SK2012000A3 - Earthquake protection consisting of vibration-isolated mounting of buildings and objects using virtual pendulums with long cycles - Google Patents

Description

1.1 Všeobecné využitie

Predkladaný vynález sa týka metódy a na nej založeného zariadenia, ktoré zabezpečuje 10 seizmickú ochranu budov a objektov všetkých typov proti poškodeniu počas seizmickej udalosti.

Úložné zariadenia podľa vynálezu, nové moduly na seizmickú ochranu, sú relatívne jednoducho preveditelné nosné konštrukcie, pričom každé zariadenie podopiera jeden úložný bod objektu alebo konštrukcie, napríklad na mieste nosného stĺpa.

Tieto antiseizmické moduly (QuakeProtect Modules), ktoré sú založené na princípe 15 .virtuálneho kyvadla* (fiktívneho kyvadla), môžu byt navrhnuté na rôznorodé aplikácie od uloženia ľahkých až najťažších objektov.

Tieto antiseizmické moduly sú založené na novom prístupe vytvorenia .virtuálnej konzoly* a sú mimoriadne výhodné na riešenie seizmickým účinkom odolného uloženia a podoprenia objektov a konštrukcií všetkých typov ako sú: prenosné obytné domy, obytné domy, nákupné 20 strediská, parkoviská, nemocnice, mrakodrapy, veže, mosty, estakády, vodojemy, sila, ranové dráhy a ich stožiare, stožiare vysokého napätia, osvetľovacie zariadenia, priemyselné a chemické komponenty atómových zariadení, potrubné mosty, potrubné vedenia a ďalších objektov za účelom ich ochrany proti horizontálnym seizmickým pretvoreniam a zrýchleniam a toho vyplývajúcim ničivým silám a deštrukčným účinkom.

Seizmická ochrana má mimoriadny význam najmä pri ochrane dôležitých a vitálnych zariadení ako sú atómové a chemické zariadenia s nebezpečnými látkami, ktorých zničenie alebo poškodenie môže mať katastrofálne následky.

-1/48

-2Systém je taktiež mimoriadne vhodný na ochranu mostov. Odstránia sa všetky problémy, čo doteraz známe systémy neumožňovali.

Systém je taktiež využiteľný v priemyselných zariadeniach, ktoré sú mimoriadne citlivé na presnosť výroby, ako je napríklad výroba mikročipov.

Ochrana odolne uložených objektov sa zvýši do takej miery, že izolovaný objekt alebo zariadenie zotrvá v pokoji, dokonca aj počas seizmickej udalosti s najväčšou magnŕtúdou (uvolnenou energiou) bez poškodenia..

Takáto účinná ochrana má taktiež mimoriadny význam pre nemocnice, ktoré nemôžu byť dostatočne rýchlo evakuované počas seizmickej udalosti. Môžu nerušene fungovať počas seizmickej udalosti a môžu zabezpečiť ošetrenie obetí. Dokonca operácie nebudú obmedzené počas zemetrasenia a jeho následných dozvukov.

Aplikácia predkladaného vynálezu redukuje do značnej miery tečenie/ plastifikáciu (Liquefaction), ktorá môže nastať v niektorých základových pôdach počas seizmickej udalosti. Redukuje totiž reaktívny účinok hmotnosti objektu na podložie počas jeho kmitania na mimoriadne nízke hodnoty.

Taktiež je redukovateľný aj účinok blízkej explózie na objekt, v prípade ak je uložený v súlade s princípom predkladaného vynálezu.

Zavesené objekty ako interiérové osvetľovacie telesá, ktoré môžu spôsobiť požiar alebo spadnúť zo stropu, môžu byť taktiež zabezpečené proti poškodeniu zavesením na .virtuálne kyvadlo*.

Objekty na pylónoch a stožiaroch, ktoré sa tiež môžu poškodiť počas zemetrasenia je možné taktiež zabezpečiť návrhom podľa tohto vynálezu.

Tlmenie kmitania veží, vysokých stožiarov a priemyselných komínov pomocou aktívne alebo pasívne sa pohybujúcich hmôt môže byť výhodne realizované pomocou .virtuálneho kyvadla*.

Antiseizmický modul (Erdbebenschutz-Modul/QuakeProtect Modul) založený na princípe .virtuálneho kyvadla*, je uloženie objektu izolujúci systém, kompaktný, pasívne pôsobiaci, je to zaťaženie prenášajúce zariadenie, ktoré sa zvyčajne inštaluje v základovej konštrukcii alebo na prízemí objektu. Systém zabraňuje prenosu vibrácií a nárazov podložia na zabezpečený objekt počas zemetrasenia. Antiseizmický modul .oddelí* budovu od všetkých pohybov podložia.

Systém má navyše nasledujúce charakteristiky: Je samocentrujúci a nedovoľuje horizontálne deformácie spôsobené .menšími* silami od vetra, búrky. Pri vysokých budovách vertikálna tuhosť zariadenia neumožní žiadne relatívne vertikálne pretvorenie medzi budovou a základom. V budovách s určitým pomerom výšky a šírky je možné pódia voľby navrhnúť a osadiť ďalší komponent, za

-2/48

-360 účelom absorbovania aj vertikálnych kmitaní. Systém môže byť navrhnutý na ľubovolne veľkú horizontálnu výchylku. Antiseizmický modul je možné navrhnúť tak, aby si nevyžadoval údržbu.

Napriek malej konštrukčnej výške takýto antisezmický modul umožňuje veľké všesmemé deformácie zabezpečeného objektu a má pritom dlhú vlastnú periódu . Maximálne zrýchlenia prenášajúce sa na zabezpečený objekt sú redukované na hodnoty menšie ako 0,01 g. Toto je 65 matematicky dokázané a systém je podľa toho zkonštruovateľný. Modelové testy na dynamickom stole už potvrdili tieto očakávania.

Počas extrémne silných seizmických udalostí, ktoré sa občas udejú v určitých oblastiach, je ochrana poskytnutá v súčasnosti známymi systémami navrhnutými v súlade s platnými predpismi nedostatočná. Škody môžu byť značné.

Oproti tomu, v prípade použitia antiseizmického modulu založenom na princípe virtuálneho kyvadla podľa tohto vynálezu, magnitúda zemetrasenia, deformácie a frekvencia podložia neovplyvnia chovanie sa systému a efektívny pokoj zabezpečeného objektu je garantovaný antiseizmickým modulom s dlhou periódou kmitania.

1.2 Inštalácia v existujúcich budovách

Inštalácia antiseizmického modulu je taktiež možná v existujúcich budovách.

Pri existujúcich skeletových konštrukciách je inštalácia možná a v mnohých prípadoch aj relatívne jednoducho realizovateľná.

Pri starých materiáloch tehlových stavieb je inštalácia v podstate taktiež možná. V prípade použitia konvenčných prostriedkov je takéto opatrenie relativne veľmi pracné.

S touto novou , vo vývoji sa nachádzajúcou metódou a z nej vyvinutými novými strojmi a technickými zariadeniami bude možné inštalovať antiseizmické moduly vo vysoko mechanizovanom pracovnom procese. Bude možné zabezpečiť touto novou antiseizmickou technológiou bežné objekty ako aj antické historické objekty v spoločensky akceptovateľných nákladoch. Tento vynález je aplikovateľný na objektoch postavených na normálnych základových 85 pôdach ako aj na skalnom podloží.

Pozadie problému

Posun kontinentálnych platní je fenoménom geofyziky, ktorý spôsobuje neustále sa opakujúce zemetrasenia.

-3/48

2.1 Zemetrasenia - celosvetový problém

Nakoľko zemetrasenia si často vyžiadajú množstvo obetí na ľudských životoch a spôsobujú značné ekonomické škody, je vylepšenie seizmickej ochrany veľmi spoločensky želateľné a prospešné. Bolo by možne dosiahnuť riešenie redukujúce tento seriózny problém. Len v 20. storočí zahynulo približne 1,6 milióna ľudí počas a na následky zemetrasení. Na svete je viac ako 40 krajín neustále ohrozovaných zemetraseniami.

Predkladaný vynález by mal odstrániť strach s tohto nebezpečia prostriedkami aplikovanej mechaniky ako súčasti fyziky. Čiže aplikovaná fyzika eliminuje hrozbu geofyziky.

Súčasný stav poznania problematiky

3.1 Stavebné predpisy týkajúce sa seizmickej bezpečnosti

Stavebné predpisy a normy v seizmických oblastiach sú väčšinou založené a vzťahujú sa na .referenčné* návrhové zemetrasenie, ktorého magnitúda ma štatistickú pravdepodobnosť výskytu vyjadrovanú v rokoch, čiže periódu návratu. Toto referenčné zemetrasenie zároveň určuje potrebnú tuhosť konštrukčného systému.

Pri návrhu sú brané do úvahy účinok zväčšujúce koeficienty, čo umožňuje v určitých oblastiach uvažovať konštrukciu ako pružnú. Z čoho vyplýva, že pri pružnej deformácii konštrukcie, sily, ktoré majú byť prenesené konštrukciou môžu byť lokálne redukované nakoľko časť hmotnosti konštrukcie nad týmito pružnými oblasťami zaostáva (práve ako dôsledok pružného pôsobenia konštrukcie) za primárnym impulzom a tým sa redukujú špičkové hodnoty zrýchlenia.

Pri zemetrasní, ktorého intenzita presiahne referenčné zemetrasenie a tým sú aj prekročené v norme zakotvené zaťažovacie hodnoty, sú budovy poškodené alebo zničené a ľudia zranení alebo usmrtení, čo sa jasne potvrdilo pri nedávnych zemetraseniach.

Z toho vyplýva, že interpretácia týchto výpočtových a dimenzačných metód na návrh seizmicky odolných budov nie je dostatočná a nezabezpečí dostatočnú ochranu objektov a ľudských životov. Tento fakt sa jednoznačne potvrdil počas nedávnych seizmických udalostí.

Seizmické normy používajú/definujú tzv. referenčné zemetrasenie, pre ktoré sa na základe štatistických metód musí preukázať bezpečnosť z neho vyplývajúceho zaťaženia objektov.

Tieto predpoklady vzhľadom na chovanie sa objektu a konštrukčné parametre majú vysoký stupeň nejasnosti.

-4/48

-5Zrýchlenia určené/definované týmito referenčnými zemetraseniami sú pri skutočných zemetraseniach často prekročené, niekedy dosť významne.

120 Zabezpečenie na takéto extrémne prípady je technicky nemožné. Pri extrémnych otrasoch pôdy zlyhajú všetky tradične navrhnuté konštrukcie.

Doterajší názor vedeckej verejnosti, že deštruktívna odozva seizmických pohybov a z nich rezultujúcich síl je možné eliminovať zvýšením tuhosti konštrukcie alebo aplikáciou pružných a tlmiacich elementov sa ukázal ako nereálny.

*

125 Taktiež predstava, že trením respektíve tlmením sa redukuje škodlivý účinok seizmických pohybov, sa ukázala beznádejná.

Výpočtové metódy v seizmických normách sú založené na silne zjednodušenej predstave zaťažovacích modelov. Tieto zjednodušené prístupy dávajú nedostatočne presné výsledky. Taktiež je obtiažne dokonca nemožné určiť ktorý konštrukčný prvok zlyhá ako prvý a tým spôsobí zrútenie 130 celej konštrukcie. Tieto výpočtové metódy na určenie seizmickej bezpečnosti budov dokážu zabezpečiť dostatočne bezpečný návrh len v prípade, že zemetrasenia v oblasti sa relatívne pravidelne opakujú a majú nízku alebo strednú intenzitu.

Záver je nasledovný: tieto metódy sú nedostatočné na návrh a postavenie skutočne seizmicky odolných budov.

135 Katastrofálne deštrukčné dôsledky zemetrasení po celom svete, aj v nedávnej minulosti, enormné materiálne škody, tisícky ľudských životov, jasne poukazujú na fakt, že je nevyhnutné «. dosiahnuť vylepšenie seizmickej ochrany.

3.2 Zhodnotenie konvenčných metód seizmickej bezpečnosti

140

Ťažisko budovy je zvyčajne nad jeho základom. To znamená, že pohyb základu musí byť prenesený cez nosný systém budovy do jeho ťažiska. Sila, ktorú musí preniesť konštrukcia ako šmyk, je reakciou zotrvačnosti hmoty, to znamená je súčinom hmotnosti a zrýchlenia pôsobiaceho na hmotu budovy.

145 Všetky stavebné materiály, v prípade že sú vystavené zrýchleniu nad určitú hodnotu, dosiahnú a prekročia hranice svojej pevnosti, čo spôsobí poruchy vo forme trhlín.

-5/48

-6Preto je nemožné realizovať komplexnú seizmickú ochranu, ak je budova tuho spojená zo svojim základom.

Každá konštrukcia, ktorá je prostredníctvom základovej konštrukcie tuho spojená s podložím, poprípade spojenie umožňuje len malé pretvorenia, zlyhá pri určitej magnitúde zemetrasenia a následného zrýchlenia.

Predstava, že je možné redukovať deštruktívny účinok silných seizmických pohybov pomocou trenia a tlmenia sa javí ako beznádejná v prípade najsilnejších zemetrasení.

Len obmedzená časť deštrukčnej energie, ktorá sa prenesie do budovy, ako dôsledok seizmických pohybov, môže byť pohltená , lepšie povedané môže sa premeniť na teplo cez tlmenie. Pri silných zemetraseniach tlmenie a trenie nemôžu zabrániť deštruktívnemu účinku zemetrasenia.

Moderné riešenia, ako sú napríklad pružné oceľové konštrukcie, ktoré utrpeli nákladné škody počas .Northridge . zemetrasenia (severná časť LA) , alebo základy izolujúce systémy sú schopné absorbovať alebo pohltiť určité percento energie, ktorú pohyb podložia preniesol do konštrukcie objektu. Posledné štúdie agentúr ako U. S. Geological Survey a California Inštitúte of Technology (CalTech) vyjadrili obavy, že aj tieto typy budov môžu byť poškodené alebo dokonca sa môžu zrútiť v prípade skutočne veľkého zemetrasenia, alebo ak sa nachádzajú v blízkosti epicentra.

3.3 Izolácia základov nosných konštrukcií budov

Úsilie zvýšiť seizmickú bezpečnosť budov prinieslo veta nových riešení vyjadrených v uverejnených patentoch.

Medzi technickými riešeniami na ochranu budov proti seizmickému poškodeniu sú zariadenia, ktoré okrem konštrukčného návrhu v súlade so stavebnými predpismi separujú objekt od základov pomocou pohyblivých ložísk alebo podperných elementov s kĺbmi.

Jedna skupina technických riešení, ktorú kategorizujeme ako izolácie základov, má partikulámy význam, lebo umožňuje budove obmedzenú pohyblivosť relatívne k základu. Všetky tieto riešenia prenášajú šmykové sily cez trenie a tlmiace sily, tieto sa môžu stať kritickými pri zemetraseniach s vysokými frekvenciami a veľkými deformáciami. Tieto riešenia neprenášajú alebo prenášajú len limitovanú veľkosť vertikálnej ťahovej sily a preto nie sú vhodné pre výškové budovy a veže.

Jedným príkladom technického riešenia izolovania základov je uloženie budovy na bloky pozostávajúce z vystriedaných vrstiev oceľových platní a gumy (US -Patent 4527365 , 4599834,

6/ 48

-74593502). Tieto bloky majú vo vertikálnom smere vysokú únosnosť a umožňujú horizontálny posun

180 hornej vrstvy izolačného bloku relatívne k najnižšej vrstve. Napriek tomu deformačná schopnosť bloku je obmedzená. S narastaním posunu zo stredovej pokojovej polohy narastá tuhosť bloku, dôsledkom nárastu pružinovej tuhosti bloku, čo spôsobí nárast šmykových síl, ktoré pôsobia na konštrukciu budovy. V extrémnej situácii to môže spôsobiť poruchu konštrukcie a interiéru.

Tieto bloky majú nedostatok a to je malá horizontálna pohyblivosť. Ak pretvorenie dosiahne 185 medzné hodnoty je ohrozená budova, Naviac tieto pružné bloky sú schopné preniesť len malé vertikálne ťahové sily. Ak je prekročená ich medzná hodnota môžu sa roztrhnúť.

Uloženie budov na týchto horizontálne pružných blokoch môže redukovať maximálne zrýchlenia cez spružinový efekt a tlmenie. Ale stále prenos pohybov podložia do budovy je možný len po určité medze. Ak dosiahne horizontálna amplitúda kmitania podložia priečnu deformačnú 190 schopnosť pružného elastomemého bloku, je rýchlosť pohybu podložia plne prenášaná do podopieraného objektu a je tu možnosť porušenia blokov v šmyku medzi oceľovými platňami a to porušením gumy.

V prípade veľkých amplitúd pohybov podložia sa môžu do objektu prenášať značné pohyby. Pohyby horných podlaží objektu sa môžu zväčšiť, čo je porovnateľné s princípom biča.

195 Iné riešenie izolácie základov nosných konštrukcií podopiera nosný systém v základovej škáre rolujúcimi alebo šmýkajúcim sa elementmi. Tieto sa môžu pohybovať medzi dvomi konkávnymi platňami alebo medzi rovnou a konkávnou platňou. Uloženie budovy je na hornej doske a pohybuje sa ako keby bola zavesená na kyvadle (US patenty 4644714, 4881350). Tieto zariadenia neprenášajú žiadne ťahové sily a nie sú schopné pohltiť sily vyvolané torziou budovy.

200 V prípade uloženia budovy na rolujúce prvky vynára sa problém vyplývajúci z vysokých hertzcových napätí na kontaktných bodoch. Toto riešenie kladie vysoké nároky na použitý materiál a kontaktné povrchy stykových prvkov. Okrem toho tento spôsob izolovania základov nie je schopný preniesť zdvihové vertikálne sily.

Taktiež je možné medzi dve rovné platne navrhnúť úložné teleso, ktorého krivosť 205 kontaktných plôch s platňami je väčšia ako výška telesa. (DPA Offenlegungsschift 2021031)

Z tohto dôvodu je horná platňa dvíhaná ak sa podperné teleso musí pohnúť počas zemetrasenia. Výsledkom je pohyb ako u telesa zaveseného na kyvadle. Maximálne možné premiestnenie pri týchto riešeniach nemusí byť dostatočné už pri stredne silných zemetraseniach. Vlastné frekvencie týchto riešení sú príliš blízko možných frekvencií prírodných zemetrasení. Keďže 210 dostatočné odsadenie kmitania nenastane, rezonančné kmitanie je možné a navyše systém neprenáša ťahové sily.

- 7/ 48

-8V ďalšom príklade izolovania základov sú podpery konštrukcie budovy zavesené na kyvadlách. (US patenty 1761321,1761322, 2035009, 4328648). Dĺžka týchto kyvadiel je obmedzená z praktických dôvodov. Rozdiel medzi vlastnou frekvenciou systému a kmitaním základu nie je dostatočný.

Pohybové charakteristiky systému a jeho vlastná frekvencia vyplývajú z geometrie kyvadla. Rozdiel medzi vlastnou frekvenciou podoprenej konštrukcie a kmitaním podložia určuje pohybové charakteristiky hmoty budovy, ktorá je zavesená na kyvadlách.

Ak je objekt alebo budova zavesená na kyvadle ako je ukázané na obr. 2, 3 ,4, tak tento objekt alebo budova má dynamické vlastnosti ako matematické kyvadlo. V dôsledku zemskej príťažlivosti a možných dodatočných zrýchlení, hmota objektu 1_alebo budovy pôsobí ako sila v spojovacom bode 3 s kyvadlom - podperným prvkom 2. Sila je do spojovacích bodov rozdelená proporčne, podľa rozmiestnenia hmoty. Kyvadlá- podperné body 2 sú uchytené v horných spojovacích bodoch 4 na adekvátne navrhnutú nosnú konštrukciu 5. Spojovacie body 3 a 4 môžu byť guľové kĺby alebo posuvné uloženie, alebo univerzálne kĺby. Umožňujú kyvadlu kmitavé pohyby okolo dvoch osí, vzhľadom k podpornej nosnej konštrukcii ako aj k zavesenému objektu. Pohybové charakteristiky uvedených príkladov je možné redukovať na model matematického kyvadla.

Všetky spomenuté riešenia sú systémy, ktoré sú schopné kmitať a ktorých vlastné frekvencie sú blízke k stimulujúcim frekvenciám zemetrasení. V prípade veľkých zemetrasení je možné že nastane rezonancia konštrukcie. Toto môže spôsobiť dodatočné problémy, ktoré môžu ohroziť budovu.

Ak sa budova dostane blízko k rezonančnej frekvencii, pôsobí na ňu tiež klopiaci moment vzhľadom na vertikálnu os, vyššie podlažia budovy vykazujú nárast zrýchlení a z nich vyplývajúcich zaťažovacích síl.

Dokonca s vysoko elastickými ložiskami uloženými medzi budovou a jej základmi, a tak zabezpečenou horizontálnou poddajnosťou sa nedosiahnú dostatočné výsledky v prípade skutočne silného chvenia a to ak rozdiel frekvencií nie je dostatočný.

Možná blízkosť rezonančnej frekvencie k možným frekvenciám spektra odozvy zemetrasenia môže spôsobiť veľké zväčšenie amplitúd v horných častiach stavby.

Z toho vyplýva, že takto izolovaná budova by mohla byť vybudená do zosilneného kmitania.

Pri takýchto udalostiach sú možné porušenia budov, následné porušenie interiéru je spôsobené pohybujúcimi sa predmetmi, čo ohrozuje aj ľudí.

- 8/ 48

3.4 Vymedzenie nového riešenia s pohľadu súčasného stavu poznania problému

Pri skutočne veľkom zemetrasení, ktoré sa nazýva „BigShake* alebo „MegaShake*, ochrana 245 zabezpečená popísanými metódami a navrhnutá konvenčnými metódami v súlade so stavebnými predpismi, môže byť nedostatočná, dokonca môže zlyhať. Deštrukcia a počet obetí na životoch môže byť katastrofálny. Boli zemetrasenia, pri ktorých bolo niekoľko stotisíc obetí.

Známe riešenia izolácie základov umožňujú konštrukcii objektu voči základu objektu možnosť posunu len v relatívne malom rozpätí. S narastajúcimi amplitúdami redukcia účinkov klesá. 250 Pri zemetrasení stále pretrváva možnosť zlyhania.

Na rozdiel od známych antiseizmických systémov, systém podľa predkladaného vynálezu nie je rolujúcim uložením, ani posuvným uložením, ani elastomemým zariadením, ktoré absorbujú a pohlcujú energiu, ale účinok- neprenášajúcim zariadením, ktoré umožňuje voľnu deformáciu v každom smere. Riešenie v súlade s vynálezom úplne zabráni prenosu pohybov podložia do 255 podoprenej budovy. Energia sa na budovu neprenáša.

Vynález, tak ako ho definuje nárokovanie patentu, vyznačuje sa tým, že horizontálne seizmické kmitanie podložia, sa neprenesie do konštrukčného systému. Zabezpečený objekt nemôže sledovať zemetrasením vyvolaný kmitavý pohyb podložia a preto zotrvá v pokojovej polohe, nehýbe sa. Je efektívne zabránené seizmickým poruchám.

260 Frekvencie zemetrasenia a vlastné frekvencie virtuálneho kyvadla sú tak rozdielne, tak že pohyb podložia sa nemôže preniesť do podoprenej konštrukcie. Princíp vynálezu je plne efektívny pri všetkých frekvenciách zemetrasenia. Podopieraná hmota, držaná vo svojej pokojovej stredovej polohe, nevyvodzuje sily v dôsledku zrýchlení, ktoré by zaťažili konštrukciu. Výsledkom je, že budovy ani interiér nie sú poškodené, dokonca ani počas najsilnejších možných zemetrasení.

265 Naproti tomu, elastomemé ložiská a trecie posuvné ložiská, prenášajú značné šmykové sily do hornej konštrukcie, ktoré môžu byť kritické v určitých prípadoch. Aj keď budova neutrpí žiadne konštrukčné poškodenie, poškodenie interiéru môže byť značné.

Ak izolácia základov s elestomemými blokmi, s rolujúcimi alebo trecími elementmi nemôže preniesť vertikálne ťahové sily, ale navrhované antiseizmické moduly, založené na princípe 270 virtuálneho kyvadla sú plne schopné preniesť všetky vertikálne ťahové sily.

Antisezmický ochranný systém v súlade s vynálezom je perfektným systémom izolácie základov, kompaktný, pasívne pracujúce zaťaženie prenášajúce zariadenie, inštalované v základoch konštrukcie alebo v prvom poschodí budovy. Umožňuje voľné pretvorenia vo všetkých smeroch relatívne k základom a zároveň poskytuje dostatočný odpor vodorovným napríklad silám od

275 zaťaženia vetrom.

- 9/ 48

-10Perfektné chovanie sa antiseizmických modulov nie je ovplyvnené hladinou impulzov, magnitúdou zemetrasenia, zrýchleniami podložia, pretvoreniami a frekvenciami seizmického budenia, či harmonického alebo disharmonického. Výsledok je vždy rovnaký: budova ostane v pokoji, nepohybuje sa. Účinok na budovu je nulový.

Vynájdený antiseizmický modul nie je energiu pohlcujúcim zariadením, ale účinok neprenášajúce zariadenie, ktoré umožňuje relatívne posuny vzhľadom na podložie. Je schopné redukovať zrýchlenia podopreného objektu, ktoré sú spôsobené zemetrasením, na hodnotu blížiacu sa k nule (menej ako 0,01 g), nezávisle od magnitúdy zemetrasenia a nezávisle od frekvencie a amplitúdy pohybov podložia. Z toho vyplýva, že nedochádza k prenosu energie indukovanej pohybom podložia na objekt. Šmykové sily, pôsobiace na konštrukciu sú redukované na bezvýznamné hodnoty.

Ani najsilnejšie zemetrasenia nespôsobia poškodenie konštrukcií, fasád a interiérov. Osoba v budove ani nemusí zbadať, že je práve zemetrasenie.

Ochrana objektu je natoľko kompletná, že nezávisle od magnitúdy zemetrasenia sa deštrukčné sily neprenesú na budovu. S touto novou metódou je možné realizovať stav, ktorý je v podstate pokojovým stavom objektu, v skutočnosti ostane objekt v pokojovej polohe aj keď sa podložie pohybuje s veľkými pretvoreniami a veľkým zrýchlením.

Elastomemé ložiská a trecie posuvné ložiská majú obmedzenú únosnosť vo vertikálnom ťahu. Ak zemetrasenie vyvolá veľké vertikálne zrýchlenia, môže nastať porušenie ložísk a podopieranej konštrukcie, dokonca môže nastať oddelenie ložiska od základov, čo má vážne následky. Tieto problémy nedovoľujú použitie týchto zariadení/izolátorov pre vyššie konštrukcie. Vysoké budovy vykazujú ťahové sily v základovej škáre. Tieto sú spôsobené klopiacim zaťažením od vetra a seizmickým zaťažením.

Antiseizmické moduly založené na princípe virtuálnej konzoly ale riešia tento problém otvorenia základovej škáry, lebo oni pevne kotvia budovu k jej základom aj počas veľkých pohybov podložia.

S touto novou technológiou je teraz možné plnohodnotne izolovať výškové budovy od seizmických pohybov.

Takto zabezpečené štíhle výškové budovy nie sú vystavené tzv. efektu .biča, pôsobením zemetrasenia, žiadne explodujúce okná, žiadne náhodne lietajúce predmety v interiéroch budovy.

Podľa tohto návrhového princípu, výšková budova zabezpečená touto technológiou je tak stabilná a tuhá ako bežne navrhnutá a konštruovaná oceľová rámová konštrukcia. Navyše má výhodu, že konštrukcia nemá žiadne vynútené pohyby vyvolané pohybmi podložia a preto

- 10/ 48

-11 nevykazuje žiadne deformácie s poruchami exteriéru a interiéru. Takto zabezpečené výškové budovy

310 sú perfektne bezpečné pri seizmických udalostiach.

V súlade s objavenou metódou podoprené budovy a objekty, a pomocou nej skonštruované podperné inštalované zariadenia, ktoré zabezpečia že oporný / úložný bod je vlastne koncom kyvadla s dlhou periódou, vytvoria vlastne virtuálne kyvadlo, čím sa seizmická bezpečnosť stáva perfektnou.

315 Maximálne možné pretvorenia známych izolačných zariadení nemusia byť postačujúce počas veľkých zemetrasení. Ak sú tieto limity prekročené, budova sa môže poškodiť alebo zničiť.

Dokonca v blízkosti epicentra silného zemetrasenia, kde môžu nastať silné pohyby podložia, ktoré prekonajú všetky existujúce ochranné systémy, systém navrhnutý podľa vynálezu zabezpečí bezpečnosť, lebo môže byť navrhnutý na najväčšie pretvorenia.

320 Systém podľa predkladaného vynálezu spĺňa vysokú ochrannú úroveň, tým že limituje horizontálne zrýchlenia, ktoré môžu byť prenesené z podložia do budovy na bezvýznamnú hodnotu menšiu ako 0,01g.

S týmto výkonom a systémovými charakteristikami má popísaná antiseizmická technológia unikátne výhody v porovnaní s existujúcimi technológiami.

325 Neexistuje metóda a systém, ktorý by mal porovnateľné chovanie.

Táto nová technológia predstavuje prielom v celosvetovom snažení o nájdenie kompletného riešenia voči hrozbám zemetrasenia.

Resumé vynálezu

330 Vynález predstavuje základy izolujúci systém. Je to kompaktné, pasívne fungujúce, zaťaženie prenášajúce zariadenie, ktoré sa inštaluje do základov alebo prvého poschodia budovy. Systém zabraňuje prenosu vibrácií a otrasov z podložia na podoprený objekt.

Zabezpečená budova je kompletne odizolovaná od horizontálnych pohybov podložia pomocou nových podperných zariadení, ktoré disharmonický odsadia vlastné frekvencie kmitania

335 zabezpečeného objektu od vlastnej frekvencie podložia.

-11/48

-12Efektívne je zabránené škodám spôsobeným zemetrasením. Princíp virtuálneho kyvadla je účinný pri všetkých frekvenciách zemetrasení a všetkých zrýchleniach podložia a zariadenia môžu byť navrhnuté pre všetky amplitúdy kmitania.

Tieto nosné zariadenia, v súlade s princípom virtuálne kyvadla, môžu byť navrhnuté na každé potrebné pretvorenie, na každé vertikálne zaťaženie a môžu byť navrhnuté ako bezúdržbové zariadenia. Tieto zariadenia sú vhodné na antiseizmickú ochranu všetkých typov objektov, odsadením ich vlastnej frekvencie od frekvencie kmitania podložia. Môžu byť použité aj na zabezpečenie existujúcich objektov.

Takto definovaná úloha je riešiteľná snovým podperným systémom, pozostávajúcim s antiseizmických modulov, ktoré podopierajú budovu alebo objekt. Tieto ochranné moduly sú pevne spojené s podložím buď cez spoločný základ alebo cez samostatné základy každého ochranného modulu. Moduly vytvárajú podpory konštrukcie v mnohých bodoch, sú pevne spojené a umožňujú konštrukcii v spojovacích bodoch pohyblivosť vo všetkých smeroch, veíké amplitúdy kmitania s obmedzenou spätnou silou, ktorá pri zmene smeru pohybu vyvodí minimálne zrýchlenie.

Objav predstavuje nosný podperný systém, odolný zemetraseniam, na zabezpečenie konštrukcií každého typu ako sú budovy, mosty, veže, priemyselné zariadenia, jadrové elektrárne alebo iné fubovoíné objekty. Systém je umiestnený medzi základom a podopieranou konštrukciou a zabezpečuje, že účinok každej dynamickej sily spôsobenej smer meniacim horizontálnym pohybom podložia a zrýchleniami pôsobiacimi na konštrukciu sú eliminovaná.

Za účelom tlmenia a eliminácie vertikálnych pohybov podložia, je možné použiť mechanické, hydropneumatické alebo pružné systémy s nízkou spružinovou konštantou v kombinácii s virtuálnym kyvadlom ako základ izolujúcimi podpernými zariadeniami.

4.1 Vytýčenie úlohy a ciel riešenia

Cieľom predkladaného riešenia je poskytnúť metódu a zariadenia na antiseizmickú ochranu na odizolovanie podoprenej budovy alebo objektu od pohybov podložia do takej miery, že nezávisle od veľkosti zemetrasenia, sa zničujúce sily neprenesú na budovu.

Musí sa zabezpečiť nekmitanie budovy počas kmitania podložia, vlastné frekvencia podoprenej budovy musí byť separovaná od kmitania podložia do takej miery, že obidva kmitajúce systémy sú skutočne frekvenčné vzdialené. U toho vyplýva, že horizontálne zotrvačné sily a šmykové sily spôsobené pohybmi podložia nie sú prenášané na konštrukciu budovy.

Ak frekvencia kmitania podložia počas zemetrasenia a vlastná frekvencia kmitania podperného systému s podoprenou konštrukciou sú odsadené o faktor 20 a viac, tak nie je možné

12/ 48

-13očakávať, že značne vyššia frekvencia kmitania podložia by mohla vyvolať kmitanie podopieranej konštrukcie. V žiadnom prípade nemôže kmitanie podoprenej konštrukcie s periódou 20 a viac

370 sekúnd spôsobiť vôbec žiadnu škodu. Takáto zotrvačná odozva budovy a vyvodené nízke zrýchlenia sú fyzicky nevnímaterné.

4.2 Odvodenie riešenia vytýčenej úlohy

Na začiatok uvádzame nasledovné základné úvahy, ktoré slúžia k odvodeniu riešenia daného 375 problému.

Východzím bodom analýzy je zavesenie hmoty na kyvadlo.

Obr.5 Hmota 1 pôsobí ako sústredená hmota na dolnom konci kyvadla. Ak hmota 1 na dolnom konci 3 kyvadla - podperného prvku 2 je vychýlená zo svojej pokojovej polohy o vzdialenosť e, nadvihne sa oh, pokiar kyvadlo- podperný prvok 2 o dĺžke I opíše kružnicu s dolným 380 koncom 3_kyvadla okolo horného závesného bodu 4 s polomerom r = I. Lebo všetky pohyby sa môžu diať okolo dvoch osí, dolný koniec kyvadla, čiže závesný bod hmoty, opíše konkávnu sféroidnú plochu pri pohľade zhora.

Nadvihnutie h hmoty 1 spôsobí nárast potenciálnej energie hmoty. Keď sila, ktorá spôsobila pohyb e hmoty 1 a nadvihnutie h, zaniká, závesová sila Z na kyvadle a gravitačná sila (= m.g) 385 vytvoria spätnú silu R, ktorá vráti hmotu 1 na konci 3 kyvadla do jeho stabilnej pokojovej polohy.

Tie isté pomery nastanú, ak nie hmota 1 je pohnutá zo svojej stabilnej pokojovej polohy, ale horný závesný bod 4 kyvadla- podperného prvku 2 je vychýlený spolu s nosnou konštrukciou 5 v dôsledku vodorovného pohybu základu 6. V dôsledku toho sa kyvadlo dostane do naklonenej pozície v dôsledku zotrvačnej sily zavesenej hmoty a tým je hmota nadvihnutá. Potom nastane 390 pohyb hmoty, ktorý sa deje podľa princípu kmitania kyvadla.

Kruhová frekvencia kmitania je

(f)

g.............gravitačné zrýchlenie

/..............dĺžka kyvadla

395

Oscilačné charakteristiky kyvadla sú určené len dĺžkou kyvadla.

- 13/ 48

(2)

Frekvencia kmitania kyvadla

Perióda kmitania kyvadla je „ 1 2π 2π (3)

Z toho vyplýva, že veľká dĺžka kyvadla vyvodí nízku frekvenciu kmitania s dlhou periódou.

Ak frekvencia kyvadla a frekvencia podložia sú veľmi rozdielne, sú disharmonické, obidva pohyby sú značne odsadené.

Napríklad, ak homý závesný bod kyvadla je pohnutý horizontálnym kmitaním podložia v dôsledku zemetrasenia, ktoré majú zväčša dominantnú frekvenciu medzi 0.5 Hz a 2 Hz v súčinnosti s kyvadlom s veľmi nízkou frekvenciou, v porovnaní s budiacou frekvenciou podložia, čo znamená, že hmota nemôže sledovať podložie. Hmota ostane skoro bez pohybu. Ak sa hmota začne hýbať s veľmi nízkou rýchlosťou, v súlade s dlhou periódou svojho vlastného kmitania, spätný pohyb horného závesného bodu kyvadla nastane so značne vyššou frekvenciou cez podložie, pred tým ako sa zavesená hmota ledva pohla zo svojej počiatočnej polohy. Tento spätný pohyb nastáva opakovane počas pokračujúceho kmitania s efektom, že hmota ostane v pokoji, skoro v tej istej polohe.

Získať želané, čo najväčšie odsadenie frekvencií, kyvadlo musí mať veľkú dĺžku. Realizácia kyvadla veľkej dĺžky je dosť nepraktické.

Tu uvažované kyvadlo, ktoré je zavesené na svojom hornom konci, je stabilné a je to nosný prvok, lebo sa má snahu vrátiť do svojej počiatočnej stabilnej polohy/pokojovej polohy vplyvom svojej tiaže.

Realizácia takzvaného .virtuálneho kyvadla*, s malou fyzickou výškou, ktoré ale efektívne vykazuje charakteristiky kyvadla s veľkou dĺžkou a preto s dlhou periódou, je založený na princípe, že účinok stabilného nosného prvku , ktorý dvíha zavesenú hmotu a nestabilného nosného prvku,

-14/48

425	ktorý vrecia zavesenú hmotu do najnižšej polohy, sú spojené tak, že stabilizačný, zdvihový účinok málo ale dostatočne prevyšuje. Pod vplyvom gravitačného zrýchlenia, hmota zavesená na stabilnom nosnom prvku .hľadá* polohu svojej najnižšej potenciálnej energie v hraniciach svojej možnej pohyblivosti. Ak je pohybujúca sa hmota riadená kyvadlom, každé premiestnenie z jej pokojovej polohy
430 •	zvýši jej potenciálnu energiu. Gravitačné zrýchlenie ho vráti do pôvodnej, pokojovej polohy. Poloha hmoty je stabilná.
í.	Opačný prípad je, ak je hmota vychýlená zo svojej počiatočnej polohy v limitoch svojej pohyblivosti, hmota zvýši svoju potenciálnu energiu a vplyvom gravitačného zrýchlenia pokračuje nárast jej potenciálnej energie.
435	Poloha hmoty je nestabilná. Spojením a superpozíciou oboch vplyvov, stabilného a labilného premiestnenia hmoty, cez správnu voľbu geometrie spojovacieho elementu tak, že výsledný pohyb hmoty spôsobí malý nárast potenciálnej energie hmoty. Premiestnené kyvadlo sa pomaly vráti do svojej pôvodnej pokojovej polohy, tak je výsledkom dlhá vlastná perióda kmitania systému.
440	Toto predstavuje pôsobenie dlhého kyvadla. Ak, v súlade s prezentovaným vynálezom, nemáme vlastne fyzicky skutočné dlhé kyvadlo,
•	ale je nahradené zariadením efektívne simulujúcim pôsobenie dlhého kyvadla s dlhou periódou, napriek jeho relatívne malým fyzickým rozmerom, tak je vlastne reč o .virtuálnom* kyvadle s dlhou periódou.
445	Napriek tomu, že takzvané .virtuálne kyvadlo* má fyzicky nízku konštrukčnú výšku, má charakteristiky chovania ako dlhé kyvadlo s dlhou vlastnou frekvenciou. Ak je k dispozícii určitá výška pre inštalovanie, ktorá je určená dĺžkou 1 kyvadla 2, zdvihom h, ktorý sa stáva príliš veľkým, musí byť presahujúca hodnota znížená o negatívnu hodnotu, čo spôsobí nižšie zdvihnutie, a to je vlastne želaním cieľom. Toto je dosiahnuteľné správnym spojením
450	stabilného, zaveseného kyvadla a nestabilného, stojaceho kyvadla. Ak spojené podopierajúce a závesné podperné prvky sú horizontálne posunuté, ich kladné, respektíve negatívne vertikálne premiestnenia sčítame a tak dostaneme výsledné vertikálne posunutie. Lebo vertikálne zdvihnutia oboch podperných prvkov sú harmonické v závislosti od horizontálneho premiestnenia, alebo priamo závislé od jednej kruhovej funkcie, a tak je rozdiel
455	oboch vertikálnych zdvihnutí harmonický v závislosti taktiež od horizontálneho premiestnenia.

- 15/ 48

-16Obr.6 ilustruje túto závislosť. Sústredená hmotal na konci 3 stabilného kyvadla podperného prvku 2 o dĺžke I sa zdvihne o h keď sa hmota horizontálne posunie o e.

(4)

Horný koniec stojaceho, nestabilného kyvadla - podperného prvku 7 o dĺžke I, vykoná vertikálny pokles o veľkosti s keď sa hmota horizontálne premiestni o e,.

Ak sčítame vertikálne premiestnenia oboch podperných prvkov, zdvihnutie je čo do veľkosti hrešPomery a : β a e : e. sú závislé od spôsobu spojenia a voľne voliteľným pomerom 1:1..

Sčítaním vertikálnych premiestnení stabilného a nestabilného kyvadla je výsledná situácia znázornená na obr. 6.

Väzba, spojenie stabilného a labilného podopierajúceho kyvadla môže byť urobené rôznymi spôsobmi. Je možné cez rôzne úrovne vplyvov vertikálnych nadvihnutí a poklesnutí a proporčne prenášaných súčtov na podperné prvky alebo spojovacie články definovať vhodné oporné / úložné body, ktoré spojením proporcionálnych nadvihnutí a poklesov oboch typov kyvadiel dosiahnú želané nadvihnutie.

Obr.7 Horizontálne premiestnenie e_P zvoleného oporného bodu, ktorý je dolným koncom .virtuálneho kyvadla*, je funkciou, alebo v prvom priblížení sa rovná, premiestneniu e zaveseného stabilného kyvadla.

Tak isto sú zdvih a superpozícia poklesov oporného nosného bodu, dolného konca .virtuálneho kyvadla* funkciou alebo pomernou hodnotou nadvihnutia alebo poklesu hmotného bodu na zavesenom stabilnom a na stojacom labilnom kyvadle.

Nadvihnutie h_P hmotného úložného bodu P .virtuálneho kyvadla* v závislosti na premiestnení z pokojovej strednej polohy, predstavuje v prvom priblížení kružnicu. Ak kolíše úložný bod P okolo dvoch osí opíše jeho ťažisko konkávny sféroid pri pohľade zhora.

Polomer krivosti je vlastne dĺžkou l_p .virtuálneho kyvadla.

- 16/ 48

-17Obr.8 Podperný prvok 2 predstavuje stabilné zavesené kyvadlo s dĺžkou lh a podperný prvok 7 je nestabilné stojace kyvadlo s dĺžkou I,.

Ak sa zavesené kyvadlo, nosný prvok 2. pootočí o uhol a, jeho voľný pohyblivý koniec sa zodvihne o h . Ak sa stojace kyvadlo, podperný prvok 7, pootočí o uhol β , a jeho voľný pohyblivý koniec poklesne o hodnotu s . Pohyblivý voľný koniec zaveseného kyvadla, nosný prvok 2, opíše konkávnu sférickú plochu, pri pohľade zhora. Pohyblivý voľný koniec stojaceho kyvadla, podperný prvok Z .opíše konvexnú sférickú plochu pri pohľade zhora.

Obr.9 V súlade s predkladaným vynálezom, je voľný koniec zaveseného kyvadla, podperný prvok 2, a stojace kyvadlo, nosný prvok 7, spojené spojovacím prvkom 8, ktorý kmitá zloženým kmitaním z oboch kyvadiel, časť spojovacieho prvku 8, ktorá je bližšie k stojacemu kyvadlu, podperný prvok 7, klesá počas kmitania. Časť spojovacieho prvku 8, ktorá je bližšie k zavesenému kyvadlu, podperný prvok 2, je dvíhaná počas kmitania.

Na ľubovoľnom mieste spojovacieho prvku 8 s dĺžkou g je úložný bod P. ktorý je úložným bodom podopieraného objektu, on rozdeľuje dĺžku spojovacieho prvku 8 v pomere a : b, pričom tento bod vykazuje len malé nadvihnutie počas kmitania oboch podperných prvkov, kyvadiel v ľubovoľnom smere, a to v medziach očakávaných horizontálnych pretvorení.

Toto je podmienené správnou voľbou relatívnych dĺžok L. lh. c a pomerom a : b. Kratšia dĺžka lh zaveseného kyvadla, podperný prvok Z· s jeho výkmitom e, koniec zaveseného kyvadla vykáže väčší zdvih h. Väčšia dĺžka h stojaceho kyvadla, podperný prvok 7, pri tom istom výkmite kyvadla e spôsobí menší pokles s. Úložný bod P na spojovacom prvku 8, rozdeľuje dĺžku c v pomere a: b, a mal by byť umiestnený tak, aby nadvihnutie úložného bodu P spôsobené výkmitom e zaveseného kyvadla - podperný prvok 2, bolo vždy pozitívne, ale zostalo minimálne. Ak spojovací prvok 8 má zabránené cez vhodné uloženie rotovať okolo vertikálnej osi H , tie isté závery sú platné, keď kmitanie podperných prvkov 2 a 7 nastane tiež v iných smeroch, ako je znázornené na obr. 10, ktorý je pohľadom zhora.

Obr.10 Spojovací prvok 8 rotuje okolo osi Q vo svojich ložiskách g, ktoré sú pevne spojené s podoprenou hmotou a tým nemôže rotovať okolo vertikálnej osi H. Voľný koniec zaveseného kyvadla - podperný prvok 2, opíše konkávny sféroid K pri pohľade zhora. Stojace kyvadlo - podperný prvok 7, opíše konvexný sféroid V. pri pohľade zhora. Ak voľný koniec zaveseného kyvadla podperný prvok 2, kmitá s výchylkou e v ľubovoľnom smere, úložný bod P spojovacieho prvku 8 a tak aj os Q. je nadvihnutá tým istým spôsobom, ako keď kmitanie sa deje v smere X-ovej osi.

Oporný bod spojovacieho prvku 8 na podpernom prvku 7 vykazuje to isté poklesnutie, ako keď kyvadlá - podperné prvky 2 a 7, sa kývajú v ľubovoľnom smere, ako keď sa kývajú v smere X- 17/ 48

-18ovej osi. Preto úložný bod P na spojovacom prvku 8 sa nadvihne v dôsledku kmitania spriahnutých konzol v ľubovoľnom smere.

Ako je ukázané na obr.9, úložný bod P sa pohybuje ako voľný koniec zaveseného dlhého kyvadla s dĺžkou l_v. Predstavuje voľný koniec .virtuálneho kyvadla* veľkej dĺžky.

Obr. 11 Pri premiestnení e spojovacieho prvku 8 na obr.9, z jeho pokojovej polohy a nadvihnutí h_P úložného bodu P. dĺžka .virtuálneho kyvadla* je podľa obr.9

(6)

Kruhová frekvencia virtuálneho kyvadla je (7)

Frekvencia kmitania .virtuálneho kyvadla* je (β)

Perióda kmitania .virtuálneho kyvadla* je (9)

Maximálna rýchlosť úložného bodu P voľného konca .virtuálneho kyvadla* je

- 18/ 48

(10)

540 Maximálne zrýchlenie voľného konca .virtuálneho kyvadla* a tým aj podopreného objektu je

(11)

Podperné elementy 2, pri zachovaní plnej funkčnosti môžu byť navrhnuté ako závesné lanové štruktúry, aj za účelom ekonomizácie mechanických spojení, lebo podperné elementy 2 sú zaťažené len ťahovými silami.

545 Obr.12 ukazuje jeden variant tohto princípu

Popri voľbe pomerov lh ku js a a ku b , aj voľba uhla f efektívneho zdvihnutia £ spojovacieho prvku 8 a taktiež zavedením uhla vzťahujúcemu sa k efektívnej výške a , sa určuje zdvihnutie úložného bodu P a tým efektívna dĺžka .virtuálneho kyvadla*.

Rozmery môžu byť určené tým spôsobom, že efektívna dĺžka l_v .virtuálneho kyvadla je

550 násobkom výšky antiseizmického zariadenia. Takto je možné určiť, že frekvencia kmitania .virtuálneho kyvadla* a hmoty m , ktorú podopiera, je značne nižšia ako frekvencia kmitania základu 6, ktoré je spôsobené horizontálnymi pohybmi počas zemetrasenia.

Toto znamená odsadenie frekvencií medzi .virtuálnym kyvadlom* zabezpečeným objektom a horizontálnymi pohybmi podložia.

555 Maximálne zrýchlenie, ktoré bude pôsobiť na budovu, alebo ľubovoľný zabezpečený objekt, je možné odvodiť z chovania sa matematického kyvadla podľa rovnice (11).

Správny návrh a dimenzovanie umožňujú redukciu tohto maximálneho zrýchlenia na tak nízku hodnotu, že sa stane fyziologicky nebadateľná. Táto účinnosť je nezávislá na veľkosti horizontálneho zrýchlenia, ktoré vyvodí základ 6 v dôsledku zemetrasenia.

560 Skoro absolútna pokojová poloha budovy, ktorá je zabezpečená .virtuálnym kyvadlom* o veľkej dĺžke a dlhej perióde, nie je ovplyvnená veľkosťou zemetrasenia.

- 19/ 48

-20Obr.13 korešponduje v princípe s riešením pódia obr.9 a obr. 12. V tomto je páka s efektívnou dĺžkou b oddelená od páky s dĺžkou a a je kĺbovo spojená s nosným podperným prvkom Wi , proporčne podopierajúca hmotu m.

Pri tomto riešení, stabilné kyvadlo - podperný prvok 2 a stojace, nestabilné kyvadlo podperný prvok 7 s príslušnými dĺžkami ju a b obsadia väčšiu časť výšky, ktorá je k dispozícii. Preto pri tej istej maximálnej možnej hodnote kolísania bi-axiálne kĺbovo upevneného podperného prvku 2 a 7, má systém väčšiu deformačnú schopnosť vzhľadom na vymedzenú výšku pre inštaláciu zariadenia.

Spojovací prvok 8 je pripojený na spojovací prvok 8h cez spojovaciu podporu 8., ktorá má

1-os kĺbovo pripojenú na oboch koncoch. Spojovací prvok 8_h je kĺbovo pripojený k spojovaciemu prvku Wl a ten je podopieraný, bi-axiálne kĺbovo uložený na stojace, nestabilné kyvadlo - podperný prvok 7. Chovanie korešponduje so schémami na obr.9 a obr. 12.

Obr.14 a obr. 15 ukazujú limity amplitúd kmitania podoprenej hmoty v súvislosti so základom v dvoch smeroch.

Obr.16 ukazuje limit amplitúdy kmitania podopreného objektu v súvislosti so základom v troch pohybových fázach s amplitúdou kmitania S.

Obr.17 zobrazuje, ako pri amplitúde § základu 6 a so základom spojeným virtuálnym úložným bodom C_v virtuálneho kyvadla P_v, stabilne zavesené kyvadlo - podperný prvok 2, cez kmitavý pohyb zdvihne svoj dolný oporný bod o hodnotu h a nestabilne stojace kyvadlo - podperný prvok 7, zníži svoj horný oporný bod o hodnotu s , pričom podopieraný objekt 1 vykoná zdvih hp v súlade s nadvihnutím .virtuálneho kyvadla* P_v.

Obr. 18 ukazuje systém s trojuholníkovým spojovacím prvkom 8.

Obr. 19 znázorňuje pohľad zhora na systém zobrazený na obr.18. Trojuholníkový spojovací prvok 9 je bi-axiálne kĺbovo spojený s podpernými prvkami 11.. Každý podperný prvok 11 je v sklone Ja je bi-axiálne kĺbovo pripojený na základ 6 v úložných bodoch 10.

Ak na jednej strane spojovací prvok 9 a podperný prvok 11 vykazujú zdvih na nižšom spojovacom bode 12, lebo jeho horný oporný bod 10 sa pohybuje preč od stredu spojovacieho prvku 9, v dôsledku pohybu základu 6 a v dôsledku zotrvačnej sily spojovacieho prvku g a zotrvačnej sily hmoty objektu, ktorý je podoprený v ťažisku 13 spojovacieho prvku 9 , ktorý zaostáva relatívne za pohybom základu 6. Potom na druhej strane spojovacieho prvku 9, nižšie spojovacie body 12pod perných prvkov 11 poklesnú, lebo vo svojej pôvodnej stredovej polohe podperné prvky 11 nie sú vo vertikálnej polohe ale sú naklonené k ich spoločnému stredu.

-20/48

-21 V dôsledku naklonenia podperných prvkov 11 pod uhlom δ, pokles jednej strany spojovacieho prvku 9 je menší ako je zdvihnutie na opačnej strane a ťažisko 13 spojovacieho prvku 9 vykáže zdvih.

Pomer nadvihnutia spojovacieho prvku 9 na jednej strane k poklesu na jeho opačnej strane je ovplyvnený voľbou uhľa δ, ktorý je určený na stredovú pokojovú pozíciu spojovacieho prvku 9 a voľbou relatívnych geometrických rozmerov podperných prvkov a spojovacieho prvku.

Ak sa základ pohybuje vo všetkých smeroch, ťažisko 13 spojovacieho prvku 9 sa pohybuje po dráhe, ktorá popisuje formu konkávneho sféroidu, ktorý je otvorený zhora s polomerom krivosti β.

Ťažisko 13 spojovacieho prvku 9 sa pohybuje ako by bolo zavesené na .virtuálnom* kyvadle s dĺžkou g. Ak je ťažisko pohnuté horizontálne o ε, ťažisko 13 spojovacieho prvku 9 vykáže zdvih h. a spojovací prvok 9 vykáže naklonenie o uhol ζ.

Obr.žOAk v ťažisku 13 spojovacieho prvku 9 je vertikálny podperný prvok 14 pevne pripojený a má výšku lp , tak tento prvok sám predstavuje stojace, nestabilné kyvadlo. Pod predĺžením jeho osi, je stojace kyvadlo virtuálne podoprené a bi-axiálne kĺbovo uchytené. Keď sa nakloní okolo menšej momentovej osi táto jednotka sa nadvihne o hodnotu h, nakoľko je spojená cez spojovací prvok 9 k podpernému prvku 11 ako je ukázané na obr. 19.

Naklonením o uhol ζ úložný bod P, ktorý podopiera hmotu na vrchole podperného prvku 14 s výškou lp v spojení so spojovacím prvkom 9 vykáže relatívny pokles o hodnote s_p = l_p (1 - cos ζ) a dodatočné excentrické premiestnenie u = lp. s in

Celkové excentrické premiestnenie úložného bodu P bude e = ε+ u e = e+ Ip.šn (12) (13) (14)

Z toho vyplývajúce nadvihnutie úložného bodu P bude

h_p=h-lp(l - cos ζ) (15)

-21/48

-22Obr.21 Úložný bod P, horný koniec podperného prvku 14, sa pohybuje po konkávnej ploche, otvorenej zhora, s plochou krivosťou. Krivosť a stabilná poloha sú určené relatívnymi rozmermi každého prvku navzájom a najmä výškou Ip.

Voľba dĺžky Ip je obmedzená výškou pri ktorej sa systém stáva nestabilným. Zariadenie pódia obr.21 predstavuje .virtuálne kyvadlo* ktoré podopiera objekt v bi-axiálnom uložení v úložnom bode P, a to tým spôsobom, ako keby bol podoprený objekt zavesený na dlhom kyvadle s dĺžkou l_v, ktoré sa pohybuje po zakrivenom povrchu s polomerom krivosti p.

S e a hp z rovnice (14) a (15) je dĺžka .virtuálneho* kyvadla určená rovnicou (6)

Pre ďalšie veličiny platia rovnice (7) až (11)

S ekvivalentnou funkčnosťou je možné podperné prvky 11 navrhnúť ako laná za účelom ekonomizácie mechanických väzieb, nakoľko podperné prvky 11 sú vždy zaťažené ťahovými silami.

Zaťaženie prenášajúci oporný bod (uloženie) antiseizmického modulu má pohyblivosť v priestore ako keby tento bod bol dolným koncom veľmi dlhého kyvadla. Tento bod sa pohybuje po plochej krivke virtuálneho sférického povrchu.

V tomto sférickom útvare sa pohybuje oporný bod vždy ku najnižšiemu bodu, k stredu tohto útvaru.

Čím plochejšia je krivosť tohto sférického útvaru, tým menšia je spätná sila do stredu spôsobená gravitáciou , a tým pomalšie sa pohybuje oporný bod k stredu.

Obr.22 ukazuje ďalší príklad .virtuálneho kyvadla* v súlade s metódou ako je definovaná v nároku 1

K nosnej konštrukcii 5, ktorá je spojená so základom 6, sú cez bi-axiálne kĺby pripojené najmenej dva alebo viacej stabilných podperných prvkov 2, vertikálne paralelne zavesené kyvadlá, ktoré podopierajú priečnik, čiže spojovací prvok alebo spojovaciu platformu vytvárajúci spojovací prvok 8.

V strede spojovacieho prvku 8 je bi-axiálne pohyblivé ložisko 58 , ktoré prenáša vertikálne zaťaženie a je tam pripojený vertikálny podperný prvok 14. Jeho spodný koniec je osadený v guľovom ložisku 43 s voľným pohybom vo zvislom smere, ale horizontálne fixovaný. V guľovom ložisku 43 môže vertikálny podperný prvok 14 rotovať okolo horizontálnej osi.

-22/48

-23Stred ložiska 59 má tú istú pohyblivosť v priestore ako spodné konce zavesených kyvadiel 650 podperných prvkov 2 s dĺžkou Ih a ktoré vykonajú nadvihnutie g keď sú vychýlené v horizontálnom smere o e.

Homý koniec vertikálneho podperného prvku 14 v spojení so svojim uložením v ložisku 59 dosiahne nadvihnutie h, ktoré zároveň vyvolá poklesnutie s.. Výsledné nadvihnutie je hreš= h -Se.

V príklade na obr. 22, pre vrchol podperného prvku 14 platí, že jeho výsledné nadvihnutie - 655 je negatívne, čiže vykáže pokles. Preto je tento bod nevhodný ako zaťaženie prenášajúci oporný bod.

_t Vrchol pri vychýlení zo stredovej(pokojovej) polohy v ľubovoľnom smere, opíše konvexnú plochu pri pohľade z hora, tak ako by opísal vrchol stojaceho kyvadla. Toto predstavuje obrátené, nestabilné .virtuálne kyvadlo* s dĺžkqu lyi

Ak je podperný prvok 14 vertikálne zaťažený na hornom konci, pri tomto rozmere

660 a v pomere k rozmerom ďalších pripojených prvkov 2 a 8 je prvok 14 nestabilný.

Samotný podperný prvok 14 bez pripojenia na ďalšie prvky je nestabilný. Len pripojením na iné elementy, ktorých stabilizačný vplyv pri zaťažení by prevládal, sa celý systém môže stať stabilným a vytvoriť nosné uloženie .virtuálne kyvadlo*.

K dosiahnutiu zaťaženie prenášajú a zároveň stabilnú polohu, je potrebné určiť dĺžku l₀, tak

665 aby vrchol vykázal kladný zdvih . Pre túto situáciu, zaťaženie prenášajúci úložný bod P opíše konkávnu plochu pri pohľade zhora. Tak zvolený, zaťaženie prenášajúci úložný bod P , so i- vzdialenosťou l_p od oporného bodu 59, vykoná malý zdvih h_p ak sa premiestni zo svojej stredovej polohy. Preto zaťaženie prenášajúci úložný bod P je vlastne koncom .virtuálneho kyvadla* s dĺžkou l_v ·,

670 Obr.23 ukazuje krivosti, ktoré sú opísané dolnými nosnými bodmi zavesených kyvadiel 2, stred spojovacieho prvku 8 a nosný úložný bod na hornom konci vertikálneho podperného prvku 14.

Obr.23a, 23b, 23c ukazujú pohybové polohy podopreného objektu 1, relatívne k základu 6 v ich maximálne vychýlených polohách a superponovane, na seba znázornené.

Obr.24 ukazuje schému .virtuálneho kyvadla* podľa princípov znázornených na obr. 22

675 a 23c. Ukazuje stredovú, pokojovú polohu a vychýlené polohy základu 6 vzhľadom na podoprený objekt 1. Ak sa základ 6 pohne o veľkosť e v dôsledku zemetrasenia. Objekt 1, podoprený .virtuálnym kyvadlom*, vykoná malý zdvih označený h_P

-23/48

-24Veľkosť premiestnenia s základu 6, relatívne vyjadrený k výške H„, antiseizmického modulu, ukazuje že s priemernou výškou podlažia v závislosti od veľkosti amplitúd kmitania, sú tieto systémy realizovateľné.

Pohybové charakteristiky popisujú matematické kyvadlo. Jeho vlastná perióda je určená len efektívnou dĺžkou .virtuálneho kyvadla*.

Kyvadlo v hodinách dokazuje tento prípad.

r

Ak počas zemetrasenia sa horné oporné body kyvadiel - podperných prvkov 2, ktoré sú pripojené ku kmitajúcemu základu, rýchle pohnú vpred a späť, hmota podoprená .virtuálnym kyvadlom* nemôže sledovať rýchle zmeny smeru pohybu horného oporného bodu kyvadla v dôsledku svojej zotrvačnosti, ktorá je určená charakteristikami .virtuálneho kyvadla*.

Ak zmena smeru pohybu je rýchla, podoprená hmota ostane prakticky v pokoji.

4.3 Výsledky riešenia problému

Táto úloha je vyriešená vynájdením spôsobu (metódy), a z nej odvodených konštrukcií zariadení. Jednotlivé kroky spôsobu podľa vynálezu sú opísané v patentovom nároku 1.

Výhodné rozpracovanie vynálezu je súčasťou ďalších patentových nárokov.

Vynález umožňuje rezonančnú voľnosť objektu napr. budovy pri kmitaní jeho podložia, pričom sa vodorovné zrýchlenie a rázové sily vznikajúce pohybmi podložia neprenášajú na objekt. Toto zaisťuje integrálnu ochranu objektu pred účinkami zemetrasenia, ktorá ho spoľahlivo chráni aj pri najsilnejších horizontálnych kmitaniach podložia.

Vynájdená metóda umožňuje za predpokladu vhodnej voľby okrajových parametrov dosiahnuť správanie sa objektu blízke pokojovému stavu aj pri pohyboch podložia s veľkými amplitúdami a vysokým zrýchlením,

Použitá metóda spôsobí, že sa perióda vlastného kmitania predĺži natoľko, že objekt nestačí sledovať osciláciu základne. Ochrana objektu je pritom taká obsiahla, že chránená budova alebo zariadenie zostáva v pokoji aj pri otrasoch s najväčšou magnitúdou.

Účinnosť je matematicky prehľadne dokázateľná.

Funkcia vynálezu a integrálna ochrana sa dá demonštrovať pomocou modelovej simulácie so zrýchlením do 1,2g.

-24/48

-25Týmto je objekt úplne odizolovaný vodorovným pohybom podložia, jedná sa teda o účinnú

Izoláciu základne prostredníctvom podoprenia pomocou nosného systému, ktorý pri svojej malej stavebnej výške umožní priestorový pohyb objektu, ako by visel na veími dlhom kyvadle. Podopretie je teda realizované prostredníctvom virtuálneho kyvadla s dlhou periódou kmitania.

Okrajové parametre systému sú široko voliteľné. Týmto je možné voľne definovať rozdiel medzi vlastnou frekvenciou systému a bežnými frekvenciami pri zemetrasení a tento zvoliť taký veľký, aby kmitajúce systémy budovy boli s odstupom oddelené od základne, tak aby nesená konštrukcia zostala v pokoji.

Pretože objekt nie je schopný sledovať rýchlo sa meniace pohyby podložia, nebudú účinkovať žiadne sily zo zrýchlenia hmoty. Nevzniknú žiadne nebezpečné šmykové napätia a predíde sa tak škodám od účinkov zemetrasenia.

Moduly chrániace pred účinkami zemetrasenia formou virtuálneho kyvadla ponúkajú efektívnu ochranu aj pri zemetraseniach s najväčšou magnitúdou a s najväčším ničivým potenciálom. Týmto je možné naprojektovať každý typ stavebného objektu ako odolný proti účinkom zemetrasenia a tiež dodatočne zabezpečiť už existujúce objekty.

Hmota budovy akoby visela na virtuálnom kyvadle s veľkou účinnou dĺžkou, pričom závesný bod sa nachádza vysoko nad budovou.

Ochranný modul podľa vynálezu umožňuje vlastnosti pohybu veľmi dlhého kyvadla bez toho, aby malo skutočne veľkú dĺžku, čo predstavuje virtuálne kyvadlo s veľkou účinnou dĺžkou. Svojou malou stavebnou výškou sa dá umiestniť do jedného podlažia a to jednak na úrovni terénu, alebo v podzemnom podlaží.

Horný bod zavesenia virtuálneho kyvadla je pevne spojený so základom prostredníctvom ochranného modulu.

Hmota zavesená na veľmi dlhom kyvadle sa môže pohybovať iba veľmi pomaly. Čas potrebný na jeden kmit je veľmi veľký. Pomocou tejto techniky je možné ľubovoľne zvoliť dĺžku periódy kmitania napr. 20 sekúnd alebo aj viac. Periódy kmitania pri zemetraseniach sa vo väčšine prípadov pohybujú v rozmedzí od 0,5 do 2 sekúnd. Ak sa závesný bod kyvadla rýchlo alebo skokovite posunie, hmota zavesená na tomto kyvadle sleduje tento posun len takou rýchlosťou, ktorá zodpovedá kmitavému pohybu kyvadla s veľkou dĺžkou.

Magnitúda zemetrasenia nemá žiaden vplyv. Je jedno, ako rýchlo sa pohybuje podložie, aké veľké zrýchlenie má základ budovy, ako vysoká, alebo nízka je frekvencia kmitania pri zemetrasení, alebo ä* pohyby prebiehajú harmonicky, alebo disharmonický. Výsledok je stále rovnaký.

- 25/ 48

-26Zrýchlenie, ktoré sa prenesie na budovu je zredukované pod hodnotu 0,01 g, čo je hodnota len ťažko postrehnuteľná.

Ochranná účinnosť tohoto princípu je stále rovnaká pri všetkých rýchlostiach a zrýchleniach podložia, ktoré prichádzajú do úvahy.

To znamená, že budova sa pohybuje aj pri najsilnejšom zemetrasení tak málo, ako pri slabých otrasoch pôdy.

Pri tomto vynájdenom riešení žiadna energia nemení smer, nepremieňa ani neabsorbuje, ba ani žiadna kinetická energia sa neprenáša do stavebného objektu.

Pretože objektu nie sú vnútené žiadne rýchlo sa meniace pohyby, nebudú účinkovať žiadne sily zo zrýchlenia hmoty, čím sa predíde škodám od účinkov zemetrasenia.

Týmto je objekt úplne odizolovaný od vodorovných posunov podložia, jedná sa teda o vysoko účinnú izoláciu základne.

Z tohoto dôvodu nie je potrebné žiadne konštrukčné zosilňovanie nosného systému budovy, ako to vyžadujú predpisy na ochranu budov pred účinkami zemetrasenia pri štandardných stavebných postupoch.

Simuláciou na modeli sa potvrdilo dopredu vypočítané a očakávané pôsobenie systému.

4.4 Silne redukované trenie pri horizontálnom pretvorení

Pri predkladanom vynáleze fyzikálne je existujúce trenie v ložiskách konštrukčných prvkov konštrukčným riešením podmieneným principiálnym postavením riešenia problému silne zredukované, takže ako odpor voči posunu hmoty sa prejavia iba účinky efektívneho trenia.

Efektívny súčiniteľ trenia sa extrémne zníži, čo má za následok, že ani trením sa neprenesú žiadne významné sily od zrýchlenia základne do stavebného objektu. Budova vykazuje ľahkú možnosť posunutia voči základu. Sily od účinkov vetra môžu objekt vysunúť z jeho strednej polohy v takom smere, že pri výskyte zemetrasenia sa možný výkyv relatívne k základu skráti

Nové riešenie koncepcie nosnej konštrukcie vedie k tomu, že fyzikálne účinné trenie sa zredukuje prostredníctvom vysokého redukčného faktora na veľmi malé hodnoty. Odpor proti posunutiu je:

= (Ϊ6) dosiahnuteľné sú hodnoty: 0,002......0,004

-26/48

-27V žiadnom prípade sa týmto vplyvom nesmie znížiť možný výkyv, pod hodnotu prípadnej amplitúdy kmitania zemetrasenia alebo dokonca na nulu.

Prvoradou úlohou je preto potreba uložiť chránený objekt tak, aby bol odizolovaný od 770 posunov podložia a v ďalšom začleniť do celkového riešenia také prvky, ktoré zabezpečia vycentrovanú východziu polohu pri nástupe kmitania v dôsledku zemetrasenia.

4.5 Centrovanie zabezpečeného objektu a kompenzácia účinkov vetra

Pohyby úložných oporných bodov objektu neseného modulom chrániacim pred účinkami zemetrasenia sa uskutočňujú po veľmi plochej zhora konkávnej sférickej ploche, ktorá však 775 nepredstavuje exaktný výsek guľového plášťa, iba sa mu približuje. Krivosť tejto plochy nie je pri vybočení zo stredovej polohy konštantná, čo ale neznamená žiadne zníženie funkčnosti systému. Z dôvodu naddvihnutia pri plnom výkyve vzniká účinkom gravitácie spätná sila, ktorá zabezpečuje samocentrovací účinok úložných oporných bodov. Návrat do stredovej polohy nie je úplný, čo je zapríčinené existujúcim trením, aj keď toto je veľmi nízke.

780 Vodorovne pôsobiaca posúvajúca sila, ktorá vracia objekt späť po jeho vybočení zo stredovej polohy sa vyjadrí na základe hmoty objektu visiaceho na virtuálnom kyvadle:

Γ · Ml cos arcsin — \l_vJ (17)

785

S_H..........horizontálna posúvajúca sila

m............prenášaná hmota

g.............gravitačné zrýchlenie

e.............vybočenie zo stredovej polohy l_v............dĺžka virtuálneho kyvadla

Vodorovný odpor proti odsunutiu v dôsledku trenia je:

⁷⁹⁰ W_It=mg-p_ná (78)

Wh........vodorovný odpor proti odsunutiu p_nd ......redukovaný súčiniteľ trenia

-27/48

-28795 Vodorovný odpor proti posunutiu je vďaka koncepcii ochranného modulu extrémne nízky.

Koeficient trenia sa redukuje v pomere polovičného priemeru ložiska kyvného uloženia podperných prvkov k účinnej dĺžke kyvadla

Redukovaný súčiniteľ trenia je

Ζλ/2

800 μ^=μ—γ- (ÍS) *p

μ..........súčiniteľ trenia ložiska kyvadla

D_l..........priemer ložiska podperného prvku, kyvadla

L_P...........dĺžka podperného prvku, kyvadla

Pretože krivosť plochy, po ktorej sa pohybuje koniec virtuálneho kyvadla z dôvodu

805 požadovanému účinku oddelenia od pohybov podložia je v stredovej oblasti veľmi plochá, vzniká napriek extrémne nízkemu treniu hysteréza s horizontálnym odsadením zo stredovej polohy

Ah = l_v /sin (are sin are cos μ „ď) (20)

A_h.........vodorovné odsadenie zo stredu

810 Koncepcia ochranného modulu dovoľuje s rezervou vykrývať predpokladané výkyvy tak, že pri extrémnom pohybe podložia je k dispozícii dostatočný priestor pre kmitanie, a to aj v prípade, ak východzia polohy kmitania nie je v strede. To znamená, že poloha budovy môže byť vplyvom účinkov vetra, alebo po zemetrasení rôzna. V prípadoch, kde tento posun nie je prekážkou, je možné použiť riešenie bez dodatočného centrovania budovy a podoprenia proti účinkom vetra. Ak je však

815 potrebné, aby budova vždy zostala na tom istom bode, je potrebné zabudovať zariadenie na presné centrovanie.

Obr. 25 ukazuje jednoduché riešenie vodorovného podoprenia. Takéto zariadenie je potrebné umiestniť minimálne na dvoch miestach budovy, alebo ho zabudovať priamo do jednotlivých ochranných modulov.

820 Prepätá ťahová pružina 41 je na svojom spodnom konci spojená so základom. Na hornom konci pružiny je umiestnený čap 42, ktorý zapadne do sférického guľového ložiska 43 a je osovo posúvateľný. Ložisko je pevne spojené s nesenou konštrukciou. Ťahová pružina 41 je predopnutá tak, že horizontálna páková sila vo výške kĺbového ložiska 43 , pôsobí proti maximálnej očakávanej sile od vetra bez toho, aby sa v dôsledku ohybu ťahovej pružiny 41 a zdvihu vinutia na niektorej strane

-28/48

-29825 pružiny dostal čap 42 do šikmej polohy. Ak dôjde k vodorovnému posunu základne voči nesenej hmote v dôsledku účinkov zemetrasenia s veľkým zrýchlením, pričom impulz pochádza od hmoty budovy a výrazne prekračuje účinky od vetra, potom moment vyvolaný týmto impulzom ohne prostredníctvom ramena čapu 42 pružinu 41. Základ sa pritom predĺži oproti budove o hodnotu e. Pri ďalšom posunutí po prekonaní tohto počiatočného momentu nerastie sila lineárne ale degresívne.

830 Takýmto spôsobom je reakcia od pružiny prostredníctvom výkyvu S držaná v malých hodnotách

Toto vodorovné podopretie sa dá použiť aj v opačnom usporiadaní, pričom guľové ložisko 43 je spojené so základom 6 alebo pevne zapustené do základu, a koniec čapu 42 je spojený s pružinou 41, ktorá visí na nesenej konštrukcii budovy 51.

Obr. 26znázorňuje porovnateľné riešenie na centrovanie budovy prostredníctvom bloku

835 pružín 48 z elastomérov. Pri zodpovedajúcom návrhu pružinového bloku je jeho správanie porovnateľné s riešením na obr.25. Pri tomto riešení však nie je účinný žiaden citeľný moment na prekonanie počiatočného odporu. Od samého začiatku sú vykonané pohyby neustále závislé od vodorovnej sily. Aj pri tomto prevedení je opačné usporiadanie možné.

Obr. 27znázorňuje zariadenie na centrovanie budovy pri ktorom sa zabezpečovacie 840 zariadenie 50 nachádza pod nesenou budovou 51 minimálne na dvoch bodoch pevne pripojené. Odvaľovacia guľa 44 uložená v guľovom lôžku 49 je pružinou 47 tlačená do centrovacieho lievika 45 zvislou silou F_v ktorá je v rovnováhe s maximálnymi očakávanými účinkami vetra, ktoré vyvolajú

na budovu vodorovnú silu F».
Fv = Fk.tg( γ/2)		(21)
845	Fv.....	.....zvislá sila
	F„.....	.....vodorovná sila
	r-.......	.....uhol otvorenia centrovacieho lievika

Ak je sila F_v väčšia ako sila, ktorá môže byť vyvolaná účinkami vetra a táto potom vznikne z impulzu pri zemetrasení, horizontálnym posunom centrovacieho lievika 45 so základom 6 sa zatlačí 850 odvaľovacia guľa 44 pomocou piestu 52 proti pružine 47 a ocitne sa v oblasti centrovacieho lievika 45 zo zmenšujúcim sa sklonom poťažne zväčšujúcim sa uhlom otvorenia γ. Týmto klesá prenesiteľná vodorovná sila a bude nulová ak guľa opustí oblasť lievika a roluje na rovnej ploche.

Tekutina vytlačená piestom 52 prechádza cez spätný ventil 53 do vonkajšieho zásobníka alebo do vyrovnávacieho priestoru 55. Pri možnom spätnom odpružení sa pribrzdí rýchlosť vysúvania

855 piesta tým, že tekutina môže tiecť naspäť iba cez škrtiacu clonu 30.

-29/48

-30Pri rýchlom kmitaní základne sa nedostane pomaly sa vracajúca valivá guľa 44 do strmšieho stredu centrovacieho lievika 45, ale do oblasti s menším sklonom. Z tohto dôvodu sú prenesiteľné vodorovné sily malé.

Keď sa kmitanie upokojí dostane sa guľa 44 do strmšej oblasti centrovacieho lievika a potom už centruje nesený objekt zvýšenou vodorovnou silou Fh.

Obr.28 predstavuje inú formu centrovania budovy a jej zaistenia proti účinkom vetra. Medzi bočnou stenou 22 podzemného podlažia budovy a stenou 20 základu na základe £ sú umiestnené na dvoch protiľahlých stranách minimálne dva a na zvyšných dvoch stranách pravouholníkovej budovy minimálne jeden prvok vodorovného podoprenia 24. Vodorovné podopretie 24 je vo zvislom pohľade znázorňované vo vodorovnej polohe, pričom smer pohybu kolieska 25 je vodorovný v rovnakej výške zvislej steny 20 základu . Všetky ostatné objekty schematického znázornenia sú vo vodorovnom pohľade znázornené jedným vertikálnym rezom. Vodorovné podopretie 24 pozostáva z hydraulického valca 40, ktorý má celkom vysunutú tyč piesta, ktorá je na konci vybavená podvozkom s jedným alebo viacerými kolieskami 25. Medzi týmto kolieskom a lamelou 26 na stene základne, ktorá slúži ako rolovacia dráha je predpokladaná minimálna medzera pri presne vycentrovanej spodnej časti budovy v rámci základne. Smer rolovania kolieska je vodorovný. Aby tyč piesta z kolieskovým podvozkom dodržiavala svoj smer je koniec tyče piesta spojený s valcom 40 prostredníctvom žrde s kĺbom, ktorá ju zabezpečuje proti otáčaniu. Ak sa posunie stena 20 základu smerom k podzemnému podlažiu 22, zasunie sa koliesko 25 s tyčou piestu do valca 40 a vytlačí tým kvapalinu, ktorá sa zachytáva v jednom alebo vo viacerých hydraulických akumulátoroch 127, ktoré môžu byť zhotovené ako membránové, konvertorové alebo piestové zásobníky, a stlačí tak na druhej strane membrány 28 plyn, vzduch alebo dusík. Týmto spôsobom pôsobí hydraulický valec ako pružná podpera s plynovým pružením. Ak je tyč piesta úplne vysunutá až po mechanickú zarážku vo valci 40, je regulačný ventil 29, ktorý je riadený pomocou tyče piesta otvorený. Tlak plynu v akumulátoroch tlačí tekutinu cez škrtiacu clonu 30 otvoreným ventilom späť k zásobníku 32. Ak sa zasunie tyč piesta do valca tým, že sa priblíži stena 20 základu k podzemnému podlažiu 22 budovy, otvorí sa regulačný ventil 29 a z tlakového potrubia 33 prúdi kvapalina do hydraulických akumulátorov 127, Čím sa vytvára tlak tak dlho až kým z tohto vznikajúca sila vo valci nevytlačí tyč piestu a neposunie budovu naspäť do svojej nulovej polohy. Takto sa dostane budova do stredového postavenia. Tento spôsob je účinný, ak od účinkov vetra je budova kvôli svojej ľahkej posúvateľnosti voči základu vysunutá zo svojho stredového nastavenia. Pretože sily od vetra sa nemenia skokovite, ale nábeh potrebuje vždy určitý čas, je tento spôsob s pritekaním a odtekaním kvapaliny cez škrtiacu clonu 30 dostatočne rýchly na to, aby udržal budovu v stredovom postavení. Ak sa toto približovanie steny základne k budove deje v rýchlejších sledoch, ako je tomu pri zemetrasení, potom pri rýchlom odpružovaní piesta a s tým spojeným otváraním a spätným zatváraním ventilov v rýchlom slede cez škrtiacu clonu 30 sú prítoky a odtoky tekutiny v tomto vzduchom odpruženom systéme nízke. Sila plynovej pružiny vo valci 40 sa iba mierne mení vzhľadom na plochú charakteristiku pružiny -30/48

-31 a pritekanie a odtekanie cez škrtiacu clonu 30 vo frekvencii otrasov pri posunoch piesta a regulačného ventilu 29. Tento systém je možné usporiadať tak, aby sily vznikajúce účinkami 895 zrýchlenia zostali také malé, že vo vzťahu k hmote budovy vyvolajú pri zmene frekvencie zemetrasenia v rýchlom slede len veľmi malé účinné zrýchlenia. Hydraulický systém je centrálne zásobovaný zo zásobníka 32 pomocou pumpy 36, ktorá je poháňaná motorom 34, ktorý je riadený tlakovým spínačom 35. Zásobovanie energiou pre tento pohon môže byť zabezpečené nezávisle prostredníctvom solárnej alebo veternej energie. Hydraulická energia sa ukladá v batérii zásobníkov 900 hydraulického tlaku 38, takže výkon pumpy 36 sa dá udržať na nízkej úrovni. Počas zemetrasenia je k dispozícii veíké množstvo vonkajšej energie, ktorá sa dá súčasne v tomto zariadení využiť tým, že _s piest vodorovného podoprenia sa kombinuje s piestovou pumpou 37. Počas rýchleho posunu základne oproti objektu čerpá táto piestová pumpa 37 tekutinu zo zásobníka 32 do zásobníkov tlaku 38 vykrýva tým hmotnostný prúd, ktorý vzniká tým, že tekutina z pražiaceho systému 905 pozostávajúceho z valca 40 a akumulátora 127, preteká cez škrtiacu clonu 30 do spätného potrubia regulačným otvorom 29, ktorý sa otvára s frekvenciou otrasov počas jednej polperiody.

Obr.29 ukazuje vodorovné podopretie prostredníctvom vahadla 39. Pri takomto prevedení sú možné obzvlášť veíké amplitúdy kmitania a zmeny vzdialenosti k základovej stene. Vahadlo 39 je uložené na podstavci 46, ktorý je pripevnený k budove a prostredníctvom valca 40 alebo viacerých 910 valcov, opreté o stenu podzemného podlažia 22. Na konci má pripevnený podvozok podľa veľkosti zaťaženia s jedným alebo viacerými kolieskami 25, ktoré sa môžu pohybovať po lamelovej dráhe 26 na stene 20 základu. Namiesto koliesok sa môžu použiť aj klzné (posuvné) papuče z vhodných materiálov. Na podvozku 46 sa nachádza regulačný ventil 29 .ktorý je obsluhovaný vahadlom 39 _u a má rovnakú funkciu ako v príklade podľa obr. 28. Ostatné časti hydraulického vybavenia

915 zodpovedajú príkladu v obr. 28.

Aj toto zariadenie je potrebné umiestniť na každý objekt minimálne v šiestich exemplároch, aby sa zabezpečila poloha budovy voči trom osiam, dvom vodorovným a jednej zvislej. Takéto prevedenie vodorovného podopenia umožňuje veľké hodnoty výkyvov budovy oproti základu.

Pražiaci systém pozostávajúci z hydraulického valca 40 a pripojených hydraulických 920 akumulátorov ako v prípade podľa obr.28, má okrem vonkajších vodorovných posuvných síl od vetra tiež počiatočnú pružinovú charakteristiku podľa funkcie

F_o=C_of (22) pričom f predstavuje dráhu pružiny. Pri väčších dráhach pružiny neprebieha pružinová charakteristika lineárne, ale z dôvodu zhutnenia plynu zodpovedá funkcii polytrópnej kompresie.

925 Pri zmene umiestnenia základu vzhíadom na nesený objekt o hodnotu ε sila vznikajúca odpružením

AF účinkuje ako sila zrýchlenia na hmotu stavebného objektu. Pri vetre rastie podperná sila systému spolu so silou vetra, ako je popísané v príklade podľa obr.28 bez toho, aby objekt výrazne zmenil

-31/48

-32svoju polohu. Ak pri zaťažení vetrom silou F_w dôjde v dôsledku zemetrasenia k súčasnému posunu a k premiestneniu základne oproti objektu o hodnotu 4 narastie sila v podpornom pražiacom systéme podľa funkcie (23) táto funkcia má o niečo vyššiu strmosť ako tá, ktorá vychádza z nulového bodu pretože sa mení pomer vytlačenej tekutiny pri zatlačení pružiny k objemu plynu. Pri zatlačení pružiny o hodnotu e narastie podopierajúca sila o hodnotu Δ F_w a iba tento rozdiel síl Δ F_w sa prejaví ako sila zo zrýchlenia na hmote budovy, ktorá pritom nie je oveľa väčšia ako sila AF₀ pri bezvetrí.

Obr.30 predstavuje v princípe zhodné vodorovné podopretie pomocou vahadla ako je popísané pre obr.29. Toto zariadenie je dodatočne vybavené piestovou pumpou, ktorá je umiestnená medzi vahadlom 39 a podstavcom 46 ako valec 4g. Piestová pumpa 37 má rovnakú funkciu ako je popísané pri zariadení podľa obr. 28.

Obr. 31 znázorňuje princíp centrovacieho systému, ktorý zároveň kompenzuje sily od vetra, pre budovu 51, podoprenú ochranným modulom 56 a zaistenú proti účinkom vetra centrovanú oproti základovej 20 stene zariadením 27, ktorá má separátnu podzemnú časť pozostávajúcu z jedného alebo viacerých podzemných podlaží 22 oddelených od hornej budovy uložených na samostatnom ochrannom module 56·,.

Pretože časť budovy 22 je uložená s minimálnym trením a samocentrovaním, a nie je vystavená žiadnym účinkom vetra, nepotrebuje ani žiadne zariadenie na zachytenie účinkov vetra, je stále v stredovom postavení aj pri kmitajúcej základe a slúži ako polohový vzťažný bod pre centrovanie. Pomocou mechanického alebo bezdotykového merania vzdialeností v dvoch osách vždy medzi dvomi referenčnými bodmi 60 na hornej a spodnej časti budovy sa určí nastavenie zariadenia na zachytenie účinkov vetra 27.

4.6 Izolácia vertikálneho kmitania

Pre objekty s určitým pomerom výšky a šírky pri ktorých nedochádza k veľkému nakláňaniu zvislej osi budovy je možné použiť dodatočné zariadenie, ktoré znižuje alebo dokonca eliminuje zvislé zrýchlenia. Toto je výhodné v prípade nemocníc a priemyselných zariadení s náročnou prevádzkou ako aj v prípade chemických a nukleárnych zariadení. Budova ochránená touto technológiou zostane v priestore stáť takmer v pokojiZotrvačnosť hmoty budovy oproti zrýchleniam horizontálne kmitajúcej základne vyvoláva ako reakciu šmykové sily v konštrukcii budovy, účinkom ktorých pri zemetrasení dochádza k prekročeniu maximálne prípustných šmykových napätí. Šmykové sily vznikajúce v dôsledku horizontálneho

- 32/ 48

-33960 kmitania sú hlavnou príčinou zlyhania konštrukcie budovy. Oproti tomu v prípade zvislého zrýchlenia budovy, táto je schopná skôr preniesť vzniknuté účinky, pretože tieto zodpovedajú účinkom vznikajúcim od navrhovaných zaťažení, vlastná tiaž (prevádzkové zaťaženie) a v dôsledku použitých súčiniteľov bezpečnosti je možné preniesť väčšie zaťaženie. Z tohto nevyplýva v dôsledku vertikálneho zrýchlenia základne vo všeobecnosti žiadne ohrozenie konštrukcie okrem prípadov ak

965 vertikálne zrýchlenie je väčšie ako 1g. V takýchto prípadoch pri nedostatočnom pripevnení objektu je tento vytrhnutý z vlastných základov a poškodený ďalšími účinkami.

* Ak sa napriek tomu javí tlmenie zvislého kmitania ako zmysluplné, potom je možné vybaviť ochranný modul dodatočným zvislým pružením.

Obr. 32znázorňuje schematický príklad odpruženia nesenej konštrukcie 51. Stĺpy budovy 16 970 sú vytvorené ako hydraulické valce 64 so zabudovanými zariadeniami na vyrovnávanie výšky 61 a piestovou tyčou 62 prenášajú zaťaženie. Na spodnom konci valca je jednoosovo kĺbovo uložený spojovací prvok 8 ochranného modulu. Kyvná páka 63 funguje ako istenie proti pootočeniu pre valec 64, čím spojovací prvok 8 nemôže vykonávať žiadne pootočenia okolo zvislej osi.

Prítok tekutiny sa deje prostredníctvom tlakovej prípojky 65, cez spätný tok 66 sa odľahčuje 975 hydraulický okruh pružinovej podpery. Tlakový priestor valca 67 je cez vedenia 68 pripojený k jednému alebo viacerým zásobníkov hydraulického tlaku 38. Prostredníctvom objemu akumulátorov hydraulického tlaku sa určí hydropneumatická pružinová charakteristika.

Keď je objem valcom vytlačenej tekutiny v dôsledku zdvihu valca pri vertikálnom pohybe základne v pomere objemu akumulátorov hydraulického tlaku malý narastie tlak v týchto 980 akumulátoroch len nepatrne, tlak v hydraulických akumulátoroch sa zvýši len nepatrne.

* Súčiniteľ prírastku tlaku k počiatočnému tlaku predstavuje stupeň zrýchlenia vztiahnutý na 1g, ktorý sa prejaví na nesenej hmote zvislým zrýchlením pri zvislých posunoch. Zodpovedajúcim nastavením je možné dosiahnuť ľubovoľnú redukciu zrýchlenia. Mimoriadnou výhodou pri použití viskóznoelastických tekutín je dosiahnutie veľmi plochej charakteristiky pružiny.

985 Obr. 33 ukazuje prevedenie vertikálneho pruženia porovnateľného s obr.32 s tým rozdielom, že tu je pružinová stojka 69 uložená na ochrannom module 56 podľa schémy na obrázku obr.21 v ktorej je zabudované zariadenie na centrovanie a zachytenie účinkov vetra 70 podľa schémy na obr.25. Hydraulické prípojky 65,66,68 sú ako v príklade z obr.32 prítok a odtok tekutiny ako aj spojenie so zásobníkom hydraulického tlaku .

-33/48

4.7 Seizmické zabezpečenie objektov na stĺpoch na princípe virtuálneho kyvadla

Objekty ako osvetľovacie telesá, smerové tabule na stožiaroch alebo stĺpoch majú tendenciu sa pri silnom vodorovnom kmitaní podložia porušiť buď vybočením alebo ulomením, pretože môže dôjsť zosilneniu pohybov a zväčšeniu maximálneho zrýchlenia v dôsledku rezonančného kmitania

Pokiaľ základ pri kmitani podložia v horizontálnom alebo vertikálnom smere svojou polohou zostane paralelná s počiatočnou polohou potom horný koniec stĺpa alebo stožiara získa ako základ objektu alebo ochranného modulu prídavnú os pohybu v dôsledku ohybu stĺpa a sklon zvýšenej základne v dôsledku naklonenia, ako to znázorňuje

Obr.34 veľkosť hmoty nesenej na vrchole stožiara má značný vplyv na správanie sa stožiara pri kmitani. Ohybový moment vyvolaný reakciou hmoty pri vodorovnom zrýchlení je pri stožiaroch bez zaťaženia vo vrchole nižší a je spôsobený len vlastnou hmotou, ohyb a uhol sklonu na hornom konci stožiara sa zníži.

Ak sa umiestni medzi koniec stožiara a nesený objekt ochranný modul bude vrchol stožiara zaťažený len hmotou ochranného modulu, ktorá môže byť výrazne nižšia ako hmota neseného objektu, čím sa zníži uhol naklonenia konca stožiara.

Aby nesený objekt nebol vystavený dodatočným zmenám sklonu konca stožiara, pretože s tým spojené otrasy okolo kyvnej osi objektu môžu tento ohroziť, alebo ho urobiť nefunkčným musí byť aj zmena sklonu kompenzovaná alebo aspoň značne zmiernená prostredníctvom ochranného modulu.

Obr.35 ukazuje priečny pohľad a čiastočný rez ochranného zariadenia na hornom konci stožiara 71. Zariadenie podopiera nosník 72, ktorý môže slúžiť napríklad na uchytenie osvetľovacích telies.

Obr.35a predstavuje priečny rez k obr.35

Obr.35b ukazuje pohľad zhora

Stožiar nesie na hornom konci štyri ramená 73, z ktorých dve a dve nesú držiaky 74 na každom zo štyroch koncov je dvojsmerné kĺbovo pripojené visiace kyvadlo 2.

Nosník 72 je jednoosovo kĺbovo uložený prostredníctvom dvoch stojok 75 na dvoch spájacích prvkoch 8. Spájacie prvky 8 visia dvojosovo kĺbovo uložené na dvoch kyvadlách g a sú na treťom bode dvojosovo kĺbovo podoprené stojacim kyvadlom 7 a svojim spodným koncom sú dvojosovo kĺbovo uložené na hornom konci stožiara. Kyvadlá, podperné prvky 2 a 7 sú priestorovo naklonené a umiestnené tak, aby pri odklone osi horného konca stožiara z vertikály zostal nosník 72 približne vo

- 34/ 48

-351025

1030

1035

1040

1045 vodorovnej polohe. Oddelením kmitania nosníka 72 so svojim zaťažením od kmitania stožiara vybudeným základom nevyvolajú nesené hmoty reakcie na stožiari a zníži sa tak jeho zaťaženie.

Obr.36 predstavuje izoláciu kmitania na ochranu proti účinkom zemetrasenia pre osvetľovaciu jednotku na stĺpe 71, pri ktorej sa použije virtuálne kyvadlo podľa princípu, ktorý je schematicky znázornený na obr.21.

Na hornom konci stĺpa sú tri ramená 76 v tomto prípade kruhového tvaru, ktoré nesú vo svojom vrchole na dvojosovo-kĺbovom ložisku podperného prvku 11, šikmo orientované kyvadlo. Na spodnom kĺbovom bode 12 je uchytený spojovací prvok 9, ktorý vo zvislom pohľade obr.36a vyzerá ako trojramenná hviezda. Spojovací prvok 9 nesie na svojom vrchole kardanové uloženie 77 podperného telesa 78 na ktorom sú umiestnené tri alebo viac lúčov 79, ktoré sú spojené kruhom 80, ktorý nesie niekoľko lámp 81.

Kyvadlo - podperný prvok 11 môže byť vytvorené tiež lanom ako je to znázornené na obr.36b.

Pružná vlnitá rúra slúži na uloženie elektrického vedenia medzi stĺpom 71 a lampami 81.

Obr.37 ukazuje druhý príklad použitia virtuálneho kyvadla podľa princípu znázorneného na obr.21. na oddelenie kmitania nosníka lampy 82 od kmitajúceho stĺpa 71, ktorého vlastné kmitanie je kombinované s kmitaním základne.

Stĺp 71 nesie na hornom konci tri držiaky 76 a na každom kyvadle - podpernom prvku 11, ktoré je vytvorené buď ako tuhý podperný prvok 11 s dvojosovo kĺbovými ložiskami na obidvoch koncoch alebo ako jednoduchá lanová konštrukcia, ktoré nesie spojovací prvok 9 tvaru trojnožky, ktorý na kardanovom uložení 77 nesie visiace podperné teleso 78, ktoré je pevne spojené s tromi držiakmi 82 ako lampový nosník.

Obr. 38pri tomto prevedení oddelenia kmitania uloženie skupiny lán na stĺpe používa virtuálne kyvadlo, ktorého princíp je znázornený na obr.23. Tri alebo viac ramien 76 na hornom konci stĺpa 71 nesie pomocou lán 83 prípadne pomocou kyvadla 2 na oboch koncoch kardanovo uložený spojovací prvok 8 s hviezdicovo usporiadanými ramenami 73 zodpovedajúcimi počtu kyvadiel.

V ťažisku 13 spojovacieho prvku 8 je kardanovo uložený vertikálny podperný prvok 14. Spodný koniec podperného prvku 14 je na stĺpe 71 radiálne podoprený dvojosovo kĺbovo a axiálne posuvne uložený.

Na hornom konci podperného prvku 14 je uchytený v kardanovom uložení lampový nosník 82 s viacerými ramenami 79 na uchytenie lámp 81.

-35/48

1050

-36Obr.39 ukazuje variant pri použití rovnakého princípu ako v príklade pódia obr.38. Tu sú ramená 76 umiestnené vo vnútri rozmiestnenia kyvadiel. Kyvadlá z lán 83 alebo dvojosovo kĺbovo uložené kyvadlá na obidvoch koncoch nesú kruh 80, ktorý prostredníctvom lúčov 73 nesie vo svojom strede obruč 84, ktorá prostredníctvom kardanového uloženia 77 drží zvislý podperný prvok 14. V ostatnom zodpovedá toto prevedenie príkladu z obr.38.

4.8 Seizmické zabezpečenie zavesených objektov na princípe virtuálneho kyvadla

Objekty zavesené na stropoch budov ako napr. lampy, reklamné tabule atď. začnú pri kmitaní budovy takisto kmitať. Visiace objekty predstavujú samé kyvadlo a je možné, že sa pri bežných rozmeroch dostanú do rezonančného kmitania. Amplitúdy kmitania narastú, objekty môžu naraziť o strop, poškodiť sa alebo sa zničiť, prípadne odpadnúť. Pri ohrození takto visiacich elektrických objektov je nebezpečie vzniku požiaru v dôsledku elektrického skratu. Ťažké visiace objekty, ako sú veľké lustre v sálach a halách predstavujú pri odtrhnutí tiež nebezpečie pre osoby.

Pri jestvujúcich budovách by bolo preto zmysluplné znížiť ohrozujúci potenciál takýchto visiacich objektov tým, že sa zavesia na virtuálne kyvadlo.

Obr.40 ukazuje zavesenie osvetľovacej jednotky na virtuálnom kyvadle na princípe podľa obr.21.

Na troch lanách 83 pripevnených na strope vo vrcholoch rovnoramenného trojuholníka, ktoré sa zbiehajú šikmo do stredu je zavesený rúrový podstavec vo forme trojstrannej pyramídy 85. Vo vrchole pyramídy je dvojosovo kĺbovo uložená tyč 86 v najjednoduchšom tvare pomocou dvoch zreťazených kruhov, ktorá slúži ako nosník pre lampu.

Obr.41 ukazuje lampu zavesenú na virtuálnom kyvadle väčšej dĺžky porovnateľne s príkladom podľa obr.40. Tu pozostáva spojovací prvok 9 z troch ramien 76, ktoré vytvárajú hrany trojstrannej pyramídy.

Obr.42 Svietidlá 87 sú zavesené v rade vždy na dvoch virtuálnych kyvadlách so schémou podľa obr.11. Stabilný podperný prvok 2 je vytvorený pomocou zaveseného kyvadla na strope vo forme dvojosovo kĺbovo uloženého prúta, lana alebo reťaze a podopiera koniec spojovacieho prvku 8. Nosná konštrukcia 5 pozostávajúca zo štyroch prvkov vo forme prútov, lán alebo reťazí je pripevnená na strope, ako hrany obrátene visiacej pyramídy vytvárajú podperný bod 88 pre spodný dvojosovo uložený ložiskový bod nestabilného podporného prvku 7, na hornom konci dvojosovo kĺbovo uložený a druhom konci spojeným so spojovacím prvkom 8. Na spojovacom prvku 8 visí jednoosovo kĺbovo uložená podpera 89, na ktorej sú vertikálne pružne zavesené svietidlá 87.

-36/48

-371085

1090

1095

1100 •· 1105

1110

4.9 Tlmenie kmitania pomocou prídavnej hmoty na virtuálnom kyvadle

Výškové budovy, štíhle veže, vysoké stožiare a komíny sú v dôsledku zemetrasenia a silného vetra vybudené k priečnemu kmitaniu, ktoré môže mať kritické následky. Za účelom zníženia napätí vznikajúcich v dôsledku pretvorení a na predchádzanie únavy materiálu sa veími účinne použijú zariadenia na tlmenie kmitania, ktoré znižujú amplitúdu kmitania. Pritom sa umiestnenia prídavné hmoty vo vrchole budovy alebo pri štíhlych komínoch a stožiaroch ukotvených na lanách v miestach kde vznikajú najväčšie amplitúdy kmitania tak, aby boli schopné vlastného kmitania a s budovou sa spoja pomocou podperných prvkov a tlmičov alebo sa pomocou aktívnych systémov uvedú do pohybu tak, aby reaktívne sily pohonu prídavnej hmoty tlmiča kmitania pôsobili proti vlastným pohybom budovy.

Na uchytenie prídavných hmôt sa s výhodou používajú virtuálne kyvadlá. Pri minimálnom zábere priestoru je možné virtuálne kyvadlo jednoduchým spôsobom prispôsobiť pre každú vlastnú frekvenciu podopieranej hmoty tlmiča pomocou voíby okrajových parametrov kyvadla.

Pri aktívne poháňaných tlmičoch kmitania je pri použití virtuálneho kyvadla využívaná výhoda veími nízkeho trenia v miestach zavesenia hmoty a ľubovolne nastaviteľná perióda vlastného kmitania.

Obr.43 predstavuje pasívny tlmič vo veži. Tri virtuálne kyvadlá P_v na princípe, podľa obr.11 podopierajú tlmiacu hmotu 90. Pražiace tlmiče 91 rozopierajú hmotu vodorovne oproti hmote budovy.

Obr.44 zobrazený aktívny systém tlmenia kmitania pozostáva z tlmiacej hmoty 90, ktorá je podoprená tromi virtuálnym kyvadlami P_v na princípe zodpovedajúcemu obr.11. Referenčná hmota 92 je podoprená na troch virtuálnych kyvadlách na princípe pódia obr.9, s výrazne nízkym trením a malou materiálnou hysterézou je nastavená na veími dlhú periódu vlastného kmitania.

Snímače 93 polohy referenčnej hmoty 92, ktorej pohyby sú oddelené od pohybov budovy dodávajú v závislosti na polohe budovy prostredníctvom riadiacej jednotky hodnoty nastavenia pre pohyb tlmiacej hmoty 90 pomocou špeciálnych prvkov 94.

Obr.45 ukazuje systém na tlmenie kmitania s podoprením tlmiacej hmoty 90 pomocou troch virtuálnych kyvadiel P_v podľa princípu zodpovedajúcemu obr. 13, ktorý sa dá použiť pre aktívny aj pre pasívny systém. Podporné prvky namáhané ťahom sú v tomto prípade vytvorené z lán.

Obr.46 ukazuje podopretie tlmiacej hmoty 90 alebo referenčnej hmoty 92 pri aktívnom systéme na troch virtuálnych kyvadlách P_v podľa princípu zodpovedajúcemu obr.21. Stabilné podporné prvky 11 sú v tomto prípade zhotovené ako lanová konštrukcia.

-37/48

-38Obr.47 Pri systéme tlmenia kmitania rúrového stožiara je tlmiaca hmota 90 umiestnená mimo stožiara vo forme kruhu a podoprená pomocou troch virtuálnych kyvadiel P_v podľa princípu zodpovedajúcemu obr.11. Stabilný podperný prvok, kyvadlo 2 sa nedotýka priamo spojovacieho prvku 8, ale je pomocou predĺženia 95, ktoré nepôsobí ako kyvadlo pomocou medzirahlej páky 96 preloženej do vyššej roviny a ušetrí tak radiálne rozťahovanie v požadovanom priestore, čím zníži odpor vzduchu. Pomocou opláštenie 97 sa oddelí účinok tlmiča kmitania od účinkov vetra.

Obr.48 Pri pasívnom systéme tlmenia kmitania pre priehradový stožiar je tlmiaca hmota 90 z dôvodu zníženia odporu vzduchu umiestnená dookola stožiara vo forme plochého kruhového kotúča a podoprená pomocou troch virtuálnych kyvadiel P_v podľa princípu zodpovedajúcemu obr.11. Spätné pruženie vzniká popri samostatnom centrovaní prostredníctvom virtuálnych kyvadiel P_v prostredníctvom pružiny 98 na spodnom kĺbe nestabilného podporného prvku 7. Tlmenie vzniká prostredníctvom trecieho kotúča 99. Stabilné podporné prvky 2 sú vytvorené ako laná.

Aby sa funkcia tlmiacej konštrukcie neovplyvňovala účinkami síl od vetra je táto vybavená plášťom 97 s nízkym aerodynamickým odporom.

4.10 Zníženie nebezpečia tečenia zeminy

Silné zníženie nebezpečia tečenia zemín

Pri kmitajúcom podloží vyvolávajú meniace sa momenty od hmoty budovy napučiavajúce zaťaženie základu, ktoré pri určitých podložiach zapríčiňuje poškodenie podložia a znižuje únosnosť základovej pôdy tak, že dochádza k sadaniu budovy.

Pretože budovy ochránené pomocou virtuálneho kyvadla sú skoro úplne odizolované od vodorovného kmitania podložia, hmota budovy potom nie je vystavená vodorovnému kmitaniu, nevznikajú žiadne reakcie od klopiaceho momentu hmoty budovy, takže , sa zabráni účinkom vyvolávajúcim zplastizovanie pôdy alebo sa tieto zredukujú na únosnú mieru.

Reakcie hmoty budovy spôsobujú pri vibráciách a pri určitých podložiach stekutenie pôdy s fatálnymi následkami. Z pôdy sa stane vysoko viskózna kvapalina a budova sa buď preklopí alebo sa zaborí do pôdy. Ak je hmota budovy menšia ako hmota objemu zeminy, ktorý zaberá budova uložená v podloží dôjde pri stekutení k vyplávaniu budovy, ktorá sa pri tom zodvihne. Pomocou ochranného modulu na báze virtuálneho kyvadla sa zredukuje reakcia od hmoty budovy na 3/1000. Predíde sa tým stekuteniu aj v krajných prípadoch.

Pri vodorovnom kmitaní podložia sa ku statickému zaťaženiu základu pridá dvojica síl prenášajúca klopiaci moment vznikajúci zrýchlením hmoty budovy, ktorých smer sa mení synchrónne s kmitaním.

-38/48

-391150

1155

1160

1165

1170

Meniace sa prídavné zaťaženie na hrane základu zo zrýchlenia hmoty budovy.

(24)

m...........hmota budovy

a...........zrýchlenie v ťažisku budovy h„..........výška ťažiska budovy nad spodnou hranou základu

W...........najväčšia vzdialenosť hrán základu v smere kmitania podložia

Meniace sa tlaky v zemine vyvolávajú vo vlhkých pôdach pumpový účinok na vodu, ktorá sa nachádza v tejto pôde. Týmto sa vnútorné trenie medzi čiastočkami zeminy ako je piesok a štrk v dôsledku pulzujúceho prietoku medzi čiastočkami zmenší, pôda sa zmení na viskóznu tekutinu, stekutie na kašu.

Budovy sa môžu zaboriť do pôdy a pri nesymetrickom postupe stekutenia sa môžu preklopiť.

Pri tomto objavnom podoprení objektov nevznikajú vyššie popísané reaktívne účinky nesenej hmoty, pretože táto nie je vystavená skoro žiadnemu zrýchleniu. Statickému zaťaženiu základov sa nepridajú meniace sa zaťaženia z klopiacich momentov. Nebezpečie stekutenia zeminy sa vo veľkej miere zníži.

Obr.49 Aby sa ešte viac znížilo ohrozenie budov zabezpečených ochranným modulom s virtuálnym kyvadlom P_v aj pri veľmi mäkkých a vlhkých pôdach je základ, ktorý tvorí základňu ochranného modulu tak navrhnutý, že objem podzemnej časti budovy, ktorá je uložená v zemi vzhľadom na objemovú hmotnosť danej pôdy je primerane ľahký a tuhý a navrhnutý tak veľký, že hmota vytlačenej zeminy je s celkovou hmotou budovy v rovnováhe.

Aby sa znížili mechanické silové účinky kompresných vín v pôde na základ je spodná strana základu 100 smerom k okraju zakrivená nahor.

Obr.50Ak pri mäkkých vlhkých zeminách sa pod vrstvami sedimentov v nie veľkej vzdialenosti nachádza pevnejšia pôda alebo skalné podložie navrhne sa základ podľa zobrazenia na obr.49 dodatočne uložený na pilótach 103.

-39/48

4.11 Utesnenie budovy medzi základňou a zabezpečeným objektom

Obr.51 Medzi vonkajšou stenou podzemného podlažia, ktorá je uložená v podloží a pri zemetrasení preberá vodorovné kmitanie pôdy a konštrukciou budovy 51 podoprenej ochranným modulom na princípe virtuálneho kyvadla, ktorá zostáva na mieste v pokoji je navrhnutá dilatačná medzera 113, ktorá však musí byť tesná na účinky vetra, prachu, vlhkosti a škodlivému hmyzu.

Na jednej strane dilatačnej medzery spravidla na hornej strane sú umiestnené pásy drôtenej kefy 101 a medziíahlé priestory sú vyplnené izolačnou vlnou 104. Na protiľahlej strane je nastaviteľné pripevnený pohyblivý rám 102 so zošikmenými hranami.

Obr.S2Ak sú ochranné moduly vybavené dodatočne zvislým pružením a tlmičom na potlačenie zvislých kmitaní je potrebné tesnenie dilatačnej škáry taktiež vybaviť zvislým odpružením.

Ku konštrukcii budovy 51 odizolovanej proti kmitaniu alebo prídavnej klznej ochrannej lamele 105 sa pomocou pružných prvkov 107 napr. v tvare vinutých alebo listových pružín pritlačí tesniaci rám 106 tvaru U. Tesniaci rám 106 je svojou spodnou časťou 108 v tvare U pevne spojený s vonkajšou stenou 22 podzemného podlažia budovy. Rám má vertikálne vedenie a je oproti spodnej časti utesnený klznou tesniacou lištou 109 nastavenou prostredníctvom pružinovej sily. Tesniaci rám 106 je utesnený pomocou tesniacich líšt 109 a zátok 110, ktoré sú tlačené pružinami zvislo nahor oproti budove alebo tesniacej lamele 105.

4.12 Zníženie požiarneho nebezpečia zmenou kontaktu s prípojkami

Obr.53 Pretože hmota budovy je pri kmitaní podložia pri zmene frekvencie vodorovne zrýchlená, vyvolá reaktívna sila hmoty na podložie prostredníctvom zvislých plôch základových stien 22 podzemného podlažia tlak. V závislosti od vzniknutého plošného tlaku je pôda stláčaná alebo odľahčovaná, v dôsledku čoho vzniká vo vedeniach inžinierskych sietí 111 uložených v zemi a prípojkami vedení pripojených k budove k pnutiu, ktoré môže viesť k porušeniu vedení. Prasknutie plynového vedenia a skrat na elektrickom vedení vyvolajú požiar. Táto častá príčina požiaru sa dá znížiť tým, že sa zníži stlačenie zeminy a s tým spojené naťahovanie vedenia, pretože plošné tlaky na podložie sa znížia a reakcia od zrýchlenia nie je vyvolaná hmotou celej budovy ale len oveľa menšou časťou t.j. hmotou základu budovy. Nebezpečie lokálneho zlomu potrubia sa pomerne k tomu zníži.

Vo vnútri budovy zaisťujú poddajné spojenia vedení vo visiacich U slučkách 112, takže pri relatívnych pohyboch medzi kmitajúcou základom a odizolovanou konštrukciou budovy 51 nevzniknú žiadne poruchy na vedení.

- 40/ 48

-41 1205

1210

1215

1220

1225

1230

4.13 Tolerovanie možných trhlín v podloží objektu

Dokonca aj v nezvyklom prípade kedy sa vytvorí pozdĺžna trhlina priamo pod budovou oba okraje sa posunú protismeme, dokáže systém toto tolerovať, pretože moduly fungujú nezávisle na sebe a zmenu rozpätia na základe vyrovnajú.

Systém zabezpečí stabilitu nesenej konštrukcie.

Obr.54 Vzdialenosť podpier t na strane nesenej konštrukcie budovy 51 je v dôsledku pevného pripojenia nemenná. Vzdialenosť podpier ochranného modulu 56 na strane základu 20 zodpovedá vzdialenosti podpier na budove.

Ak vznikne v dôsledku tlakovej vlny pri zemetrasení trhlina medzi ochrannými modulmi 56 zväčší sa rozpätie ochranných modulov 56 o hodnotu šírky trhliny Sp. Ochranné moduly centrujú podperné body pôsobiace ako virtuálne kyvadlo do stredu svojej amplitúdy pod svoj virtuálny závesný bod.

Ak sa zväčšia vzdialenosti závesných bodov dvoch virtuálnych kyvadiel, potom podporné body, ktoré sú navzájom pevne spojené sa nastavia do vyrovnávajúcej polohy tak, že vzdialenosť od pôvodného stredového bodu je pri oboch virtuálnych kyvadlách rovnaká.

4.14 Redukcia účinku výbuchovej tlakovej vlny

Na základe nízkeho odporu neseného objektu proti posunu oproti základe môže sa objaveným spôsobom budova alebo objekt pri tlakoch vzduchu, ktoré prekračujú hodnoty najsilnejších vetrov, čo môže vzniknúť pri explózii v blízkosti budovy, vybočiť v každom smere a tým účinok momentu od tlakovej sily zmenšiť.

Podopretie proti účinkom vetra sa automaticky nastaví na silu vetra prostredníctvom regulačného systému rýchlosťou, ktorá zodpovedá situácii pri zmene sily vetra

Náraz tlaku vzduchu v dôsledku explózie sa udeje počas veľmi krátkeho času, počas ktorého nedôjde k postrehnuteľnému nárastu podperných síl, ktoré by kompenzovali účinky vetra pomocou samoregulačného mechanizmu. Tým sa môže budova pri rázovitom zaťažení prostredníctvom tlakovej vlny pri miernej protichodnej sile uhnúť späť, čo značne zmierni výmenu impulzov.

-41/48

-425 Krátky popis výkresov

Obr. 1 je zobrazením budovy podoprenej vynájdeným ochranným modulom proti účinkom zemetrasenia, ktorý predstavuje virtuálne kyvadlo veľkej dĺžky, pričom sa správa tak, akoby bola budova zavesená na dlhom kyvadle dĺžky l_v.

Obr. 2 - Obr. 4 znázorňujú zariadenia na ochranu proti účinkom zemetrasenia zodpovedajúce stavu technického poznania v zmysle zobrazení v prislúchajúcich rezoch..

Obr. 5 objasňuje schematické zobrazenie a použité znaky a funkcie matematického kyvadla, ako sú tieto používané v odseku .Dedukcia k riešeniu postavenej úlohy* k principiálnemu popisu.

Obr. 6 a Obr.7 predstavujú kombináciu dvíhajúcich a klesajúcich harmonických pohybov.

Obr. 8 slúži k objasneniu vynálezu a schematicky znázorňuje pevné a pohyblivé kyvadlá slúžiace ako podperné prvky.

Obr. 9 je zjednodušené schematické zobrazenie príkladu zariadenia, ktoré vytvára virtuálne kyvadlo veľkej dĺžky pri porovnateľne malom zvislom predĺžení. Objasňuje tak princíp činnosti, ktorý je obsiahnutý v riešení úlohy, pričom bod tejto kinematickej schémy môže slúžiť ako podperné zariadenie pre nesený objekt s možnosťami priestorového pohybu, ako by tento bod bol kmitajúcim koncom dlhého kyvadla.

Obr. 10 je zjednodušeným zvislým pohľadom na schému z obr.9.

Obr. 11 obsahuje použité označenia ku schéme kyvadla

Obr. 12 je zjednodušené schematické zobrazenie variantu schémy z obr.9.

Obr. 13 predstavuje virtuálne kyvadlo vo variante schémy z obr.9, pri ktorom je vodiaca páka zaveseného stabilného kyvadla v inej výškovej úrovni, ako vodiaca páka nestabilného zaveseného kyvadla.

Obr. 14 - Obr. 16 ukazujú virtuálne kyvadlu z obr. 13 v rôznych fázach pohybu.

Obr. 17 ukazujú virtuálne kyvadlu z OBR. 13 v reláciách posunov voči kmitajúcej základe

Obr. 18 je zjednodušené schematické znázornenie druhého príkladu, kde je virtuálne kyvadlo riešená iným spôsobom, ako v príklade z obr.9.

Obr. 19 je zjednodušeným zvislým pohľadom na schému z obr. 18.

Obr. 20 a Obr. 21 ukazujú zjednodušené schematické znázornenie rozšírenia k príkladu v obr. 18 a obr. 19 za účelom získania väčšej virtuálnej dĺžky kyvadla.

Obr. 22 je schematickým znázornením variantov virtuálneho kyvadla.

Obr. 23,23a, 23b, 23c ukazujú schému virtuálneho kyvadla a fázy pohybu.

Obr. 24 ukazuje relatívne posuny základu voči virtuálnemu kyvadlu.

Obr. 25 ukazuje v principiálne realizovateľnej podobe zariadenie na centrovanie a kompenzáciu účinkov vetra pre objekt nesený pomocou virtuálneho kyvadla

Obr. 26 je zobrazenie zariadenia na centrovanie pomocou elastomerového pružinového bloku objektu neseného virtuálnym kyvadlom.

- 42/ 48

-431270

1275

1280

1285

1290

1295

1300

1305

Obr. 27 je zariadenie na centrovanie a prenos účinkov vetra pre objekt nesený virtuálnym kyvadlom prostredníctvom gule, ktorá zatláčaná pružinovou silou do lievika..

Obr. 28 je zjednodušené znázornenie schémy hydropneumatického systému na centrovanie a prenos účinkov vetra pre objekt nesený virtuálnym kyvadlom .

Obr. 29 je zariadenie na centrovanie a prenos účinkov vetra pre objekt nesený vitálnym kyvadlom prostredníctvom vahadla, ktoré sa opiera hydropneumatickou pružinovou silou o stenu základu spojenú so základňou.

Obr. 30 znázorňuje zhodné zariadenie, ako na obr.29, so zabudovanou hydraulickou pumpou, ktorá získava energiu na svoj pohon z pohybov základne pri zemetrasení.

Obr. 31 znázorňuje zariadenie na centrovanie budovy zaťaženej vetrom, pričom ako vzťažný bod slúži časť budovy nevystavená účinkom vetra.

Obr. 32 predstavuje schému vertikálneho odpruženia budovy za účelom zníženia zrýchlenia..

Obr. 33 predstavuje modul chrániaci pred účinkami zemetrasenia so zvislým odpružením a zabezpečením proti účinkom vetra..

Obr. 34 ukazuje elastické pretvorenia pri kritickom kmitaní stĺpa osvetlenia.

Obr. 35 ukazuje virtuálne kyvadlo vo vrchole stožiara..

Obr. 35a je priečny rez k obr.35.

Obr. 35b je pohľad k obr.35.

Obr. 36,36a, 36b, znázorňujú skupinu lámp na stĺpe s izoláciou proti kmitaniu pomocou virtuálneho kyvadla a detaily.

Obr. 37 - Obr. 39 ukazujú varianty svietidiel na stĺpoch izolovaných proti kmitaniu..

Obr. 40 a Obr. 41 ukazujú visiace lampy s izoláciou proti kmitaniu pomocou virtuálneho kyvadla pódia schémy z obr.21.

Obr. 42 ukazuje zavesenie rady lámp na virtuálnom kyvadle pódia schémy z obr.9.

Obr. 43 ukazuje tlmič kmitania podoprený virtuálnym kyvadlom pódia schémy z obr.9.

Obr. 44 ukazuje tlmič kmitania ako obr.43 s polohovým vzťažným bodom na virtuálnom kyvadle pódia schémy z obr. 21.

Obr. 45 ukazuje podopretie tlmiacej hmoty na virtuálnom kyvadle pódia schémy z obr. 13.

Obr. 46 ukazuje hmotu tlmiča kmitania alebo polohovú referenčnú hmotu visiacu na virtuálnom kyvadle podľa schémy z obr.21

Obr. 47 ukazuje tlmič kmitania podoprený virtuálnym kyvadlom umiestnený na rúrovom stožiari.

Obr. 48 ukazuje tlmič kmitania uchytený pomocou virtuálneho kyvadla na priehradovom stožiari. Obr. 49 ukazuje základ chrániaci proti účinkom zemetrasenia, ktorý tvorí základňu virtuálneho kyvadla.

Obr. 50 ukazuje základ na pilótach chrániaci proti účinkom zemetrasenia, ktorý tvorí základňu virtuálneho kyvadla

Obr. 51 ukazuje utesnenie pohybovej škáry pri budove izolovanej proti kmitaniu.

-43/48

-44Obr. 52 ukazuje utesnenie pohybovej škáry pri budove izolovanej proti kmitaniu v horizontálnom aj vertikálnom smere.

Obr. 53 ukazuje spôsob napojenia vedení inžinierskych sietí k budove odizolovanej proti kmitaniu .

Obr. 54 ukazuje účinok trhliny vzniknutej pri zemetrasení medzi ochrannými modulmi na princípe virtuálneho kyvadla.

Obr. 56 ukazuje ochranný modul zabudovaný do podzemného podlažia objektu, ako zariadenie na nesenie objektov a budov realizáciou virtuálneho kyvadla na princípe podľa obr.21.

Obr. 66 ukazuje spôsob zabudovania ochranného modulu so zvislým odpružením v podzemnom podlaží budovy.

Obr. 57 znázorňuje ochranný modul, ako na obr.55, so zabudovaným zariadením na centrovanie a kompenzáciu účinkov vetra podľa schémy z obr.25.

Obr. 58 znázorňuje ochranný modul, ako na obr.55, kombinovaný s elastomerovým

Obr. 59 predstavuje ochranný modul zabudovaný na úrovni terénu, ako zariadenie na nesenie budov a objektov, realizované pomocou virtuálneho kyvadla na princípe podľa obr.12

Obr. 60 ukazuje zvislý rez budovou nesenou ochranným modulom ako na obr.59 so znázornením polohy podperných zariadení na centrovanie a kompenzáciu síl od vetra.

Obr. 61 je horizontálny rez podzemným podlažím budovy a rámovým základom v rovine centrovacieho zariadenia a ukazuje usporiadanie podoprení príkladu z Obr.30.

Obr. 62 ukazuje premiestnenie základne so základom relatívne k podzemnému podlažiu budovy, ktoré je v pokoji, pri pohybe v smere rovnobežnom s jednou so stien budovy.

Obr. 63 ukazuje premiestnenie základne so základom relatívne k podzemnému podlažiu budovy, ktoré je v pokoji, pri pohybe v smere šikmom ku stene budovy.

Obr. 64,64a, 64b ukazuje virtuálne kyvadlo slúžiace k podopreniu výškovej budovy

Obr. 65 ukazuje virtuálne kyvadlo na zabudovanie do betónovej základne podľa schémy v obr.21.

Obr. 66 ukazuje podopretie hornej stavby mostnej konštrukcie uloženej na pilónoch pomocou virtuálneho kyvadla.

Obr. 67 ukazuje podopretie pylónu o základňu pomocou virtuálneho kyvadla.

Obr. 68 ukazuje podopretie priehradového stožiara virtuálneho kyvadla podľa schémy z obr.21

Obr. 69 ukazuje podopretie potrubia pomocou virtuálneho kyvadla.

Obr. 70 ukazuje podopretie potrubného mosta virtuálnym kyvadlom.

- 44/ 48

-451340 6 Opis výhodných vyhotovení

Obr.1 Ukazuje vynájdené uloženie budovy alebo objektu na konštrukcii nazvanej ako modul chrániaci pred účinkami zemetrasenia - skrátene ochranný modul 56, ktorý je prostredníctvom priebežného spoločného základu, alebo základových pätiek pre jednotlivé moduly pevne spojený s podložím. Ochranne moduly nesú stavebný objekt a umožňujú mu na podperných bodoch 1345 ochranného modulu spôsob pohybu blízky tomu, ako by bol tento objekt zavesený na veľmi dlhom kyvadle, pričom je objektu udelené len minimálne zrýchlenie. Pri veľmi malej stavebnej výške predstavuje takýto ochranný modul virtuálne kyvadlo P_v veľkej virtuálnej dĺžky l_v s dlhou periódou kmitania. Ochranného moduly sú nastaviteľné tak, aby pri požadovaných amplitúdach kmitania boli schopné vykonať možný posun tak, že sa pri extrémnom posune podložia tento neprenesie do 1350 objektu. Zodpovedajúcim návrhom a nastavením sa dosiahne to, že frekvencia vlastných tvarov kmitania budovy nesenej ochranným modulom je mnohonásobne vyššia, ako frekvencia kmitania podložia pri bežných zemetraseniach.

Obr.55 znázorňuje ochranný modul 56 v prevedení podľa schémy z obr.21 zabudovaný do podzemného podlažia budovy. Tri podperné prvky 11 majú na svojich koncoch sférické kĺbové 1355 ložisko 15 alebo alternatívne kardanové alebo guľové ložisko 17 a sú na oboch svojich koncoch dvojosovo kĺbovo uchytené k nosnej konštrukcii 5 a na spodnom konci nesú spojovací prvok 9. Na hornom konci spojovacieho prvku 9 je podpera 16 budow, ktorá je spojená s nosnou konštrukciou 51 budovy a pomocou guľového ložiska 17. Kĺbovo uložené, harmonikové ochranné vrece 18 z elastomerového materiálu, alebo kovu utesňuje hermeticky guľové ložisko. Klzné tesnenie 19 1360 utesňuje škáru medzi neseným objektom, ktorý sa môže pohybovať oproti základu 6 e a základovej stene základu.

Obr.56 ukazuje ochranný modul 56 podľa schémy na obr. 12, ktorý je zabudovaný v podzemnom podlaží budovy. Zvislé izolátory kmitania podľa schémy na obr.32 sú integrované do podpery budovy 16. K vykrytiu relatívnych posunov medzi izolovanou budovou a základom je 1365 použité tesnenie medzery 114 podľa schémy v obr.52.

Obr.57 Ukazuje ochranný modul 56 podobného prevedenia ako na obr.55. Dodatočne je zabudované zariadenie 57 na centrovanie a zachytenie účinkov vetra podľa schémy v obr.25. Toto riešenie má tú výhodu, že šetrí priestor. Obe funkcie, to je niesť objekt v jeho centrovanej polohe a vzdorovať účinkom vetra sú spojené v jednej jednotke.

1370 Obr.58 ukazuje ochranný modul 56 obsahujúci nosnú a centrovaniu funkciu. Centrovanie zabezpečuje elastomérov pružinový blok 48.

- 45/ 48

-46Obr.59 ukazuje ochranný modul v prevedení pódia schémy v obr. 12 v prevedení pre veľké zaťaženia pre vysoké budovy umiestnený na úrovni terénu. Visiace kyvadlo, podperný prvok 2 má na oboch koncoch umiestnený sférický alebo kardanový kĺb a je na hornom konci zavesené na nosnej konštrukcii 5. Na spodnom konci ložiska 2 je uložený nosník slúžiaci ako spojovací prvok 8. Druhý koniec spojovacieho prvku 8 sa opiera o guľové ložisko 17 alebo alternatívne kardanové alebo sférické ložisko na stojacom nestabilnom kyvadle, podpernom prvku 7. Toto kyvadlo, podperný prvok 7 sa opiera na spodnom konci rovnakým guľovým ložiskom 17 ako na hornom konci o základ, ktorú tvorí v tomto prípade základ 2O.Na nosníku 8 je jednoosovo kĺbovo podoprená podpera budovy 16. ktorá nesie budovu 1. Prízemie budovy 1 visí spolu s podzemnými podlažiami 22 na budove 1. Medziľahlé priestor 23 medzi podzemným podlažím 22 a základom 20 na základni je prekrytý vonkajšou časťou prízemia a medzera k základu je utesnená klzným tesnením 19. Vedenia inžinierskych sietí 21 medzi základom 20 a podzemným podlažím 22 budovy sú realizované formou U- slučky, aby nedošlo pri posunoch budovy voči základni k ich ohrozeniu.

Obr. 60ukazuje čiastočný zvislý rez výškovej budovy s podoprením pomocou ochranných modulov 56 umiestnených pozdĺž vonkajšej hrany budovy s konštrukciou podľa obr.59. V rovine 54 podzemného podlažia 22 sú po obvode budovy umiestnené vodorovné podoprenia 24 podľa princípu v obr.29 alebo obr.30 so zodpovedajúcim hydraulickým vybavením podľa obr.28.

Obr.61 ukazuje vodorovný rez podzemným podlažím budovy 22 a rámovým základom 20 vybudovaným okolo podzemného podlažia, tvoriacim nosnú základňu ochranného modulu v rovine 54 z obr.60. Na každej strane podzemného podlažia 20. ktoré je vo všetkých smeroch pohyblivé relatívne ku základe a s ňou spojeným základom 20 sa nachádzajú na stenách po dve zariadenia na vodorovné podopretie 24 prenášajúce účinky vetra a slúžiace tiež na presné centrovanie polohy budovy voči základu. Tieto zariadenia sú zhotovené podľa schémy na obr.30. Ak na budovu pôsobia účinky vetra, zostáva táto v rovnakej polohe, ako je to znázornené na obr.61. Podperné zariadenie reaguje na najmiemejšie dopraženie a zvyšuje silu v podpernom systéme dovtedy, kým nedôjde k rovnováhe s účinkami vetra. Pri presne vycentrovanej polohe bez vonkajších síl od vetra je medzi kolieskami a stenou základu predpokladaná mierna vôľa. Všetky pražiace valce sú úplne vysunuté až po ich hydraulicky tlmený doraz.

Obr.62 Ak základ vykoná pri zemetrasení posun v smere šípky 58 dopražia horizontálne podpery 24 na tej strane, kde sa stena základu 20 priblíži k budove. Na protiľahlej strane budovy sa zariadenie na vodorovné podopretie 24 oddelí od steny.

Obr.63 Pri posune základne v smere 58, ktorý nie je rovnobežný so stenami budovy, dopražia horizontálne ku dvom stranám, a na protiľahlých stranách budovy sa zariadenie na vodorovné podopretie 24 oddelí od stien.

- 46/ 48

-47Obr.64 ukazuje výrez z pohľadu na výškovú budovu viditeľne podoprenú na úrovni terénu ochranným modulom 56 s použitím princípu virtuálneho kyvadla. Virtuálne kyvadlá sú párovo zrkadlovo usporiadané zodpovedajúc schéme z obr. 12. Visiace stabilné kyvadlá 2 na vyrovnanie tolerancií sú po dvojiciach podoprené vyrovnávacím nosníkom 115, ktorý je vo svojom strede 1410 jednoosovo kĺbovo uložený a podoprený na stĺpe 116.

Z usporiadania ochranného modulu je zrejmé, že toto prevedenie je vhodné na zabudovanie do stávajúcich budov so skeletovým nosným systémom. Existujúce stĺpy sa v oblasti medzery g nahradia prvkami virtuálnych kyvadiel.

Obr.64a a Obr.64b predstavujú zvislý priečny rez k pohľadu z obr.64 a znázorňujú vonkajšie 1415 pripojenie budovy k rovinnému terénu s deliacim priestorom a utesnením pohybovej škáry 114, pričom raz sú umiestnené ochranné moduly zvonka budovy a raz vo vnútri uzavretého priestoru budovy.

Obr.65 ukazuje virtuálne kyvadlo ako ochranný modul na princípe podľa obr.21. V schránke 117 zabetónovanej v základe 6 je osadený dopredu zmontovaný modul upevnený 1420 pomocou príruby. Podpera 89 je spojená s neseným objektom pomocou príruby. Stabilné podperné prvky, kyvadlo 11 sú vytvorené z lán. Podperný prvok 14 je na zachytenie účinkov vetra centrovaný pomocou pružiny 118 a na zachytenie negatívnych vertikálnych zrýchlení držaný pružinou 119. Podpera 89 je na podpernom prvku 14 dvojosovo kĺbovo podoprená guľovým kĺbom 17 a prenáša pomocou teleskopického vedenia 120 a pražiaceho podoprenia 126 mechanickým pružením alebo 1425 pneumatickým pružením zaťaženia od objektu.

Obr.66 ukazuje usporiadanie podoprenia vysoko položeného mostného nosníka 122 na hlave pylónu 121 odizolovaného proti priečnemu kmitaniu. Pri takomto usporiadaní dôjde k odľahčeniu pylónu, ktorý nemusí prenášať reakcie od síl vznikajúcich pri priečnom kmitaní hmoty nosníka, ale len účinky od vlastnej hmoty a malý prírastok od hmoty ochranného modulu. Prevedenie ochranného 1430 modulu je podľa obr.13. Ak oporu mostového nosníka tvorí pevné ložisko je spojovací prvok s vodorovne pôsobiacim pražiacim prvkom 126 držaný vo svojej stredovej polohe. Až po prekonaní preddefinovanej pružinovej sily je možný voľný relatívny posun medzi mostom 122 a hlavou pylónu 121

Obr.67 predstavuje izoláciu proti kmitaniu pylónu 125 pre vysoko položené mostné nosníky. 1435 Virtuálne kyvadlo je vytvorené podľa obr.9. V zobrazenom prevedení predstavuje podpera nosníka súčasne všesmemé ložisko. Stabilné visiace kyvadlo podporného prvku 2 je vytvorené dvomi ťahanými tyčami 123 a dvomi priečnymi nosníkmi 124.

Obr.68 ukazuje priehradový nosník uložený na ochranných moduloch vytvorených na princípe podľa obr.21, ktoré sú vybavené zariadením na prenos účinkov vetra.

- 47/ 48

-48Obr.69 ukazuje podopretie potrubnej rúry jedným stabilným a jedným labilným kyvadlom 2 a 7 podľa schémy z obr.9. Spojovací prvok 8 je vytvorený ako ložisko pre rúru. Stred rúry opisuje pri vodorovnom posune dráhu ako spodný koniec dlhého kyvadla. Zavesenie rúry je realizované pomocou virtuálneho kyvadla. Stojace kyvadlo 7 je držané vo zvislej polohe pomocou predopnutej pružiny 47. Až po dosiahnutí preddefinovaného klopiaceho momentu na kyvadle 7 sa v dôsledku stlačenia pružiny 47 umožní pohyb systému. Klopiaci moment je zvolený tak. aby až reakcie od hmoty priečne zrýchlenej hodnotou zrýchlenia zodpovedajúcou zemetraseniu viedli k pohybom systému.

Obr.70 predstavuje podopretie potrubného mosta, aké sa používajú v chemických prevádzkach a rafinériách pomocou virtuálneho kyvadla. Podpera 89 je podopieraná spojovacím prvkom 8, ktorý je podopieraný stabilným podperným prvkom vo forme visiaceho kyvadla 2 a nestabilným prvkom vo forme stojaceho kyvadla 7.

Claims (28)

1. Spôsob ochrany objektov, obzvlášť budov pred dynamickými silami zo zrýchlenia základne (6), napr. pri zemetrasení vyznačujúci sa tým, že v systéme nesúcom objekt (1) sa účinky stabilných podperných prvkov (2, 11) schopných výkyvu a kmitania v ľubovoľnom horizontálnom smere, a ktoré zdvíhajú hmotu objektu (1), kombinujú s účinkami labilných podperných prvkov (7, 11, 14) schopných výkyvu a kmitania v ľubovoľnom horizontálnom smere, a ktoré vyvolajú klesanie hmoty objektu (1), a to vzájomným spojením podperných prvkov (2, 7, 11 a 14) tak, že pri meniacom sa horizontálnom posune základne (6), napr. pri zemetrasení, vplyvom posuvu oporných bodov (10) podporných prvkov (2,7,11) spojených so základňou (6), oproti pokojovej polohe hmoty neseného objektu (1), dochádza iba k miernemu zdvíhaniu hmoty objektu (1) v úložných bodoch (P) na spojovacích pivkoch alebo kombinovaných podpomo-spojovacích prvkoch, zatiaľ čo vytvorením malého sklonu priestorovej dráhy pohybu úložného bodu (P) vo vzťahu ku základni (6), vzniká iba malá stabilizujúca spätná sila (Fr), ktorá z titulu gravitačného zrýchlenia hmoty objektu (1) vrecia tento objekt do stredovej polohy, pričom aj pri výskyte veľkých priečnych ziýchlení základne vzniká len minimálne priečne zrýchlenie objektu (1) s dlhou periódou jeho vlastného kmitania, ( Obr. 9,12, 13,16, 17, 21, 22, 23)

2. Zariadenie na realizáciu spôsobu podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, ž e na uloženie objektu (1), obzvlášť budov je na úložných bodoch (P) oproti kmitajúcej základni (6) za účelom ochrany objektu (1) proti kmitaniu základne (6) vytvorené podoprenie objektu (1) pomocou jedného zariadenia, oddeľujúce jeho kmitanie od kmitania základne, pre každý úložný bod (P) na spojovacom prvku, alebo podpemo-spojovacom prvku (8,9,14) tak, že sú navzájom spojené všestranne kývne uloženia podperených prvkov (2, 7, 11), ktoré sú podoprené na kmitajúcej základni (6), a že dimenzovanie a rozmiestnenie podperných prvkov (2,7,11,14) v ich východzej polohe je určené tak, že na každom spojovacom prvku, alebo kombinovanom podpemo-spojovacom prvku (8,9,14) na mieste pre úložný bod (P) podopieraného objektu (1) je možný porovnateľný pohyb v každom vodorovnom smere tak, ako je na voľnom konci veľmi dlhého kyvadla schopného kmitať v dvoch osiach vo forme konkávnej guľovej plochy, čím je vytvorené virtuálne kyvadlo, ktoré môže kmitať v ľubovoľnom smere. (Obr. 9, 12,13, 16,17, 21,22, 23, 24)

3. Zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že pri vodorovnom kmitaní základne (6) spojovací prvok (8, 9) na vodiacej strane podperného prvku (2, 7, 11) vykoná zdvih a na protiľahlej strane pokles, pričom úložný bod (P) na podoprenie objektu (1) na spojovacom prvku (8, 9, 14) pri základnej vodorovnej amplitúde kmitajúcej základne (6) realizuje len veľmi malý zdvih a vykonáva taký pohyb, pri ktorom opisuje málo zakrivenú konkávnu plochu otvorenú smerom dohora. (Obr.9, 12, 13,16,17, 21)

4. Zariadenie podľa nároku2a 3, vyznačujúce sa tým, že dva podperné prvky (2, 7,11, 14) ktoré sú prostredníctvom spojovacieho prvku (8, 8b) dvojosovo kĺbovo spojené, pričom podperný prvok (2,12), ktorý má na hornom konci dvojosovo kĺbovo kývne, na podpornom bode (10) spojenom so základnou (6), zavesené stabilné kyvadlo a druhý podporný prvok (7, 14) má na svojom spodnom konci na základni (6) dvojosovo kĺbovo uložené stojace labilné kyvadlo, a že spojovací prvok (8, 8b) je na objekte (1) uložený vo vodorovnej osi tak, že vzhľadom k objektu (1) nevykonáva žiadne otáčanie okolo zvislej osi. (Obľ.9, 12, 13, 16, 17)

5. Zariadenie podľa nároku4, vyznačujúce sa tým, že spojovací prvok(8) je rozčlenený do ďalšieho spojovacieho prvku (8b) a prostredníctvom spojovacieho prvku (8a) obojstranne jednoosovo kĺbovo uložený, pričom podperný prvok (8b), ktorý je jednoosovo uložený jedným koncom na podpere (WQ a drahým koncom je podoprený dvojosovo kĺbovo na podporný prvok (7) labilného kyvadla. (Obr. 13 až 17)

6. Zariadenie podľa nároku2 alebo3, vyznačujúce sa tým, že tri podperné prvky (11) sú na spojovacom prvku (9, 14) na obvode dvojosovo kĺbovo pripojené v troch bodoch, v pokojovej polohe od stredu spojovacieho prvku (9) usporiadané smerom nahor šikmo von a dvojosovo kĺbovo zavesené na základni (6). (Obr. 18, 19)

7. Zariadenie podľa nároku 6, vyznačujúce sa tým, že úložný bod (P) podopierajúci objekt (1) je umiestnený nad rovinou tvorenou tromi podpernými bodmi (12) podperného prvku (11) na spojovacom prvku (9). (Obr. 19, 20, 21)

8. Zariadenie podľa nároku2, vyznačujúce sa tým, že spojovací prvok(8), ktorý je dvojosovo kĺbovo spojený minimálne s dvomi paralelne usporiadanými podpernými prvkami (2) na ich dolnom konci, z ktorých každý je horným koncom zavesený dvojosovo kĺbovo kývne na podpornom bode (10) pevne spojenom so základňou (6), nesie vo svojom strede spojovací prvok (14), ktorý je na spojovacom prvku (8) jednoosovo kĺbovo uložený, pričom kmitavé pohyby podporného prvku (14) sú smerované do podporných bodov spojovacieho prvku (8) na podporných prvkoch (2), a na svojom spodnom konci je dvojosovo kĺbovo a osovo posuvne uložený pod svojim uložením na spojovacom prvku (8), a nad svojim

-2 /6-3- uložením na spojovacom prvku (8) na dvojosovo kĺbovom úložnom bode (P) nesie objekt (1).

(Obr.22, 23, 24)

9. Zariadenie podľa nároku2 a 8, vyznačujúce sa tým, že na rozdiel od zariadenia podľa nároku 8 je spojovací prvok (8) paralelne podoprený na viacerých symetricky usporiadaných podporných prvkoch (2),, a podporný prvok (14) na spojovacom prvku (8) je dvojosovo klbovo uložený. (Obr.22, 23,24)

10. Zariadenie podľa nárokov2 až9 vyznačujúce sa tým, že za účelom kompenzácie sily vetra je pod neseným objektom (1) medzi základňou (6) a objektom (1) umiestnený prút (42), ktoiým je prenášaná priečna silu, pričom prút (42) je jedným koncom nekĺbovo pevne spojený s nekĺbovo uchytenou predpätou pružinou (41) na základni (6) alebo na nesenom objekte (1) a druhým koncom je pomocou čapu osovo posuvne podoprený dvojosovo kývnym ložiskom (43) na protiľahlom objekte (1) poťažne základni (6), pričom poloha objektu (1) a základne (6) je navzájom pevne previazaná a k relatívnemu posunutiu medzi objektom (1) a základňou (6) dochádza až v prípade, ak priečna sila pôsobiaca na prút (42) prekročí hodnotu definovanú pomocou predpätia pružiny (41). (Obr. 25)

11. Zariadenie podľa nárokov2 až9, vyznačujúce sa tým, že pod neseným objektom (1) medzi základňou (6) a objektom (1) je umiestnený prút (42), ktorý preberá priečnu silu, pričom tento prút (42) je jedným koncom pevne spojený sna základni (6) alebo na nesenom objekte (1) pevne osadeným elastomerovým pružinovým blokom (48) a druhým koncom je pomocou čapu osovo posuvne podoprený dvojosovo kývnym ložiskom (43) na protiľahlom objekte (1) poťažne základni (6), pričom poloha objektu (1) a základne (6) je navzájom pružne previazaná. (Obr. 26)

12. Zariadenie podľa nárokov 2 až 9, vy značu j ú c e sa t ý m, ž e na kompenzáciu účinkov vetra je pod objektom (1) umiestnené jedno alebo viac kompenzačných zariadení (50), pričom takéto zariadenie je tvorené centrovacou guľou (44), ktorá je všesmeme kĺbovo uložená a vedená vo zvislej osi, ktorá . guľa je zatláčaná preddefinovanou silou pomocou mechanickej, alebo hydropneumatickej pružiny smerom nadol, do stredu centrovadeho lievika (45), ktorý je pevne spojený so základňou, a ktorého vnútorný uhol rastie od stredu smerom von až po hodnotu 180°, vďaka čomu pevné spojenie objektu (1) a základne (6) je schopné prenášať vodorovné sily až po hraničnú hodnotu, ktorá je závislá od sily pružiny a uhla otvorenia lievika (45), pričom pri prekročení tejto hraničnej hodnoty je centrovacia guľa (44) nadvihnutá účinkom sklonu lievika (45) v smere oproti pružine a je odvaľovaná v oblasti zmenšujúceho sa sklonu lievika, pričom dochádza

-3/6-4- k poklesu veľkosti prenášanej vodorovnej sily až dosiahne v oblasti mimo lievika (45) nulovú hodnotu tak, že počas relatívneho posunu základne (6) voči objektu (51) pri kmitaní základne pri zemetrasení sa zo základne (6) na objekt prenášajú len veľmi malé vodorovné sily, alebo v závislosti od amplitúdy kmitania základne sú tieto blízke nule. (Obr.27)

13. Zariadenie podľa nároku 12, na centrovanie a zabezpečenie vodorovnej reakcie objektov alebo budov, ktoré vzhľadom na ich uloženie sú vo vodorovnom smere ľahko posúvateľné, vyznačujúce sa tým, že vertikálne vedená a v guličkovom lôžku (49) uložená centrovacia guľa (44) je zatláčaná mechanickou, hydropneumatickou, alebo viskóznoelastickou pružinou do centrovacieho lievika (45) tak, že vodorovná sila vetra pôsobiaca na objekt (51) nevyvolá žiadnu reakciu v bode dotyku centrovacej gule (44) s centrovacím lievikom (45), ak zvislá zložka tejto sily (F_v) dokáže zatlačiť centrovaciu guľu (44) vo zvislom vedení v smere proti pružinovej sile. (Obr.27)

14. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že centrovací lievik (45) mimo kruhu, ktorý tvorí dotyková čiara centrovacej gule (44) pri kontakte s lievikom (45) v najhlbšej polohe, vykazuje zväčšujúci sa uhol otvorenia (γ) až po hodnotu 180° tak, že vodorovná zložka (Fh) normálovej sily v dotykovom bode centrovacej gule (44) a centrovacieho lievika (45) má klesajúcu veľkosť v radiálnom smere von od stredu lievika (45), ak vodorovná posúvajúca sila, ktorá je väčšia, ako maximálna vodorovná sila vetra spôsobí zatlačenie centrovacej gule (44) do zvislého vedenia a dotykový bod medzi guľou (44) a centrovacím lievikom (45) je posunutý radiálne smerom von v centrovacom lieviku (45). (Obr.27)

15. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že centrovaciaguľa (44) vo zvislom vedení môže byť nebrzdene zatlačená proti zvislo pôsobiacej pružinovej sile, ak zvislá sila (F_v) vyvolaná vertikálnym posunom centrovacieho. lievika (45) prekročí pružinovú silu, a ak spätné dopruženie zvislého vedenia s centrovacou guľou (44) v dôsledku hydraulického priškrtenia je pribrzdené na malú rýchlosť tak, že čas potrebný na plný spätný zdvih pružiny je mnohonásobne vyšší, ako je perióda kmitania pri zemetrasení. (Obr.27)

16. Zariadenie podľa nárokov 2až 9, vyznačujúce sa tým, že na kompenzáciu síl vetra sa medzi zvislé steny základne (6) a zrkadlovo, v rovnakej výške ležiacimi bodmi neseného objektu, na jeho obvodové steny umiestnia minimálne tri páry, vždy jeden pár pre každú os pohybu a to jeden pár pre zvislú a dva páry pre vodorovné osi, vysúvateľných klzných alebo kolieskových mechanizmov (25) s mechanickým, alebo hydropneumatickým pružením (47) s plochou pružinovou charakteristikou, ktoré sú vysúvateľné smerom k zvislej

-4 /6-5-

135 • 140

145

150

155 stene základne až po určený doraz, pričom tieto mechanizmy sú horizontálne pohyblivé pomocou jedného alebo viacerých koliesok umiestnených vo vhodnom vedení. (Obr.28, 29, 30)

17. Zariadenie podľa nároku 16, vyznačujúce sa tým, že zariadenia na zabezpečenie rovnomerných horizontálnych vzdialeností obvodových stien (22) neseného objektu voči stenám (20) základne,, pri najmenšom posune základne voči objektu vyvolanom účinkami vetra, je vybavené hydraulickými dotykovými ventilmi na automatické zvyšovanie sily v pružine, až kým sa nedosiahne plné vysunutie, čo zodpovedá nulovému nastaveniu, pričom pri posune základne počas dopruženia pri kmitaní v dôsledku zemetrasenia z dôvodu plochej pružinovej charakteristiky sa reakcia od účinkov vetra zvýši len minimálne, čo znamená, že na objekt pôsobiaca prídavná sila od účinkov zrýchlenia hmoty pri zemetrasení je iba veľmi malá (Obr.28, 29, 30)

18. Zariadenie podľa nárokov16a17,vyznačuj ú c e sa tým, ž e relatívne posuny medzi základom kmitajúcim zo základňou (6) a objektom odizolovaným pomocou virtuálnych kyvadiel sa dajú využiť k pohonu jednej alebo viacerých púmp (37) na získanie servoenergie, pričom tieto môžu byť použité samostatne, alebo v kombinácii so zariadeniami na zachytenie účinkov vetra a centrovanie súvisiace s relatívnymi posunmi. (Obr.28, 30)

19. Zariadenie podľa nárokov 2 až 9, vyznačujúce sa tým, že časť budovy (22) ležiaca mimo dosahu účinkov vetra, ktorá je oddelená od hlavného objektu (51) a ktorá je izolovane voči kmitaniu podoprená pomocou virtuálneho kyvadla (56_u), slúži ako vzťažný objekt pre regulovanie polohy hlavného j objektu pri zaťažení vetrom. (Obr.31)

20. Zariadenie podľa nárokov2až9, vyznačujúce sa tým, že podperná stojka medzi úložným bodom (P) virtuálneho kyvadla a podopreným objektom (51) je vytvorená ako zvislá pružinová jednotka s veľmi plochou charakteristikou a k tomu prispôsobeným tlmením, pričom pražiace prvky môžu byť mechanické, hydraulickopneumatické, alebo viskóznoelastické. (Obr. 32)

21. Zariadenie podľa nároku 4, 6, 10 a 20 v y zn ač u j ú c e sa tým, že zariadenie (70) na zachytenie účinkov vetra a vertikálne praženie (69) tvoria spolu s virtuálnym kyvadlom (56) jednu jednotku. (Obr.33, 56)

22. Zariadenie podľa nároku4, vyznačujúce sa tým, že spojovací prvok(8) virtuálneho kyvadla na stožiari (71) je držaný dvomi visiacimi kyvadlami - podperné prvky (2)

160

-5/6-

-βa jedným stojacim kyvadlom - podperný prvok (7), pričom oba druhy podperných prvkov (2 a 7) sú v priestore usporiadané šikmo od stredu tak, aby umožňovali vyrovnávanie naklonenia vrcholu stožiara pri kmitaní, čím úložný bod izolovaného objektu nemá rovnakú veľkosť naklonenia. (Obr.35,35a, 35b)

23. Zariadenie podľa nároku4a6, vyznačujúce sa tým, že spojovací prvok(9) má svoj úložný bod (P) na zavesenie visiacich objekty na spodnej strane, a že podperné prvky (2,11) sú tvorené lanami. (Obr.37, 40,41, 42)

24. Zariadenie podľa nároku 8a 9, vyznačujúce sa tým, že podperné prvky (2) sú vytvorené z lán. (Obr.38,39)

25. Zariadenie podľa nároku4, a 23 vyznačujúce sa tým, že - podperný prvok (2) je upevnený na strope ako visiace kyvadlo a je spojený so základňou prostredníctvom objektu, a že, podperný prvok (7) vytvorený ako nestabilné kyvadlo a ktorého spodný koniec podopiera základňu uzlového bodu, ktorý je vytvorený zo štyroch alebo z troch zbiehajúcich sa závesných prvkov (5), výhodne prútov, lán alebo reťazí zavesených na strope objektu. (Obr.42)

25. Zariadenie podľa nároku 4, 5, 7, a 23 vyznačujúce sa tým, že minimálne tri virtuálne kyvadlá nesú hmotu, ktorá má funkciu tlmiča kmitania. (Obr.43, 44, 45, 46, 47, 48)

27. Zariadenie podľa nároku 4, 5, 6, 7, 8, 9a 23 vyznačujúce sa tým, že stabilne visiace kyvadlá sú tvorené lanami alebo reťazami. (Obr.36b, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 45, 46, 47, 48)

28. Zariadenie podľa nároku2 až 9 vyznačujúce sa tým, že základ (100) tvoriaci základňu pre konštrukciu virtuálneho kyvadla a zabezpečujúci prenos zaťaženia od objektu do podložia je na spodnej strane smerom k vonkajšej hrane zakrivený smerom nahor. (Obr.49, 56)

29. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že spojovací prvok (8) tvorí priame uloženie objektu. (Obr.69)