Хотя маятниковые подшипники трения (FPB) кажутся простыми по конструкции, каждый компонент и деталь конструкции точно спроектированы в соответствии с механическими принципами. Понимание их структуры и механизма работы позволяет полностью понять, почему они считаются одним из оптимальных решений для сейсмоизоляции.
Стандартная структура FPB: четыре основных компонента с различными функциями
Стандартный маятниковый подшипник скольжения состоит из четырех ключевых компонентов, которые работают вместе для обеспечения сейсмоизоляции, рассеивания энергии и автоматического повторного центрирования.
-
Верхняя опорная пластина
Верхняя несущая плита, жестко соединенная с пролетной конструкцией, такой как балки, плиты перекрытия и опоры моста, имеет в качестве основания прецизионно обработанную-вогнутую сферическую поверхность. Он служит основной направляющей для колебательного движения и обеспечивает вертикальную передачу нагрузки и горизонтальное наведение.
-
Скользящий блок (вкладыш сферической крышки)
Расположенный между верхней и нижней опорными пластинами, скользящий блок является основным подвижным компонентом. Его поверхность покрыта материалами с низким -трением и износом-, такими как политетрафторэтилен (ПТФЭ), образующими пару трения со сферической поверхностью из нержавеющей стали. Это обеспечивает плавное скольжение и рассеивание энергии за счет трения.
-
Нижняя опорная пластина
Прикрепленная к фундаменту или опоре нижняя несущая пластина имеет плоскую или соответствующую вогнутую сферическую верхнюю поверхность. Он обеспечивает стабильную основу, ограничивает диапазон поворота и сохраняет общую устойчивость подшипника.
-
Уплотнительный и ограничительный узел
В состав этого узла входят пылезащитные-уплотнения, ограничительные штифты, направляющие шпонки и другие детали. Он предотвращает попадание пыли и влаги в скользящий интерфейс во избежание истирания. Ограничительные штифты контролируют смещение при нормальных условиях эксплуатации и автоматически разблокируются во время землетрясений, обеспечивая достаточное пространство для поворота.
Принцип работы FPB: Трех-этапная сейсмическая защита
Маятниковые подшипники трения работают полностью по физическим законам без внешней энергии. Они активируются автоматически во время землетрясений и спонтанно возвращаются в центр после землетрясения, обеспечивая высокую эффективность и надежность на протяжении всего процесса.
(1) Инициирование и развязка: прерывание передачи сейсмической энергии
Когда горизонтальная сейсмическая сила превышает порог статического трения между скользящим блоком и сферической поверхностью, жесткое соединение подшипника нарушается. Между пролетным строением и фундаментом происходит относительное скольжение, полностью отсекающее путь передачи сейсмической энергии к пролетному строению и предотвращающее прямое сейсмическое воздействие.
(2) Колебания и рассеяние энергии: преобразование и потребление сейсмической энергии
Скользящий блок совершает маятниковое-движение вдоль вогнутой сферической поверхности, слегка приподнимая надстройку и преобразуя сейсмическую кинетическую энергию в гравитационную потенциальную энергию. Между тем, постоянное трение на стыке скольжения создает сопротивление, превращая оставшуюся сейсмическую энергию в тепло и значительно уменьшая амплитуду вибрации конструкции.
(3) Восстановление гравитационного центра: автоматический сброс после землетрясений
Как только землетрясение прекращается, сила тяжести, действующая на надстройку, тянет скользящий блок обратно в центральное положение вдоль сферической поверхности, обеспечивая автоматический сброс без привода с почти нулевым остаточным смещением. Это гарантирует, что конструкция вернется в исходное положение, не влияя на последующее использование.
Ключевые параметры проектирования: основные показатели, определяющие производительность FPB
-
Сферический радиус кривизны
Радиус кривизны определяет период изоляции. Больший радиус приводит к более длительному периоду изоляции, помогая избежать доминирующего сейсмического периода на объекте и предотвращая резонанс.
-
Коэффициент трения
Он контролирует силу активации и эффективность рассеивания энергии в типичном диапазоне 0,03–0,12. Это уравновешивает структурную устойчивость при небольших землетрясениях и ветровых нагрузках, а также способность рассеивать энергию при сильных землетрясениях.
-
Предельное смещение
Разработанный для обеспечения максимальной амплитуды качания при редких землетрясениях, он гарантирует, что подшипник не выйдет из строя и не выйдет из строя в экстремальных условиях.