Łożyska sferyczne sejsmiczne do zastosowań w mostach autostradowych

I, Definicja, zakres i standardy

1.1, Definicja
A łożysko sferyczneg to urządzenie konstrukcyjne (wiel-łożysko obrotowe o dużym obciążeniu, tj. HLMB) zaprojektowane do przenoszenia obciążeń pomiędzy konstrukcją nośną mostu a konstrukcją nośną, przy jednoczesnym uwzględnieniu wielo-kierunkowych obrotów i, w niektórych konstrukcjach, ograniczonych ruchów translacyjnych. Łożysko składa się z wklęsłej powierzchni sferycznej połączonej z wypukłą powierzchnią kulistą, umożliwiającą płynny obrót kątowy wokół dowolnej osi poziomej.
W budowie mostów łożyska baryłkowe wykorzystuje się do:
- Przenoś obciążenia pionowe, siły poziome oraz przemieszczenia wzdłużne i poprzeczne zgodnie z wymaganiami projektowymi.
- Uwzględnij rotacje spowodowane obciążeniem ruchem, rozszerzalnością i kurczeniem cieplnym, działaniami sejsmicznymi, pełzaniem i kurczeniem się konstrukcji mostu.
- Zapewniają dużą nośność-przy minimalnym tarciu dzięki zastosowaniu materiałów ślizgowych o niskim-tarciu (np. PTFE) i-odpornych na korozję powierzchni współpracujących ze stali nierdzewnej.
Łożyska te są zazwyczaj produkowane zgodnie z odpowiednimi normami krajowymi i międzynarodowymi, takimi jak GB/T 17955 (Chiny), specyfikacjami konstrukcyjnymi mostów AASHTO LRFD (USA) i EN 1337-7 (Europa), zapewniając niezawodność działania, bezpieczeństwo i trwałość w- mostach o dużej rozpiętości i dużych obciążeniach.

1.2, Zakres
W tym artykule zdefiniowano specyfikacje, parametry projektowe, wymagania produkcyjne, testowanie, instalację i konserwacjęŁożyska sferyczne sejsmiczne (SSIB)przeznaczone do zastosowań mostowych, zgodne z przepisami chińskimi i międzynarodowymi.
1.3, Obowiązujące standardy:
Region|Kod standardowy|Tytuł|Zakres
Chiny|GB/T 17955-2009 |Łożyska sferycznedla Mostów|Wymagania dotyczące projektowania, produkcji i testowania łożysk baryłkowych mostów.
Chiny|GB/T 32836-2016 |Łożyska baryłkowe do konstrukcji stalowych| Dodatkowe wymagania dotyczące zastosowań w konstrukcjach stalowych.
Chiny|JTG/T 2231-01-2020|Specyfikacje łożysk mostów autostradowych|Wymagania eksploatacyjne i jakościowe dla łożysk mostów autostradowych.
Europa|EN 1337-7 |Łożyska konstrukcyjne– Część 7: Łożyska baryłkowe|Materiał, geometria, tarcie i wymagania testowe.
Europa|EN 15129:2018 |Urządzenia antysejsmiczne-| Projekt izolacji sejsmicznej do zastosowań konstrukcyjnych.
USA|Specyfikacje projektu mostu AASHTO LRFD (2023), sekcja 14|Łożyska i urządzenia rozszerzające|Metodologia projektowania dlałożyska sferyczne.
Wielka Brytania|BS 5400 Część 9 |Łożyska mostowe| Wymagania projektowe i instalacyjne.

II. Opis produktu

2.1, funkcja:
Sejsmiczne łożyska izolacyjne sferycznezapewniają obrotowe połączenie między konstrukcją nośną mostu a konstrukcją podkonstrukcją, umożliwiając jednocześnie kontrolowane przesuwanie w celu rozproszenia energii sejsmicznej.

2.2, główne komponenty:

1. Górna płyta wklęsła –-stal węglowa o wysokiej wytrzymałości (Q345 lub ASTM A709 klasa 50) z precyzyjnie-obrobioną wklęsłą powierzchnią.
2. Sferyczny element ślizgowy – stal nierdzewna (AISI 304/316) ze spojoną warstwą PTFE lub UHMWPE.
3. Dolna płyta wypukła – dopasowuje się do krzywizny, przenosi obciążenie pionowe.
4. System unieruchamiający – Opcjonalne prowadnice lub ograniczniki umożliwiające jednokierunkową kontrolę ruchu.
5. Element rozpraszający energię sejsmiczną – opcjonalne warstwy o wysokim stopniu tłumienia.

2.3, Typy i klasyfikacje
Zgodnie z różnymi wymaganiami funkcjonalnymi łożyska baryłkowe można podzielić na następujące typy:

1,Naprawiono łożyska baryłkowe
Stałe łożyska baryłkowe nie pozwalają na przemieszczenie w poziomie, ale mogą się swobodnie obracać. Nadają się do części konstrukcyjnych, które muszą ograniczać ruch w poziomie, jednocześnie umożliwiając obrót.
2,Łożyska baryłkowe ślizgowe jednokierunkowe
Łożyska baryłkowe ślizgowe jednokierunkowe umożliwiają przesuwanie w jednym kierunku. Mają zastosowanie do konstrukcji o określonych wymaganiach dotyczących przemieszczenia, takich jak regulacja przemieszczenia wzdłużnego w niektórych mostach.
3, Wielokierunkowe ślizgowe łożyska baryłkowe
Wielokierunkowe ślizgowe łożyska baryłkowe mogą przesuwać się w dowolnym kierunku poziomym. Nadają się do stosowania w obszarach-narażonych na trzęsienia ziemi lub-mostach o dużej rozpiętości, aby wytrzymać złożone warunki obciążenia.
4, Łożyska sferyczne sejsmiczne
Łożyska sferyczne sejsmiczne są zwykle wyposażone w urządzenia tłumiące, które mogą zapewnić dodatkową zdolność rozpraszania energii podczas trzęsień ziemi i poprawić właściwości sejsmiczne konstrukcji.

2.4, Obszary zastosowańŁożyska sferyczne
Ze względu na doskonałą wydajność łożyska baryłkowe są szeroko stosowane w następujących dziedzinach:

1, Mosty-o dużej rozpiętości
W mostach-o długich rozpiętościach, takich jak mosty wantowe, mosty wiszące i mosty łukowe, łożyska sferyczne mogą skutecznie dostosowywać się do przemieszczeń i obrotów spowodowanych zmianami temperatury, obciążeniem pojazdu lub obciążeniem wiatrem.
2, Wysokie-budynki
Wysokie budynki- będą się kołysać pod wpływem wiatru lub działań sejsmicznych. Łożyska kuliste mogą zmniejszyć naprężenia konstrukcyjne oraz poprawić stabilność i bezpieczeństwo budynków.
3, Stadiony i-konstrukcje przestrzenne o dużej rozpiętości
W-konstrukcjach przestrzennych o dużej rozpiętości, takich jak sale gimnastyczne i centra kongresowe, łożyska sferyczne mogą przystosowywać się do złożonych obciążeń oraz zapewniać stabilność i trwałość konstrukcji.
4, Elektrownie jądrowe i kluczowa infrastruktura
W kluczowej infrastrukturze, takiej jak elektrownie jądrowe i duże tamy, łożyska kuliste mogą zapewnić niezawodne podparcie i odporność sejsmiczną, aby zapewnić bezpieczeństwo konstrukcji.

2.5, Zalety i wyzwania związane z łożyskami baryłkowymi
1, zalety:
• Wysoka nośność-: wytrzymuje obciążenie kilku tysięcy ton.
• Możliwość dostosowania przemieszczenia wielokierunkowego: Możliwość jednoczesnego dostosowania się do obrotu i przemieszczenia poziomego.
• Duża trwałość: wykonane z-wysokiej jakości materiałów, zapewniających długą żywotność.
• Doskonałe właściwości sejsmiczne: powszechnie stosowane w obszarach-narażonych na trzęsienia ziemi.

2, Wyzwania:
• Wysokie wymagania dotyczące precyzji produkcji:-do obróbki powierzchni sferycznych i dopasowywania materiałów ślizgowych potrzebne są procesy o wysokiej precyzji.
• Stosunkowo wysokie koszty konserwacji: po długotrwałym-użytkowaniu może zaistnieć konieczność wymiany materiałów ślizgowych lub urządzeń uszczelniających.
• Złożony projekt: Wymagany jest projekt dostosowany do konkretnych potrzeb inżynieryjnych.

III. Badania i rozwój

3.1 Dane techniczne
Parametry projektowe (typowy zakres produkcji):
Nośność pionowa: 1000 – 50 000 kN
Poziome przemieszczenie: ±50 do ±250 mm
Pojemność obrotowa: większa lub równa 0,03 rad (~1,7 stopnia)
Współczynnik tarcia (μ): 0,03 – 0,06 (statyczny), 0,02 – 0,05 (dynamiczny)
Współczynnik tłumienia (typ HDR): 8 – 25%
Zakres temperatury pracy: -40 stopni do +60 stopni (specjalnie do +70 stopni)
Żywotność: większa lub równa 50 lat
Wydajność sejsmiczna: Przyspieszenie projektowe większe lub równe 0,3 g

3.2, Patent

IV. Przybory

V. Produkcja i kontrola jakości

Chropowatość powierzchni (powierzchnia ślizgowa): Ra Mniejsza lub równa 0,2 μm
Tolerancja płaskości: mniejsza lub równa 0,5 mm na 1000 mm
Twardość (płyta ślizgowa): Większa lub równa HB 220
Siła wiązania PTFE: większa lub równa 3 MPa przy ścinaniu
Wszystkie łożyska są w 100% testowane fabrycznie-pod kątem dokładności wymiarowej, krzywej-odkształcenia obciążenia, współczynnika tarcia pod obciążeniem projektowym i wad wizualnych.

VI. Weryfikacja wydajności, testowanie i zapewnienie jakości

6.1 Wymagania ogólne
Wszystkie łożyska izolacyjne sferyczne powinny zostać poddane testom typu, testom rutynowym i testom akceptacyjnym zgodnie z normami chińskimi i międzynarodowymi.
6.2 Klasyfikacja testów
Testy typu – potwierdzenie zgodności projektu (raz na nowy projekt)
Rutynowe testy – weryfikacja jakości produkcji (każdej partii)
Testy odbiorcze – Końcowe zatwierdzenie produktu przed dostawą (100% łożysk)
6.3 Specyficzne testy i wymagania
Test obciążenia pionowego – odkształcenie szczątkowe mniejsze lub równe 0,3 mm, brak widocznych uszkodzeń.
Test przemieszczenia poziomego – współczynnik tarcia μ Mniejszy lub równy 0,06, brak uszkodzeń powierzchni po 50 cyklach.
Test wydajności obrotowej – płynny ruch przy obrocie większym lub równym 0,03–0,05 rad.
Test zużycia i zmęczenia – utrata grubości PTFE mniejsza lub równa 1% po cyklach.
Test symulacji sejsmicznej – współczynnik tłumienia w granicach ±2% obliczonych, przemieszczenie w obrębie prześwitu.
Testy temperaturowe – wahania tarcia mniejsze lub równe ±15% od temperatury pokojowej.
Test odporności na korozję – brak uszkodzeń powłoki po 500 godzinach działania mgły solnej.
6.4 Procedury fabrycznej kontroli jakości
Kontrola materiałów przychodzących – ultradźwiękowa kontrola stali, gęstość i wytrzymałość PTFE.
Kontrola-procesu – tolerancja obróbki płyty ±0,2 mm, kontrola spoin.
Kontrola końcowa – kontrola wymiarowa, weryfikacja oznakowania.
6.5 Dokumentacja i identyfikowalność
Przechowuj certyfikaty badań materiałów, zapisy zakładowej kontroli produkcji i certyfikaty zgodności.
6.6 Podsumowanie kryteriów akceptacji
Odkształcenie pionowe mniejsze lub równe 0,3 mm, tarcie mniejsze lub równe 0,06, zużycie PTFE mniejsze lub równe 1%, obrót większy lub równy 0,03 rad.
6.7, Testowanie typu i raporty.

6.7.1, Sprzęt badawczy

6.7.2, Raporty z testów

VII. Wytyczne dotyczące instalacji

Przygotowanie – Sprawdź tolerancję osadzenia łożyska i położenie śrub.
Etapy montażu – Podnieść nadbudowę, ustawić łożysko, zabezpieczyć, sprawdzić, zwolnić podnośniki.
Prześwit – Zachowaj Szczelina sejsmiczna większa lub równa 50 mm.

VIII. Harmonogram konserwacji

6 miesięcy: Kontrola wzrokowa
2 lata: Kontrola działania
5 lat: Szczegółowa kontrola
25 lat: Remont

IX. Pakowanie i przechowywanie

Zapakuj w opakowanie-odporne na wilgoć, przechowuj w wentylowanym pomieszczeniu, układając maksymalnie 3 warstwy.

X. Tabela typowych wymiarów

O1CN015bVJRF1mFFGMSUdxa2219352594924-0-cib

10.1, Specyfikacje łożysk sferycznych QZ do mostów autostradowych.
10.2, Specyfikacje łożysk sferycznych LQZ do mostów autostradowych

XI. Zastosowanie jest konieczne

XII, Przyszłe trendy rozwojowe łożysk baryłkowych

Wraz z rozwojem technologii inżynierskiej,łożyska sferycznestale wprowadzają innowacje, a w przyszłości mogą pojawić się następujące trendy:

1, inteligentne łożyska:
Zintegrowane z technologią czujników, mogą monitorować naprężenie, przemieszczenie i zużycie łożysk w czasie rzeczywistym, aby zapewnić inteligentne wczesne ostrzeganie i konserwację.
2, Zastosowanie nowych materiałów
Materiały takie jak kompozyty-wzmocnione grafenem i materiały-samosmarujące mogą poprawić trwałość i właściwości ślizgowe łożysk sferycznych.
3, projekt ekologiczny i ochrony środowiska
Stosowanie materiałów nadających się do recyklingu lub powłok chroniących środowisko-o niskim współczynniku tarcia może zmniejszyć wpływ na środowisko.
4, Technologia druku 3D
Zastosowanie technologii druku 3D do produkcji łożysk o skomplikowanych kształtach może poprawić wydajność produkcji i możliwości dostosowywania.