Как поставщик подшипников с более чем 15-летним опытом работы над смягчением сейсмических и вибрационных воздействий в инфраструктуре, я своими глазами видел, насколько резиновые подшипники с рассеянием горизонтальной силы (HDRBRB) являются невоспетыми героями современного строительства. Эти подшипники предназначены для того, чтобы принять на себя основную тяжесть боковых сил — от землетрясений, ветра или даже тяжелых эксплуатационных нагрузок в промышленных зданиях — и обеспечить безопасность конструкций. Но, как и любой компонент, рассчитанный на длительную работу, они не вечны. Проблема в том, что большинство владельцев зданий и бригад по техническому обслуживанию не замечают предупреждающих знаков, пока не становится слишком поздно, что приводит к дорогостоящему ремонту или, что еще хуже, к структурному разрушению.
На протяжении многих лет я разговаривал с инженерами, которые считали, что их HDRBRB находятся в идеальном состоянии, потому что внешне они выглядели хорошо, но во время планового осмотра обнаруживали скрытые повреждения. Вот почему я хотел выделить ключевые признаки, которые говорят вам, что пора заменить эти подшипники, основываясь на реальных данных, проектах клиентов и уроках, которые мы извлекли, поставляя эту продукцию для проектов в Северной Америке и за ее пределами.
Признаки раннего предупреждения: на что обращать внимание во время плановых проверок
Регулярное техническое обслуживание — это первая линия защиты, и большинство проблем начинаются с достаточно мелких проблем, чтобы их можно было обнаружить до того, как они перерастут в эскалацию. Начнем с того, что можно увидеть или измерить, не разбирая подшипник.
1. Необычная видимая деформация или смещение
Когда HDRBRB работают правильно, они изгибаются под действием горизонтальной силы и возвращаются в исходное положение после прекращения действия силы. Если вы заметили постоянную неравномерную деформацию — то есть подшипник не возвращается к своей первоначальной форме после сейсмического события или сильной ветровой нагрузки — это большой тревожный сигнал. Несколько лет назад у меня был клиент в Орегоне, который пропустил ежегодную проверку после умеренного землетрясения 2019 года. Когда они наконец проверили, их HDRBRB имели неровную выпуклость шириной 12 мм по краю резинового слоя. У каучука образовалось так называемое «постоянное схватывание» — признак разрушения молекулярной структуры эластомера.
Еще одним видимым признаком является смещение подшипника за пределы расчетного предела. Большинство HDRBRB рассчитаны на определенный диапазон горизонтального перемещения (обычно указанный на корпусе подшипника). Если вы видите, что подшипник сместился за эту линию, это означает, что он больше не эффективно распределяет горизонтальные силы. В некоторых случаях это может привести к тому, что соседние компоненты, такие как соединительные балки или амортизаторы, будут работать интенсивнее, чем предполагалось. Например, если HDRBRB не движется правильно, демпфер соединительной балки, установленный в дополнение к нему, может преждевременно изнашиваться, поскольку теперь он поглощает силы, с которыми должен справляться подшипник. Если вы ищете дополнительные компоненты для вашей системы подавления вибрации, вы можете узнать больше оСоединительный демпфер балкииз нашей линейки продуктов.
2. Трещины в резиновом слое или металлических армирующих пластинах.
Резина эластична, но не является прочной. Со временем воздействие ультрафиолетовых лучей (если подшипник частично подвержен воздействию), колебаний температуры или химического загрязнения (от дорожных солей при строительстве мостов или промышленных дымов на заводах) может привести к растрескиванию резины. Небольшие поверхностные трещины могут показаться незначительными, но они могут перерасти в глубокие трещины, из-за которых вода или мусор просачиваются в подшипник, повреждая внутренние металлические пластины.
Говоря о металлических пластинах, HDRBRB усилены тонкими стальными пластинами, чтобы резина не выпирала вертикально под нагрузкой. Если вы заметили трещины на этих стальных пластинах, это критическая точка отказа. Однажды я работал на автодорожном мосту на Среднем Западе, где зимняя дорожная соль просочилась в корпус подшипника, разъедая стальные пластины. За три года из-за коррозии пластины треснули, и подшипник потерял 30% своей несущей способности. Своевременная замена подшипников предотвратила потенциальное закрытие моста, которое стоило бы штату миллионов долларов из-за задержек движения.
Признаки углубленной диагностики: когда нужно пройти тестирование
Видимые признаки очевидны, но некоторые проблемы скрыты под поверхностью. Вот почему мы всегда рекомендуем проводить ежегодные испытания критически важных конструкций, таких как больницы, школы или высотные здания, где выход из строя подшипников может иметь серьезные последствия. Эти испытания не требуют демонтажа подшипника; они используют неразрушающие методы для измерения производительности.
1. Ухудшение эффективности распределения горизонтальной силы.
Вся цель HDRBRB — равномерно распределить горизонтальные силы по конструкции. Если испытания показывают, что горизонтальные силы не распределяются должным образом, это явный признак того, что подшипник изношен. Мы используем нагрузочные испытания, чтобы измерить, какую силу может поглотить подшипник, прежде чем он деформируется. Если результат испытания на 20 % или ниже исходной проектной спецификации, подшипник необходимо заменить.
Я помню проект 2021 года в Техасе, когда владелец отеля заметил чрезмерное раскачивание 15-го этажа во время сильного ветра. Они пригласили нашу команду для тестирования HDRBRB. Испытание на нагрузку показало, что два из 12 подшипников, установленных на верхнем этаже, поглощали только 55% расчетной горизонтальной нагрузки. При дальнейшем осмотре мы обнаружили, что резина с годами стала жесткой от воздействия тепла и не могла сгибаться должным образом. Замена этих двух подшипников сразу же уменьшила раскачивание пола на 40%, что сделало отель намного безопаснее во время штормов. Если вы работаете над многокомпонентной вибрационной системой, сочетание HDRBRB с другими решениями по демпфированию, такими как вязкая демпфирующая стенка, может повысить общую производительность — вы можете изучить этот вариант на страницеВязкая демпфирующая стена.
2. Утечка внутренних компонентов или жидкости (если применимо)
Некоторые HDRBRB имеют встроенные элементы вязкой жидкости для повышения их демпфирующей способности, особенно в регионах с высокой сейсмической активностью. Если ваш подшипник относится к одному из них, любой признак утечки жидкости является серьезным тревожным сигналом. Жидкость имеет решающее значение для рассеивания энергии, поэтому даже небольшая утечка может значительно снизить производительность подшипника.
В ходе ежеквартальной проверки проекта моста в Калифорнии мы заметили, что в одном из HDRBRB произошла небольшая утечка жидкости. Ко времени следующей проверки, состоявшейся несколько месяцев спустя, подшипник потерял 70% жидкости, и реакция моста на небольшой толчок оказалась гораздо более сильной, чем ожидалось. Замена этого подшипника предотвратила дальнейшее повреждение пролетной части моста. Если в вашем проекте используется подавление вибрации на основе жидкости, вы также можете рассмотреть возможность использования дополнительных продуктов, таких как демпферы вязкой жидкости (VFD), для поддержки вашей системы подшипников — дополнительную информацию можно найти на сайтеДемпфер вязкой жидкости (VFD).
Признаки длительного ношения: возрастные и экологические стрессоры
Даже если ваши подшипники не имеют явных повреждений, у них есть срок службы. Большинство HDRBRB рассчитаны на срок службы от 20 до 30 лет, но этот срок может быть короче, если они подвергаются суровым условиям. Например, подшипники в прибрежных районах с высоким содержанием соли в воздухе выходят из строя быстрее, чем подшипники во внутренних регионах.
1. Возрастная деградация резины
Каучук — синтетический материал, и со временем его молекулярные связи разрушаются под воздействием ультрафиолета, озона и изменений температуры. Этот процесс называется «старением», и он приводит к тому, что резина становится хрупкой или жесткой. Если срок службы подшипника приближается к отметке в 20 лет, даже если он выглядит нормально, мы рекомендуем провести проверку производительности, чтобы убедиться, что он по-прежнему работает должным образом. У нас были клиенты с подшипниками, которые прослужили 35 лет в мягком климате, но всего 18 лет в прибрежных мостах, поэтому возраст является фактором, но и окружающая среда тоже имеет значение.
2. Износ в результате сейсмических или ветровых явлений.
Конструкции в зонах с высокой сейсмичностью (например, в Тихоокеанском огненном кольце) или в районах с частыми сильными ветрами испытывают гораздо большую нагрузку на опоры, чем конструкции в более мягких регионах. Если ваша конструкция пережила несколько крупных сейсмических явлений или ураганов, рекомендуется проверить подшипники в течение шести месяцев после события, даже если нет очевидных повреждений. Повторяющаяся нагрузка может вызвать внутреннюю усталость резиновых и металлических пластин, которая не проявится сразу.
Однажды у меня был клиент в Японии, у которого в 2005 году в жилом доме были установлены HDRBRB. После землетрясения в Тохоку в 2011 году они не заметили никаких видимых повреждений, но когда мы проверили подшипники, мы обнаружили, что в резине появились микротрещины из-за повторяющихся сильных нагрузок. Замена подшипников на десять лет раньше спасла их от потенциального отказа во время землетрясения в Кумамото в 2016 году, которое было значительно меньше, чем в Тохоку, но все же достаточно, чтобы вызвать проблемы с изношенными подшипниками.
Что произойдет, если вы проигнорируете эти знаки?
Я видел слишком много случаев, когда владельцы зданий откладывали замену старых HDRBRB, и результаты никогда не были хорошими. Наиболее распространенной проблемой являются структурные повреждения — трещины в колоннах, балках или фундаменте, ремонт которых может стоить сотни тысяч долларов. В крайних случаях выход из строя подшипников может привести к обрушению конструкции, что ставит под угрозу жизни людей.
Помимо безопасности, игнорирование предупреждающих знаков также означает более высокие долгосрочные затраты. Ремонт конструкции после выхода из строя подшипников обходится намного дороже, чем превентивная замена, и может привести к длительному простою коммерческих или общественных зданий, таких как больницы или школы. Например, больница, которую нельзя использовать из-за поломки подшипника, может нарушить работу служб экстренной помощи для всего сообщества.
Когда пришло время замены: наша рекомендация
В нашей компании мы всегда рекомендуем двойной подход: плановые проверки каждый год и эксплуатационные испытания критических конструкций каждые три-пять лет. Если вы заметили какой-либо из признаков, о которых мы говорили, — необратимую деформацию, трещины в резине или металле, снижение эффективности распределения усилий, утечку жидкости или срок службы подшипников, приближающийся к 20-летнему, — не откладывайте их замену.
При замене HDRBRB это также хорошая возможность проверить всю систему подавления вибрации. Иногда переход на другой тип подшипника или добавление дополнительных продуктов может улучшить производительность. Например, если вы заменяете старые подшипники в пространственной ферменной конструкции, вы можете рассмотреть возможность использования резиновых подшипников космической фермы, разработанных специально для этого применения — вы можете узнать больше по адресуРезиновые подшипники космической фермы. Для мостов сферические стальные мостовые подшипники являются еще одним надежным вариантом, если ваш проект имеет уникальные требования к нагрузке. Вы можете изучить это на страницеСферический стальной мостовой подшипник.
Заключительные мысли
Как поставщик, который тесно сотрудничает с инженерами, подрядчиками и владельцами зданий, я не могу не подчеркнуть, насколько важно уделять внимание вашим резиновым подшипникам с распределением горизонтальной силы. Это не компонент «поставил и забыл» — им нужен регулярный уход и внимание, чтобы обеспечить безопасность конструкций. Затраты на раннюю замену подшипников минимальны по сравнению с риском бездействия.
Если вы не уверены, нуждаются ли ваши HDRBRB в проверке или замене, наша команда всегда готова помочь. Мы работали над тысячами проектов и можем провести инспекции на месте, тестирование производительности и рекомендации по выбору подходящих решений по замене для ваших нужд. Не ждите, пока станет слишком поздно — свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваши требования к подшипникам уже сегодня.
Ссылки
- Американское общество инженеров-строителей (ASCE). (2017). Сейсмическая оценка и модернизация существующих зданий. АСКЭ 41-17.
- ИСО 10326-1:2019. Резиновые опоры для сейсмоизоляции конструкций. Часть 1. Технические условия на пластинчатые резиновые опоры. Международная организация по стандартизации.
- Национальная совместная программа исследований автомобильных дорог (NCHRP). (2020). Руководство по техническому обслуживанию, проверке и замене подшипников моста. Отчет 920.
- Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA). (2018). Проектирование сейсмоизоляции новых зданий. ФЕМА 450.