Проблема снижения рисков землетрясений для зданий и сооружений продолжает оставаться актуальной. В последние десятилетия традиционный сейсмический подход к проектированию уступил место тренду пассивного рассеивания энергии. Такие системы признаны эффективными и недорогими, энергия в них подается на специальные устройства – сейсмические амортизаторы.
К их числу относится вязкоупругий демпфер, контролирующий вибрацию конструкции за счет деформации сдвига и соответствующего рассеивания энергии вязкоупругого материала. Во время Великого восточно-японского землетрясения 2011 года записи отклика показали, что колебания зданий с амортизаторами, зависящими от скорости, затухали намного раньше, чем с теми, что зависели от деформации – это способствовало сокращению количества значительных циклических деформаций компонентов здания.
Другой тип сейсмических амортизаторов представлен гистерезисными демпферами, увеличивающими поперечную жесткость конструкции и способными рассеивать большое количество энергии за счет пластической деформации металлов. Одна из перспективных разработок осуществлена учеными Мадридского политехнического университета – они предложили новый сейсмический демпфер скобового типа, предназначенный для сейсмозащиты конструкций. Основанный на сборке «труба в трубе», он состоит из двух полых конструктивных секций. Наружная имеет ряд полос, образованных путем устройства прорезей в стенке, и приваривается к внутренней полой секции таким образом, чтобы при раскосе демпфера, подвергаясь принудительному смещению в направлении своей оси, полосы рассеивали энергию за счет деформации при изгибе/сдвиге.
Можно ли одновременно использовать преимущества как гистерезисного, так и вязкоупругого демпферов, и сконструировать новый тип сейсмического амортизатора? Эта идея возникла у испанских разработчиков – в качестве решения было предложено помещать в созданный ими гистерезисный демпфер специальный вязкоупругий материал, который будет первым воспринимать сейсмические нагрузки и обеспечит дополнительные потери энергии колебаний.
Требуемый материал создал российский ученый Юрий Юркин, зав. кафедрой строительных конструкций и машин Вятского государственного университета. Новый материал соединил в себе такие взаимоисключающие свойства, как жесткость, эластичность, высокий тангенс угла механических потерь. Подобные разработки осуществляют японские ученые, активно занимающиеся этой темой. Основное преимущество материала, созданного ученым из Кирова, заключается в способности к саморасширению – это делает разработку уникальной, не имеющей аналогов в мире.
- Тонкая полоска материала помещается в полость между трубами демпфера путем нанесения на внутреннюю поверхность – при нагревании материал расширяется, соединяя трубы намертво. В результате на маленьких деформациях работает вязкоупругий материал, на больших - металлическая конструкция. Так воплощена идея создания вязкоупругого гистерезисного демпфера, -
рассказал Юрий Викторович.
Юрий Юркин только что вернулся из Испании, где состоялась вторая сессия испытаний нового демпфера, созданного международной командой. Для проведения тестирования была сооружена конструкция из железобетонных колонн, на которые опирается монолитное балочное железобетонное перекрытие. Модель включает диагональные элементы - вертикальные связи со встроенным демпфером - и располагается на вибростоле, имитирующем землетрясение.
Профессор Амадео Бенавент-Климент высоко оценил вклад российского ученого, отметив:
- Разработанный в Вятском государственном университете материал идеально соответствует исходному запросу. В ходе проведения тестирования Юрий Юркин детально ознакомил нас с процессом установки амортизаторов в конструкции и возможностью проверки эффективности нового вязкоупругого материала. В сотрудничестве с кировским ученым мы добились требуемого результата.
29 июня тест был успешно завершен: конструкция выдержала землетрясение.
Фото заголовка: образец нового вязкоупругого материала, соединяющего поверхности
Фото, иллюстрации: схемы установки сейсмического демпфера, сборка «труба в трубе» (Амадео Бенавент-Климент), работа над новым вязкоупругим материалом в лаборатории ВятГУ (3 фото), центр управления установкой в Университете Гранады, вибростол с установленной на нем моделью здания в масштабе 1:5, модель на вибростоле, вязкоупругий гистерезисный демпфер, Юрий Юркин и Амадео Бенавент-Климент во время проведения испытаний в июне 2021 г.
Видео: процесс встряхивания (имитация землетрясения)
#ВятГУ #МыФормируемБудущее #наукаВятГУ
