Sfäriska seismiska isoleringslager för motorvägsbroapplikationer

I, definition, omfattning och standarder

1.1, Definition
A sfärisk bearing är en strukturell anordning (höglast multi-rotationslager, dvs. HLMB) utformad för att överföra laster mellan en broöverbyggnad och underbyggnad samtidigt som den tar emot fler-rotationer och, i vissa konstruktioner, begränsade translationsrörelser. Lagret består av en konkav sfärisk yta ihopkopplad med en konvex sfärisk yta, vilket möjliggör jämn vinkelrotation kring vilken horisontell axel som helst.
Inom broteknik används sfäriska lager för att:
- Överför vertikala belastningar, horisontella krafter och längsgående eller tvärgående förskjutningar enligt designkraven.
- Tillåt rotationer orsakade av trafikbelastningar, termisk expansion och sammandragning, seismiska åtgärder, krypning och krympning av brostrukturen.
- Ge hög last-bärförmåga med minimal friktion genom användning av glidmaterial med låg-friktion (t.ex. PTFE) och korrosionsbeständiga- rostfria passande ytor.
Dessa lager tillverkas vanligtvis i överensstämmelse med relevanta nationella och internationella standarder såsom GB/T 17955 (Kina), AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (USA) och EN 1337-7 (Europa), vilket säkerställer prestandatillförlitlighet, säkerhet och hållbarhet i långa-broapplikationer och tunga broar.

1.2, Omfattning
Den här artikeln definierar specifikationer, designparametrar, tillverkningskrav, testning, installation och underhåll förSfäriska seismiska isoleringslager (SSIB)avsedd för bryggapplikationer, som uppfyller både kinesiska och internationella koder.
1.3, Tillämpliga standarder:
Region|Standardkod|Titel|Omfattning
Kina|GB/T 17955-2009 |Sfäriska lagerför broar|Design-, tillverknings- och testkrav för sfäriska brolager.
Kina|GB/T 32836-2016 |Sfäriska lager för stålkonstruktioner| Ytterligare krav för stålkonstruktionsapplikationer.
Kina|JTG/T 2231-01-2020|Specifikationer för motorvägsbrolager|Prestanda- och kvalitetskrav för motorvägsbrolager.
Europa|EN 1337-7 |Strukturella lager– Del 7: Sfäriska lager|Material, geometri, friktion och testkrav.
Europa|EN 15129:2018 |Anti-seismiska enheter| Seismisk isoleringsdesign för strukturella applikationer.
USA|AASHTO LRFD Bridge Design Specifikationer (2023) Avsnitt 14|Lager och expansionsanordningar|Designmetodik försfäriska lager.
Storbritannien|BS 5400 del 9 |Brolager| Design och installationskrav.

II. Produktbeskrivning

2.1, Funktion:
Sfäriska seismiska isoleringslagertillhandahålla ett roterande gränssnitt mellan bryggans överbyggnad och underbyggnad samtidigt som det tillåter kontrollerad glidning för att avleda seismisk energi.

2.2, Huvudkomponenter:

1. Övre konkav platta – Hög-hållfast kolstål (Q345 eller ASTM A709 Grade 50) med precisions-bearbetad konkav yta.
2. Sfäriskt glidelement – Rostfritt stål (AISI 304/316) med skikt av PTFE eller UHMWPE.
3. Nedre konvex platta – Matchar krökning, överför vertikal belastning.
4. Fasthållningssystem – Valfria styrstänger eller fasthållare för enkelriktad rörelsekontroll.
5. Seismiskt energiavledningselement – Valfria högdämpande lager.

2.3, Typer och klassificeringar
Enligt olika funktionella krav kan sfäriska lager delas in i följande typer:

1,Fasta sfäriska lager
Fasta sfäriska lager tillåter inte horisontell förskjutning utan kan rotera fritt. De är lämpliga för strukturella delar som behöver begränsa horisontell rörelse samtidigt som de tillåter rotation.
2,Enkelriktade glidande sfäriska lager
Enkelriktade glidande sfäriska lager tillåter glidning i en riktning. De är tillämpliga på konstruktioner med specifika förskjutningskrav, såsom justering av längsgående förskjutning i vissa broar.
3, Flerriktade glidande sfäriska lager
Flerriktade glidande sfäriska lager kan glida i vilken horisontell riktning som helst. De är lämpliga för-jordbävningsutsatta områden eller långa-broar för att klara av komplexa belastningsförhållanden.
4, Seismiska sfäriska lager
Seismiska sfäriska lager är vanligtvis utrustade med dämpningsanordningar, som kan ge ytterligare energiavledningskapacitet under jordbävningar och förbättra strukturernas seismiska prestanda.

2.4, Användningsområden förSfäriska lager
På grund av deras utmärkta prestanda används sfäriska lager i stor utsträckning inom följande områden:

1, långa-broar
I broar med långa-spann som t.ex. kabel-stagsbroar, hängbroar och valvbroar kan sfäriska lager effektivt anpassa sig till förskjutningar och rotationer som orsakas av temperaturförändringar, fordonsbelastningar eller vindlaster.
2, Hög-hus
Hög-hus kommer att svaja under vindbelastningar eller seismiska rörelser. Sfäriska lager kan minska strukturella spänningar och förbättra byggnadernas stabilitet och säkerhet.
3, arenor och stora-rymdstrukturer
I stora-rymdstrukturer som gymnastiksalar och kongresscenter kan sfäriska lager anpassa sig till komplexa belastningar och säkerställa strukturernas stabilitet och hållbarhet.
4, Kärnkraftverk och nyckelinfrastruktur
I nyckelinfrastruktur som kärnkraftverk och stora dammar kan sfäriska lager ge tillförlitligt stöd och seismiskt motstånd för att säkerställa strukturell säkerhet.

2.5, Fördelar och utmaningar med sfäriska lager
1, fördelar:
• Hög bärighet-: Klarar belastningar på flera tusen ton.
• Multidirektional förskjutningsanpassning: Kan anpassas till både rotation och horisontell förskjutning samtidigt.
• Stark hållbarhet: Tillverkad av-högpresterande material, vilket säkerställer en lång livslängd.
• Utmärkt seismisk prestanda: Används ofta i-jordbävningsutsatta områden.

2, Utmaningar:
• Höga krav på tillverkningsprecision: Hög-precisionsprocesser behövs för sfärisk ytbearbetning och matchning av glidmaterial.
• Relativt höga underhållskostnader: Glidmaterial eller tätningsanordningar kan behöva bytas ut efter lång-användning.
• Komplex design: Anpassad design krävs enligt specifika tekniska behov.

III. Forskning och utveckling

3.1 Tekniska specifikationer
Designparametrar (typiskt produktionsområde):
Vertikal lastkapacitet: 1 000 – 50 000 kN
Horisontell förskjutningskapacitet: ±50 till ±250 mm
Rotationskapacitet: Större än eller lika med 0,03 rad (~1,7 grader)
Friktionskoefficient (μ): 0,03 – 0,06 (statisk), 0,02 – 0,05 (dynamisk)
Dämpningsförhållande (HDR-typ): 8 – 25 %
Servicetemperaturområde: -40 grader till +60 grader (upp till +70 grader special)
Livslängd: Större än eller lika med 50 år
Seismisk prestanda: Större än eller lika med 0,3 g designacceleration

3.2, Patent

IV. Material

V. Tillverkning och kvalitetskontroll

Ytgrovhet (glidyta): Ra Mindre än eller lika med 0,2 μm
Planhetstolerans: Mindre än eller lika med 0,5 mm per 1 000 mm
Hårdhet (glidplatta): Större än eller lika med HB 220
PTFE-bindningsstyrka: Större än eller lika med 3 MPa skjuvning
Alla lager är 100 % fabriks-testade för dimensionsnoggrannhet, last-deformationskurva, friktionskoefficient under designbelastning och visuella defekter.

VI. Prestandaverifiering, testning och kvalitetssäkring

6.1 Allmänna krav
Alla sfäriska seismiska isoleringslager ska genomgå typtester, rutintester och acceptanstester i enlighet med kinesiska och internationella standarder.
6.2 Klassificering av tester
Typtester – Bevisa designöverensstämmelse (en gång per ny design)
Rutintest – Verifiera produktionskvalitet (varje batch)
Acceptanstester – Slutligt produktgodkännande före leverans (100 % lager)
6.3 Specifika tester och krav
Vertikalt belastningstest – kvarstående deformation Mindre än eller lika med 0,3 mm, inga synliga skador.
Horisontellt förskjutningstest – Friktionskoefficient μ Mindre än eller lika med 0,06, ingen ytskada efter 50 cykler.
Rotationskapacitetstest – Jämn rörelse vid större än eller lika med 0,03–0,05 rad rotation.
Slitage- och utmattningstest – Mindre än eller lika med 1 % PTFE-tjockleksförlust efter cykler.
Seismiskt simuleringstest – Dämpningsförhållande inom ±2 % av design, förskjutning inom spelrum.
Temperaturtester – Friktionsvariation Mindre än eller lika med ±15 % från rumstemperatur.
Korrosionsbeständighetstest – Inget beläggningsfel efter 500 timmar saltspray.
6.4 Fabrikens kvalitetskontrollprocedurer
Inkommande materialinspektion – Ultraljudskontroll av stål, PTFE-densitet och hållfasthet.
Under-process QC – Platebearbetningstolerans ±0,2 mm, svetsinspektion.
Slutbesiktning – Dimensionell kontroll, märkningsverifiering.
6.5 Dokumentation och spårbarhet
Upprätthålla materialtestcertifikat, fabriksproduktionskontrollregister och certifikat om överensstämmelse.
6.6 Acceptanskriterier Sammanfattning
Vertikal deformation mindre än eller lika med 0,3 mm, friktion mindre än eller lika med 0,06, PTFE-nötning mindre än eller lika med 1%, rotation större än eller lika med 0,03 rad.
6.7, Typtestning och rapporter.

6.7.1, Testutrustning

6.7.2, Testningsrapporter

VII. Installationsriktlinjer

Förberedelser – Kontrollera lagersätets tolerans och bultpositioner.
Installationssteg – Lyft överbyggnaden, placera lagret, säkra, kontrollera, lossa domkrafterna.
Spelrum – Behåll större än eller lika med 50 mm seismiskt gap.

VIII. Underhållsschema

6 månader: Visuell kontroll
2 år: Funktionskontroll
5 år: Detaljbesiktning
25 år: Översyn

IX. Förpackning & Förvaring

Packa i fuktsäker-förpackning, förvara i ventilerat utrymme, max 3 lager staplade.

X. Tabell för typiska mått

O1CN015bVJRF1mFFGMSUdxa2219352594924-0-cib

10.1, Specifikationer för QZ Sfäriska lager för motorvägsbroar.
10.2, Specifikationer för LQZ Sfäriska lager för motorvägsbroar

XI. Ansökan upphör

XII, Framtida utvecklingstrender för sfäriska lager

Med utvecklingen av ingenjörsteknik,sfäriska lagerförnyar ständigt, och följande trender kan dyka upp i framtiden:

1, intelligenta lager:
Integrerade med sensorteknologi kan de övervaka spänningen, förskjutningen och slitaget av lagren i realtid för att realisera intelligent tidig varning och underhåll.
2, Applicering av nya material
Material som grafen-förstärkta kompositer och själv-smörjande material kan förbättra sfäriska lagers hållbarhet och glidprestanda.
3, grön och miljöskyddsdesign
Användning av återvinningsbara material eller miljöskyddsbeläggningar med låg-friktion kan minska påverkan på miljön.
4, 3D-utskriftsteknik
Användningen av 3D-utskriftsteknik för att tillverka lager med komplexa former kan förbättra produktionseffektiviteten och anpassningsmöjligheterna.