Определение характерных особенностей работы перфорированного резинометаллического виброизолятора с использованием программных комплексов, реализующих метод конечного элемента

Описываются особенности статического и динамического поведения резинометаллических виброизоляторов, планируемых к использованию для виброизоляции зданий в современном строительном комплексе. Приводятся результаты конечно-элементного моделирования виброизоляторов с целью определения статических и динамических характеристик. Рассмотрены как однослойные виброизоляторы, так и виброизоляторы, включающие в себя три резиновых слоя. Как показали результаты расчетов, наличие перфораций существенным образом сказывается на несущей способности виброизоляторов, значительно уменьшая её, однако, эффективность работы таких виброизоляторов также повышается по сравнению с полностью монолитными виброизоляторами без отверстий. Это объясняется целым рядом причин, одна из которых ‒ это практическая несжимаемость резиновых слоев. Фактически, резиновые тела могут подвергаться сжатию только за счет деформирования боковой поверхности, таким образом, развивая боковую поверхность резиновых слоев можно добиться приемлемой жесткости виброизолятора как конструктивного элемента, что позволит снизить жесткость системы виброизоляции. Существенно важным является и пространственное расположение отверстий, так размещение отверстий вблизи от боковой поверхности резинового слоя дает существенно меньший эффект, по сравнению с размещение отверстий в центре. В процессе расчета выяснилось, что в сжатых резиновых слоях наблюдается эффект образования ярковыраженных зон всестороннего сжатия. Наличие центральных отверстий приводит к разрушению таких зон в большинстве образцов, что позволяет в большей степени понизить первую собственную частоту виброизолируемой системы, тем самым, способствую повышению эффективности виброзащитных мероприятий. Выбор конфигурации отверстий представляет собой оптимизационную задачу, где, с одной стороны, необходимо обеспечить приемлемую с точки зрения практики виброизоляции несущую способность виброизоляторов при заданных размерах виброизолятора в плане, а, с другой стороны, максимально снизить жесткость системы, увеличивая, таким образом, эффективность виброзащитных мероприятий.

1. Дашевский М.А., Ковальчук О.А., Мондрус В.Л. Влияние поездного состава метрополитена на поведение крупнопанельных зданий повышенной этажности // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений (ССБС). 2004. № 3. C. 40-43.

2. Дашевский М.А., Моторин В.В., Акимова И.В. Формирование напряжённого состояния виброизолируемого здания в процессе монтажа резинометаллических виброизоляторов // Москва. Вестник МГСУ. 2015. № 12. С. 25-33. 3. Liu W.N., M.Ma, Metro Train Induced Environmental Vibrations: Prediction, Evaluation and Control // Science Press, Beijing, China. 2013. Pp. 615-626. doi:10.1007/978-981-15-2349-6_38

3. Fang L., Yao J., Xia H. Prediction on soil-ground vibration induced by high-speed moving train based on artificial neural network model // Advances in Mechanical Engineering. 2019. Vol. 11. No. 5. doi:10.1177/1687814019847290/journals.sagepub.com/home/ade

4. Tao Sheng, Gan-bin Liu, XuechengBian, Wei-xing Shi, Yue Chen, Development of a three-directional vibration isolator for buildings subject to metro- and earthquake-induced vibrations // Engineering Structures. 2022. Vol. 252. 113576, ISSN 0141-0296

5. Yang, Jianjin , Shengyang Zhu, Wanming Zhai, Georges Kouroussis, Yue Wang, Kaiyun Wang, Kai Lan, Fangzheng Xu, Prediction and mitigation of train-induced vibrations of large-scale building constructed on subway tunnel // Science of The Total Environment. 2021. Vol. 668. Pp. 485-499.

6. Sheng X., Jones C.J.C., Thompson D.J. Prediction of ground vibration from trains using the wavenumber finite and boundary element methods // Journal of Sound and Vibration. 2006. Vol. 293. No. 3-5. Pp. 575–586.

7. Мондрус В.Л., Хуэн Л.Т.Т., Сизов Д.К. Распределение амплитуд виброускорений в многоэтажном административном здании от источников техногенного происхождения // Вестник МГСУ. 2010. № 1. С. 113-116.

8. Волков А.В., Калашникова Н.К., Курнавин С.А., Веретина И.А. Виброзащита зданий, расположенных вблизи линий метрополитена. [Электронный ресурс]. http://www.mukhin.ru/stroysovet/funds/35.html (дата обращения: 24.07.2023).

9. Дашевский М.А., Моторин В.В., Мамажанов М.А. Виброзащита крупнопанельных зданий // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2004. № 10 .[Электронный ресурс]. https://cyberleninka.ru/article/n/kontseptsiya-vibrozaschity-zdaniy-i-sooruzheniy-v-pole-stroitelnyh-normativov-rf/viewer (дата обращения: 24.07.2023).

10. Trifunac M.D., Ivanovic S.S., Todorovska M.I. Wave propagation in a seven-story reinforsed concreate building: III Damage detection via changes in wavenumbers // Soil Dynamics and Earthquake Engeneering. 2003. Vol. 23. Iss. 1. Pp. 65-75.

11. Mickaitis M., Stauskis V.J. Vibration transmission through joints of walls and columns in frame buildings // Journal of civil engineering and management. 2005. Vol. XI. No. 3. Pp. 185-191.

12. Алявдин П.В., Музычкин Ю.А. Вибрация конструкций каркасного здания, вызванная движением поездов метрополитена // Вестник Белорусского национального технического университета: научно-технический журнал. 2011. № 2. С. 5-9.

13. Дашевский М.А., Мондрус В.В., Моторин В.В., Сизов Д.К. Виброзащита зданий Москва: Из-во ООО «Сам Полиграфист», 2021. 252 с.

14. Мондрус В.Л., Сизов Д.К., Хуэн Л.Т.Т. Снижение уровня сейсмического воздействия при движении грунта основания с использованием сейсмоизоляторов // Строительные материалы, оборудование, технологии XIX века. 2011. № 1(144). С. 48-49. 16. Балакин П.Д., Красотина Л.В., Кривцов А.В. Моделирование работы резинометаллического виброизолятора // Омск: Омский научный вестник. 2016. № 3 (147). С. 5-9. 17. Федорова А.С. Расчет систем виброизоляции в том числе с нелинейными характеристиками // Дни студенческой науки Сборник докладов научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов института строительства и архитектуры НИУ МГСУ (13-17 марта 2017). 2017. С. 871-874. ISBN 978-5-7264-1604-5.

15. Zhixing Li, Jingjun Lou, Shijian Zhu and Simi Tang, Simulation on performance of rubber isolator based on ANSYS, 2011 // Second International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, Inner Mongolia, China, 2011. Pp. 1608-1611. doi:10.1109/MACE.2011.5987260

16. Дашевский М.А. Инженерный метод нелинейного расчета резинометаллических виброизоляторов для зданий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2006. № 6. С. 37-41.

17. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/Nastran for Windows. Москва: ДМК Пресс, 2003. 448 с.

18. Басов К.А. ANSYS Справочник пользователя. Москва: ДМК Пресс, 2014. 640 с.

19. Басов К.А. ANSYS В примерах и задачах. Москва: КомпьютерПресс, 2002. 224 с.