монтажных организаций, должны способствовать более широкому применению гасителей колебаний в строительстве. Они содержат расчетные данные и примеры конструкций гасителей колебаний.

Рекомендации разработаны отделением динамики сооружений Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций им. В. А. Кучеренко (д-р техн. наук, проф. Б. Г. Коренев, кандидаты техн. наук В. И. Сысоев, М. Я. Волоцкий). При составлении рекомендаций использованы материалы, представленные Казанским инженерно-строительным институтом (д-р техн. наук, проф. Н. А. Пикулев), институтом Днепрпроектстальконструкция (канд. техн. наук М. Я. Волоцкий и инж. О. М. Фукс), Московским инженерно-строительным институтом им. В. В. Куйбышева и институтом Уралпромстройниипроект (инж. А. Н. Эрделевский). Общее редактирование рекомендаций выполнено д-ром техн. наук А. И. Цейтлиным и д-ром техн. наук, проф. Б. Г. Кореневым.

1* Зак. 664

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Гасители колебаний являются одним из наиболее эффективных методов борьбы с вибрациями сооружений, получивших в последние годы широкое применение в практике строительства. Настоящие Рекомендации обобщают накопленный опыт применения гасителей и основываются на теоретических и экспериментальных исследованиях, выполненных в ЦНИИСКе, Днепрпроектстальконструкции и других перечисленных в предисловии организациях.

1.2.    В Рекомендациях рассматриваются только ударные и динамические гасители колебаний. Применение управляемых гасителей колебаний, электродинамических гасителей и других устройств, связанных с использованием источников энергии, здесь не обсуждается.

1.3.    В данных Рекомендациях рассматривается применение гасителей колебаний для виброзащиты высоких и гибких зданий и инженерных сооружений (дымовых труб, телевизионных башен и др.) при горизонтальных колебаниях. Отдельные положения Рекомендаций могут быть использованы при расчете и проектировании некоторых других сооружений или их конструктивных элементов.

Область применения Рекомендаций охватывает главным образом следующие важнейшие типы сооружений:

здания с металлическим каркасом;

стальные дымовые трубы;

решетчатые и сплошные металлические башни;

железобетонные башенные сооружения с гибкой металлической верхней частью (например, железобетонные телевизионные башни с металлической верхней частью).

1.4.    Опыт применения гасителей колебаний показал, что они наиболее эффективны при гашении колебаний, которые носят резонансный характер и возникают в конструкциях, обладающих малым демпфированием.

Применение гасителей колебаний с целью снижения уровня колебаний железобетонных сооружений является, как правило, значительно менее эффективным, но в тех случаях, когда оно будет признано целесообразным, для расчета также можно пользоваться формулами, графиками и таблицами настоящих Рекомендаций. Эффективность применения гасителей колебаний особенно велика в сооружениях, верхняя часть которых имеет сравнительно большую гибкость.

1.5.    Наиболее часто гасители применяются для защиты от колебаний, вызванных действием машин и ветра. В Рекомендациях основное внимание уделено учету влияния периодических воздействий, более кратко рассматривается влияние непериодических сил и автоколебаний.

1.6.    Вопрос об использовании гасителей колебаний решается так же, как и все остальные вопросы проектирования виброзащитных устройств, с учетом технико-экономических соображений. При этом должно быть обращено внимание на стабильность параметров гасителя в процессе эксплуатации и на сведение к минимуму затрат на наблюдение и уход за гасителями колебаний.

1.7.    Применение тех или иных гасителей колебаний и назначение их параметров должно быть обосновано расчетом, проведенным на

4

основании настоящих Рекомендаций с учетом действующих руководств по учету динамических воздействий.

1.8. В разд. 2 рассматриваются линейные динамические гасители колебаний, в разд. 3 — ударные гасители колебаний. В большинстве случаев необходимый эффект виброгашения может быть до-стигнут применением гасителей одного из названных типов. Вопрос в том, каким из типов гасителей следует воспользоваться в конкретном случае, решается на основе технико-экономических соображений.

2. ДИНАМИЧЕСКИЕ ГАСИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ

Вводная часть

2.1.    Динамическим гасителем колебаний называется устройство, состоящее из сравнительно жесткого элемента, называемого далее массой, присоединенного с помощью упругой связи (или связи, соединенной параллельно с демпфирующим элементом) к защищаемой конструкции. Параметры гасителя — масса, квазиупругий коэффициент и коэффициент демпфирования — определяются в результате расчета или назначаются по конструктивным соображениям. Если парциальная частота гасителя близка к частоте вынужденных колебаний конструкции, то масса гасителя совершает колебания, амплитуда которых, как правило, значительно превышает амплитуду колебаний конструкции. Возникающие при этом упругие и диссипативные силы в элементах гасителя, воздействуя на защищаемую конструкцию, уменьшают ее колебания.

2.2.    Динамические гасители колебаний в зависимости от конструктивной схемы делятся на три группы: гасители с гибким элементом (пружинные), маятниковые и комбинированные гасители.

Принципиальная схема гасителя, состоящего из «массы», квази-упругого элемента и демпфирующего устройства во всех указанных трех случаях одинакова. «Масса» представляет, как правило, призматический или цилиндрический стальной или чугунный груз. В отдельных случаях возможно применение железобетонных грузов.

Пружинный гаситель содержит упругий элемент в виде стальной пружины, системы стальных пружин или специальных резин.

2.3.    Для гашения горизонтальных колебаний дымовых труб и башенных сооружений рекомендуется использовать успешно применяемые на практике гасители маятникового типа, принципиальная схема такого гасителя изображена на рис. 1. Маятниковые гасители следует применять в основном при гашении низкочастотных колебаний с частотой 1—3 Гц.

Для виброгашения зданий часто оказывается целесообразным использование схемы гасителя колебаний, разработанного в Уральском Промстройниипроекте (рис. 2); такие гасители позволяют одновпе-менно гасить как горизонтальные, так и вертикальные колебания.

2.4.    Если гаситель находится в закрытом и отапливаемом помещении, то в качестве демпфирующих элементов могут быть использованы вязкие демпферы, описанные в «Руководстве по проектированию виброизоляцни машин и оборудования».

5

Для гасителей, находящихся в условиях, которые исключают возможность частых осмотров, а также размещенных на открытых площадках или в неотапливаемых помещениях, рекомендуется при-

2 Зак. 664

Рис. 1. Схема маятникового гасителя

Рис. 2. Схема гасителя кон- Рис. 3. Маятниковый струкции Уралпромнии- гаситель с повышеи-проекта    ным    демпфирован»

ем в верхней части каната

и




Рис. 4. Маятниковый гаситель с    Рис. 5. Схема гасителя с демпфе

повышенным демпфированием в    ром вязкого трения

верхней и нижней частях каната

менение демпфирующих устройств, основанных на использовании сухого трения (для пружинных гасителей) или внутреннего трения для маятниковых гасителей колебаний.

Неоднократно применявшаяся для виброгашения металлических башен конструкция1 маятникового гасителя колебаний, использующего внутреннее трение в элементе, показана на рис. 3. Трение создается за счет деформирования верхней части троса (рис. 3). Для повышения уровня демпфирования рекомендуется конструкция, в которой используется изгиб нижней части троса (рис. 4).

2.5.    В тех случаях, когда по конструктивным соображениям вместо одиночного применяется группа одинаковых гасителей, необходимо обращать внимание на то, чтобы все гасители, входящие в одну группу, имели одинаковую частоту.

2.6.    По характеру зависимости реакции гасителя от амплитуд колебаний следует различать линейные и нелинейные динамические гасители. В настоящих Рекомендациях рассматриваются в основном линейные гасители, которые применяются значительно чаще.

Принципиальная схема линейного гасителя изображена на рис. 5.

1 Конструкция предложена Б. Г. Кореневым и А. Н. Блехер-маном.

6

Диссипативные свойства гасителя, как уже отмечалось, могут быть обусловлены не только наличием демпфера вязкого трения, как показано на рис. 5, но и большим внутренним неупругим сопротивлением пружины или иной связи.

2.7.    Гасители могут использоваться для различных целей, например для уменьшения амплитуд колебаний или ускорений перекрытий в связи с необходимостью удовлетворения требованиям санитарных норм, для уменьшения амплитуд внутренних усилий в конструкциях исходя из требований прочности и повышения надежности.

2.8.    В зависимости от цели применения гасителей и от характера внешнего воздействия устанавливается критерий качества виброгашения, по степени уменьшения которого можно судить об эффективности гасителей. Эффективность гашения колебаний следует определять для гасителей с оптимальными параметрами.

Массу гасителей обычно не оптимизируют — увеличение массы всегда приводит к увеличению эффективности виброгашения. Хотя выбор массы гасителей (как и решение вопроса о целесообразности использования тех или иных гасителей) производится на основе технико-экономического анализа, опыт виброгашения строительных конструкций показал, что применять гасители целесообразно лишь в тех случаях, когда необходимый эффект достигается при общей относительной массе гасителей v, не превышающей 5%.

п

ю2 (*)    +    2    (*/);

t~\



k = Mp*,


О)


2.9.    В пп. 2.16—2.37 рассматриваются наиболее часто встречающиеся случаи, когда моделью защищаемого сооружения может служить система с одной степенью свободы. Такой моделью можно пользоваться, если при изменении собственных частот сооружения в 1,5—2 раза резонансные явления возможны лишь для одной собственной частоты сооружения, а при ветровом резонансе — когда лишь одна критическая скорость ветра меньше 25 м/с. Чтобы воспользоваться Рекомендациями пп. 2.16—2.37, следует предварительно определить собственную частоту р, для которой возможны резонансные явления, соответствующую ей форму колебаний о>(х) и вычислить приведенную массу М и обобщенную жесткость k:

где m(x)—погонная масса сооружения; форма колебаний w(x) нормирована так, что ордината в точке подвеса гасителя равна 1; Mi — сосредоточенная в точке Xi масса; h — общая высота сооружения; п — общее количество сосредоточенных масс.

7

2.10. В тех случаях, когда эффективность виброгашения оценивается по результатам, полученным для защищаемой системы с одной степенью свободы, необходимо учитывать следующее. Если коэффициент внутреннего неупругого сопротивления Yo сооружения, например металлической башни, мал, то перемещения и усилия, соответствующие резонирующей форме колебаний, настолько увеличиваются, что влиянием остальных форм колебаний можно пренебречь. Оценки эффективности виброгашения, приведенные в пп. 2.16—2.37, оказываются в этих случаях достаточно точными. Если значение Yo велико или имеет место нерезонансный случай, то при оценке эффективности следует учесть влияние других форм колебаний, особенно если критерием качества виброгашения служит

2* Зак. 664

изгибающий момент или другое внутреннее усилие. В наиболее часто встречающихся случаях, когда резонансные явления возможны для первой собственной частоты сооружения, следует сначала вычислить усилия или перемещения, полагая, что внешняя нагрузка действует как статическая, а затем добавить усилия или перемещения, соответствующие учету вклада резонирующей формы колебаний, с коэффициентом г:

г = (Z0 — l/k) Q0;    (2)

h    s

Qo = ] Q (*) u> (x) dx + 2 pw (*<).

0    1=1

где Q0 — обобщенная сила; q(x)—интенсивность внешней нагрузки; Pi — амплитуда сосредоточенной в точке Xi внешней силы; к — обобщенная жесткость; Z0 — амплитуда колебаний главной массы от единичной обобщенной силы, определяемая по формулам пп. 2.16—2.37.

2.11.    В случаях когда возможность использования результатов, полученных для модели с одной степенью свободы, вызывает сомнение, следует подобрать оптимальные параметры гасителей по формулам, приведенным в пп. 2.16—2.37, а затем определить эффективность виброгашения по программе, описанной в прил. 1.

Если сооружение обладает густым спектром собственных частот и резонансные явления наблюдаются для двух и более собственных частот, особенно при установке гасителей в различных уровнях, следует подбирать параметры гасителей, пользуясь программой, помещенной в прил. 1. Некоторые рекомендации для таких случаев даны в п. 2.38.

2.12.    Классификация расчетных случаев и назначение критерия качества виброгашения зависят от характера внешнего воздействия. Необходимо различать следующие воздействия.

Гармоническое воздействие с мало (до ±5%) изменяющейся частотой. Источником такого воздействия может быть, например, синхронный электродвигатель. Для борьбы с возникающими при этом вибрациями могут быть использованы гасители без дополнительных демпфирующих элементов. Диссипативные свойства таких гасителей обычно не учитываются. Рекомендации по подбору параметров гасителей без демпфирования даны в пп. 2:16—2.19.

Гармоническое воздействие с нестабильной частотой. Источником такого воздействия могут быть, например, асинхронные электродвигатели и другие двигатели с изменяющимся числом оборотов. Применение гасителей без демпфирования в подобных случаях не дает эффекта.

Присоединяя такие гасители, можно несколько изменить собственные частоты, обычно вместо резонансной собственной частоты р возникают две близкие (отличающиеся менее, чем на 15—20%) собственные частоты системы с гасителем рои Ро2> причем poi <Р <Рог* Такой раздвижки оказывается недостаточно, чтобы собственные частоты оказались вне пределов диапазона изменения частоты воздействия, поэтому резонанс возникает, но лишь на других частотах. В подобных случаях следует использовать гасители с повышенными диссипативными свойствами либо применять систему виброзащиты в

8

виде большого числа по-разному настроенных гасителей. В настоящем выпуске даны в основном рекомендации по подбору гасителей с демпфированием.

Периодические импульсные воздействия и нагрузки при прохождении через резонанс по своему характеру близки к гармоническому воздействию с нестабильной частотой. В этих случаях необходимо применять гасители с демпфированием.

Воздействие ветра может возбудить автоколебания типа «ветровой резонанс» или «галопирование», а также вызвать стационарные случайные колебания от пульсаций ветрового напора. Во всех этих случаях должны использоваться гасители с повышенными диссипативными свойствами, так как пульсации ветра представляют собой воздействие с широким спектром частот, а в режиме автоколебаний диапазон резонансно-опасных частот не ограничен, по крайней мере, снизу (если при некоторой критической скорости ветра, соответствующей р, возбуждаются автоколебания, то при меньшей критической скорости ветра, соответствующей р0и тоже будут возбуждаться автоколебания).

2.13.    Необходимо учитывать, что гасители с демпфированием, оптимизированные из условия снижения уровня вибраций при каком-либо воздействии, будут эффективно гасить колебания и при других воздействиях. Однако, если определенный тип воздействия преобладает (вносит наибольший вклад в нежелательный для конструкции эффект), следует выбирать соответствующие этому воздействию оптимальные параметры, при которых гаситель наиболее эффективен.

2.14.    Если габариты сооружения позволяют установить большое число (не менее 6—10) гасителей в одном уровне, то вместо одного или нескольких одинаково настроенных гасителей с повышенным демпфированием можно использовать большую группу по-разному настроенных гасителей со слабыми диссипативными свойствами4.

При проектировании такой виброзащитной системы рекомендуется обеспечить расстройку парциальных частот гасителей не более чем на 3% с равномерным заполнением всего диапазона изменения частот воздействия. Амплитуды перемещений масс таких гасителей значительно превышают амплитуды колебаний обычных гасителей с демпфированием; это следует учитывать при определении габаритов помещений, предназначенных для размещения гасителей, и расчете связи гасителя на прочность. При проектировании такой системы виброзащиты обязательно следует учитывать возможность непреднамеренных расстроек гасителей.

Расчет групповых гасителей рекомендуется выполнять по программе, приведенной в прил. 1.

2.15.    При проектировании гасителей следует учитывать, что в процессе эксплуатации сооружения возможно изменение массы и других характеристик, влияющих на собственные частоты сооружения, в частности, при нестабильной частоте гармонического воздействия гаситель без демпфирования может оказаться неэффективным, если масса конструкции будет существенно изменяться.

1 Такая система виброзащиты, по предложению Н. А. Пикулева, впервые была использована для борьбы с колебаниями здания Казанского университета.