Amortizoare cu fluide vâscoase în punte (VFD): Principiu de funcționare, aplicare și standarde internaționale

Un amortizor de fluid vâscos tip punte este compus dintr-un cilindru, piston, orificiu de amortizare, tijă de piston și componente de etanșare de-performanță înaltă, cu interiorul umplut cu ulei siliconic-rezistent la temperatură înaltă, cu durată de viață-prelungită-care acționează ca mediu de amortizare. Atunci când un pod suferă o deplasare din cauza activității seismice, a încărcăturilor vântului sau a impactului vehiculului, apare o mișcare relativă între piston și cilindrul. Această mișcare relativă forțează fluidul vâscos din interiorul amortizorului să treacă prin canalele de amortizare cu viteză mare, iar rezistența la curgere generată în timpul acestui proces disipează energia vibrației structurale în căldură, care este apoi eliberată în atmosferă pentru a reduce vibrațiile structurale.

O caracteristică cheie a VFD-urilor de pod este lipsa lor de rigiditate statică, ceea ce înseamnă că nu modifică perioada de vibrație naturală a structurii podului. Acest lucru este esențial pentru menținerea performanței structurale inițiale, oferind în același timp disiparea energiei. În plus, aceste amortizoare au o curbă de histerezis completă și stabilă, permițându-le să atingă o eficiență de disipare a energiei de peste 90%, făcându-le extrem de eficiente în atenuarea diferitelor tipuri de vibrații structurale.

Funcții de bază și scenarii de aplicație

1. Protecție seismică

VFD-urile pod joacă un rol vital în protecția seismică prin consumul eficient de energie seismică. Acestea reduc deplasarea grinzilor de pod și forța internă exercitată asupra pilonilor, prevenind astfel deteriorarea lagărelor și minimizând riscul ca grinzile de pod să cadă de pe suporturile lor. Aceste amortizoare sunt instalate pe scară largă între grinda principală și stâlpi sau cule pentru a oferi protecție seismică țintită.

2. Controlul vibrațiilor vântului

Pentru podurile cu -cablare lungă-pendură și podurile suspendate, vibrațiile-induse de vânt, cum ar fi vibrațiile și fluturarea induse de vârtej-, pot afecta în mod semnificativ siguranța structurală și confortul de conducere. VFD-urile suprimă în mod eficient aceste vibrații și, de asemenea, atenuează vibrațiile induse de ploaie-vânt ale cablurilor de susținere, sporind atât confortul la conducere, cât și durata de viață la oboseală a structurii podului.

3. Eliberarea deplasării temperaturii

Podurile se extind și se contractă odată cu schimbările de temperatură, iar VFD-urile permit această mișcare liberă fără a genera stres termic suplimentar care ar putea deteriora structura. În același timp, rețin vibrațiile de joasă-frecvență cauzate de frânarea vehiculului și de impactul rosturilor de dilatație, protejând și mai mult podul de uzura-pe termen lung.

4. Adaptare tip punte largă

Amortizoarele cu fluide vâscoase sunt extrem de versatile și potrivite pentru o gamă largă de tipuri de poduri, inclusiv poduri-pendate, poduri suspendate, poduri cu grinzi continue, poduri cu cadru rigid, viaducte urbane și poduri feroviare. De asemenea, pot fi utilizați în combinație cu rulmenți de izolare seismică și dispozitive de reținere pentru a forma un sistem de protecție structurală pe mai multe-niveluri, sporind siguranța structurală generală.

Principiul de instalare și aspect

Amortizoarele de fluid vâscos în punte utilizează în mod obișnuit plăci urechi bilaterale și conexiuni articulare sferice, care permit adaptarea la unghiurile structurale de rotație. Acestea sunt instalate simetric pe direcția longitudinală dintre capătul grinzii și pilon și sunt aranjate transversal între partea inferioară a grinzii cutie de oțel și capacul îndoit pentru a controla eficient deplasarea laterală.

Regulile cheie de amenajare pentru VFD includ asigurarea că axa amortizorului este în concordanță cu direcția deformării structurale pentru a evita sarcinile excentrice, utilizarea conexiunilor articulațiilor sferice pentru a se adapta abaterilor unghiului de instalare, rezervarea spațiului suficient de întreținere și adoptarea de design de etanșare-de grad înalt anti-coroziune și praf-pentru a prelungi durata de viață a amortizoarelor.

Aplicația globală a VFD-urilor de pod este dominată de trei sisteme standard majore: standardele europene EN, standardele americane AASHTO/ASTM/ICC-ES și specificațiile japoneze pentru podurile rutiere. Aceste norme reglementează toate aspectele VFD-urilor, inclusiv proiectarea, selecția materialelor, indicatorii de performanță, testarea la oboseală, adaptabilitatea la temperatură și inspecția din fabrică și sunt cerințe esențiale pentru certificarea CE, ICC-ES și JSSI.

1. Standarde europene (certificare CE obligatorie)

EN 15129:2009 Dispozitive seismice: cerințe de performanță și metode de testare

Acesta este standardul UE de bază pentru amortizoare-dependente de viteză, rulmenți de izolare seismică și dispozitive anti--cădere a podurilor și este obligatoriu ca marcajul CE să intre pe piețele UE și SEE.

Standardul definește VFD-urile ca amortizoare pasive-dependente de viteză, fără rigiditate statică. Pentru materiale, este necesar ca fluidul de amortizare să fie ne-toxic, ne-inflamabil și inert din punct de vedere chimic, uleiul de silicon (punct de aprindere mai mare sau egal cu 340 de grade ) fiind alegerea preferată. Cilindrul și tija pistonului trebuie să fie din oțel aliat-de înaltă rezistență cu cromat dur, iar rugozitatea suprafeței trebuie să respecte EN ISO 4287, cu o rugozitate maximă de 3μm.

Indicatorii de performanță de bază specificați de EN 15129:2009 includ o abatere a forței de amortizare de cel mult ±15% la diferite viteze și frecvențe, abatere de performanță de cel mult ±15% în intervalul de temperatură de la -25 grade până la +50 grade, capacitatea de a rezista la 150% din deplasarea de proiectare fără deteriorare și presiune internă de cel puțin 15 ori. Pentru durabilitatea la oboseală, amortizorul trebuie să nu prezinte scurgeri de ulei după 20.000 de cicluri, cu o atenuare a performanței de cel mult 10%.

Testele obligatorii de conformitate includ testarea curbei de histerezis (F-D), testarea relației forței{-viteza (F{-V), testarea ciclului de temperatură, testarea la oboseală, testarea deplasării finale și testarea presiunii de etanșare.

Alte coduri relevante europene

EN 1998-2 (Eurocod 8): Acest cod de proiectare seismică a podului specifică principiile de amenajare pentru VFD și calculul raportului de amortizare echivalent, recomandând un raport de nu mai puțin de 20%.

EN 1337: Acest standard pentru rulmenți de punte oferă îndrumări cu privire la aplicarea potrivită a VFD-urilor și a rulmenților structurali.

2. Standarde americane (AASHTO / ASCE / ASTM / ICC-ES)

Standardele americane sunt adoptate pe scară largă în America de Nord, Orientul Mijlociu și proiectele internaționale de licitație, cu cerințe stricte privind performanța seismică, adaptabilitatea la temperatură scăzută-și durata de viață la oboseală.

Specificații AASHTO

Specificații de proiectare a podului LRFD: Această specificație specifică că exponentul de viteză pentru VFD ar trebui să fie între 0,3 și 0,5 și definește metoda de proiectare seismică și limitele de deplasare pentru amortizoare.

Ghid de proiectare pentru izolare seismică: Acest ghid reglementează regulile de evaluare pentru forța amortizorului, deplasarea, rezistența la temperatură și performanța la oboseală.

Standardele ASTM

ASTM E2126: Acest standard oferă o metodă de testare unificată pentru amortizoarele structurale, care acoperă performanța histerezisului, testarea la oboseală și calibrarea parametrilor mecanici.

ASTM A370: Acest standard specifică cerințele de testare a proprietăților mecanice pentru materiile prime utilizate în fabricarea cilindrilor și a tijei pistonului.

Criteriile de certificare ICC-ES

AC156: Acest standard de acceptare pentru dispozitivele de amortizare non--structurale acoperă rezistența la îmbătrânire, rezistența la foc și stabilitatea pe termen lung-a VFD-urilor.

AC494: Acest standard special pentru amortizoarele structurale de pod necesită un minim de 50.000 de cicluri de oboseală, o deplasare finală de până la 200% din valoarea de proiectare și rezistență la temperatură joasă-de până la -40 de grade .

3. Standardele japoneze pentru podurile rutiere

Standardele japoneze pentru poduri sunt renumite pentru precizia lor strictă și cerințele de viață de viață ultra-lungă, ceea ce le face deosebit de potrivite pentru proiecte în zone cu-seism înalt. Cerințele cheie includ un exponent de viteză controlat între 0,2 și 0,4, o abatere de temperatură a forței de amortizare limitată la ±10%, o durată de viață de proiectare de nu mai puțin de 75 de ani, o rată anuală de scurgere a uleiului de cel mult 0,1% și toleranța de instalare a construcției controlată cu 2 mm.

Compararea parametrilor cheie standard internațional

Înțelegerea diferențelor parametrilor cheie dintre standardele internaționale este crucială pentru asigurarea conformității în proiectele globale. Tabelul de mai jos compară cerințele de bază pentru VFD-uri punte în cadrul standardelor internaționale majore:

Certificare și sfaturi pentru aplicarea proiectelor globale

Piața UE: Pentru a intra pe piața UE, VFD-urile bridge trebuie să treacă de certificarea EN 15129 CE, care include controlul producției din fabrică (FPC) pentru a asigura o calitate constantă a produsului.

Piața din America de Nord: sunt necesare respectarea standardelor de proiectare AASHTO și un raport de evaluare ICC-ES AC494 pentru VFD-urile utilizate în proiectele de poduri din America de Nord.

Proiecte internaționale cu zone-seismice ridicate: pentru proiectele din zone cu-seismism ridicat, se recomandă adoptarea celor mai stricti parametri dintre standardele europene, americane și japoneze pentru a îndeplini cerințele de licitare și criteriile de acceptare a proprietarului.

Documentație tehnică: producătorii trebuie să furnizeze documentația tehnică completă, inclusiv curbele de forță-viteză (F-V), rapoarte de test de histerezis, date de testare a performanței temperaturii și rezultate de detectare a oboselii, pentru revizuire tehnică în timpul licitației și acceptării proiectului.