Coixinets d'aïllament sísmic esfèric per a aplicacions de pont d'autopistes (SSIB)

1.1, Definició
A bearin esfèricg és un dispositiu estructural (coixinet multi-rotacional d'alta càrrega, és a dir, HLMB) dissenyat per transmetre càrregues entre la superestructura i la subestructura d'un pont alhora que permet girs multi-direccionals i, en alguns dissenys, moviments de translació limitats. El coixinet consisteix en una superfície esfèrica còncava acoblada amb una superfície esfèrica convexa, que permet una rotació angular suau al voltant de qualsevol eix horitzontal.
En enginyeria de ponts, els coixinets esfèrics s'utilitzen per:
- Transferiu les càrregues verticals, les forces horitzontals i els desplaçaments longitudinals o transversals segons els requisits del disseny.
- Permet rotacions causades per càrregues de trànsit, dilatacions i contraccions tèrmiques, accions sísmiques, fluïdesa i contracció de l'estructura del pont.
- Proporcioneu una gran capacitat de càrrega-amb una fricció mínima mitjançant l'ús de materials lliscants de baixa-fricció (p. ex., PTFE) i superfícies d'acoblament d'acer inoxidable-resistents a la corrosió.
Aquests coixinets es fabriquen normalment d'acord amb els estàndards nacionals i internacionals rellevants, com ara GB/T 17955 (Xina), AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (EUA) i EN 1337-7 (Europa), garantint la fiabilitat del rendiment, la seguretat i la durabilitat en aplicacions de pont de llarg-carrera i càrrega pesada.

1.2, Àmbit
Aquest article defineix les especificacions, els paràmetres de disseny, els requisits de fabricació, les proves, la instal·lació i el mantenimentCoixinets d'aïllament sísmic esfèric (SSIB)destinat a aplicacions de pont, complint amb codis xinesos i internacionals.
1.3, Normes aplicables:
Regió|Codi estàndard|Títol|Àmbit
Xina|GB/T 17955-2009 |Coixinets esfèricsper Ponts|Requisits de disseny, fabricació i proves per a coixinets esfèrics de pont.
Xina|GB/T 32836-2016 |Coixinets esfèrics per a estructures d'acer| Requisits addicionals per a aplicacions d'estructura d'acer.
Xina|JTG/T 2231-01-2020|Especificacions per als coixinets del pont d'autopista|Requisits de rendiment i qualitat dels coixinets del pont d'autopistes.
Europa|EN 1337-7 |Coixinets estructurals– Part 7: Coixinets esfèrics|Requisits de material, geometria, fricció i proves.
Europa|EN 15129:2018 |Dispositius anti-sísmics| Disseny d'aïllament sísmic per a aplicacions estructurals.
EUA|Especificacions de disseny del pont AASHTO LRFD (2023) Secció 14|Coixinets i dispositius d'expansió|Metodologia de disseny percoixinets esfèrics.
Regne Unit|BS 5400 Part 9 |Coixinets de pont| Requisits de disseny i instal·lació.

2.1, funció:
Coixinets esfèrics d'aïllament sísmicproporcionen una interfície de rotació entre la superestructura i la subestructura del pont alhora que permeten un lliscament controlat per dissipar l'energia sísmica.

2.2, Components principals:

• 1. Placa còncava superior: acer al carboni-alta resistència (Q345 o ASTM A709 grau 50) amb superfície còncava-mecanitzada de precisió.
• 2. Element lliscant esfèric – Acer inoxidable (AISI 304/316) amb capa de PTFE o UHMWPE unida.
• 3. Placa convexa inferior: coincideix amb la curvatura, transfereix la càrrega vertical.
• 4. Sistema de contenció: barres de guia o restriccions opcionals per al control del moviment unidireccional.
• 5. Element de dissipació d'energia sísmica – Capes d'amortiment alt opcionals.

2.3,Tipus i classificacions
Segons diferents requisits funcionals, els coixinets esfèrics es poden dividir en els següents tipus:

• 1,Coixinets esfèrics fixos
• Els coixinets esfèrics fixos no permeten el desplaçament horitzontal però poden girar lliurement. Són adequats per a peces estructurals que necessiten restringir el moviment horitzontal alhora que permeten la rotació.
• 2,Coixinets esfèrics lliscants unidireccionals
• Unidirectional sliding spherical bearings allow sliding along one direction. Són aplicables a estructures amb requisits específics de desplaçament, com ara l'ajust del desplaçament longitudinal en determinats ponts.
• 3, Coixinets esfèrics lliscants multidireccionals
• Els coixinets esfèrics lliscants multidireccionals poden lliscar en qualsevol direcció horitzontal. Són adequats per a zones-propenses a terratrèmols o ponts de llarg-per fer front a condicions de càrrega complexes.
• 4, Coixinets esfèrics sísmics
• Els coixinets esfèrics sísmics solen estar equipats amb dispositius d'amortiment, que poden proporcionar una capacitat addicional de dissipació d'energia durant els terratrèmols i millorar el rendiment sísmic de les estructures.

2.4, Camps d'aplicació deCoixinets esfèrics
A causa del seu excel·lent rendiment, els coixinets esfèrics s'utilitzen àmpliament en els camps següents:

• 1, Ponts-de llarga durada
• En ponts de-larga portada, com ara ponts-atirants, ponts penjants i ponts d'arc, els coixinets esfèrics poden adaptar-se eficaçment als desplaçaments i rotacions causats pels canvis de temperatura, les càrregues del vehicle o les càrregues del vent.
• 2, edificis-de gran alçada
• Els edificis-de gran alçada es balancejaran sota les càrregues del vent o les accions sísmiques. Els coixinets esfèrics poden reduir l'estrès estructural i millorar l'estabilitat i la seguretat dels edificis.
• 3, estadis i estructures espacials-grans
• A les estructures d'espai-grans, com ara gimnasos i centres de convencions, els coixinets esfèrics poden adaptar-se a càrregues complexes i garantir l'estabilitat i la durabilitat de les estructures.
• 4, Centrals nuclears i infraestructures clau
• En infraestructures clau com les centrals nuclears i les grans preses, els coixinets esfèrics poden proporcionar un suport fiable i resistència sísmica per garantir la seguretat estructural.

2.5, Avantatges i reptes dels coixinets esfèrics
1, Advantages:
• Alta capacitat de càrrega-: pot suportar càrregues de diversos milers de tones.
• Adaptabilitat al desplaçament multidireccional: Capaç d'adaptar-se tant a la rotació com al desplaçament horitzontal simultàniament.
• Forta durabilitat: fabricat amb materials-d'alt rendiment, que garanteixen una llarga vida útil.
• Excel·lent rendiment sísmic: s'utilitza àmpliament en zones-propenses a terratrèmols.

2, reptes:
• Requisits elevats per a la precisió de fabricació: es necessiten processos d'alta-precisió per al processament de superfícies esfèriques i la combinació de materials lliscants.
• Costos de manteniment relativament elevats: és possible que els materials lliscants o els dispositius de segellat hagin de ser substituïts després d'un ús-a llarg termini.
• Disseny complex: es requereix un disseny personalitzat segons necessitats específiques d'enginyeria.

3.1 Especificacions tècniques
Paràmetres de disseny (rang de producció típic):
Capacitat de càrrega vertical: 1.000 – 50.000 kN
Capacitat de desplaçament horitzontal: ±50 a ±250 mm
Capacitat de rotació: superior o igual a 0,03 rad (~1,7 graus)
Coeficient de fricció (μ): 0,03 – 0,06 (estàtic), 0,02 – 0,05 (dinàmic)
Relació d'amortiment (tipus HDR): 8-25%
Interval de temperatura de servei: -40 graus a +60 graus (fins a +70 graus especials)
Vida útil: superior o igual a 50 anys
Rendiment sísmic: acceleració de disseny superior o igual a 0,3 g

3.2, Patent
 

Component|Material|Estàndard
Plaques de rodament|Q345, Q420, ASTM A709|GB/T 1591, ASTM A709
Element lliscant esfèric|Acer inoxidable AISI 304/316|ASTM A240
Superfície de lliscament|PTFE verge, UHMWPE|ASTM D4894
Lubricant|Basat-de silicona|Especificació del fabricant
Perns d'ancoratge|Grau 8.8 / ASTM A325|GB/T 5782, ASTM A325

Rugositat superficial (superfície de lliscament): Ra Inferior o igual a 0,2 μm
Tolerància a la planitud: inferior o igual a 0,5 mm per 1.000 mm
Duresa (placa lliscant): superior o igual a HB 220
Resistència d'unió de PTFE: superior o igual a 3 MPa de cisalla
Tots els coixinets estan 100% provats de fàbrica-per a la precisió dimensional, la corba de deformació de càrrega-, el coeficient de fricció sota la càrrega de disseny i els defectes visuals.

6.1 Requisits generals
Tots els coixinets esfèrics d'aïllament sísmic s'han de sotmetre a proves de tipus, proves rutinàries i proves d'acceptació d'acord amb els estàndards xinesos i internacionals.
6.2 Classificació de les proves
Proves de tipus: comproveu el compliment del disseny (un cop per disseny nou)
Proves de rutina: verifiqueu la qualitat de la producció (cada lot)
Proves d'acceptació: aprovació final del producte abans del lliurament (100% coixinets)
6.3 Proves i requisits específics
Prova de càrrega vertical - Deformació residual Menor o igual a 0,3 mm, sense danys visibles.
Prova de desplaçament horitzontal: coeficient de fricció μ Menor o igual a 0,06, sense danys a la superfície després de 50 cicles.
Prova de capacitat de rotació: moviment suau amb una rotació superior o igual a 0,03–0,05 rad.
Prova de desgast i fatiga: una pèrdua de gruix de PTFE inferior o igual a l'1% després dels cicles.
Prova de simulació sísmica - Relació d'amortiment dins del ±2% del disseny, desplaçament dins de l'espai lliure.
Proves de temperatura – Variació de fricció Menor o igual a ±15% de la temperatura ambient.
Prova de resistència a la corrosió: no hi ha cap fallada de recobriment després de 500 h d'esprai de sal.
6.4 Procediments de control de qualitat de fàbrica
Inspecció de material entrant: control d'acer per ultrasons, densitat i resistència de PTFE.
En -Procés QC: tolerància de mecanitzat de plaques ±0,2 mm, inspecció de soldadura.
Inspecció final - Comprovació dimensional, verificació de marcatge.
6.5 Documentació i traçabilitat
Mantenir els certificats de prova de materials, els registres de control de producció de fàbrica i els certificats de conformitat.
6.6 Resum dels criteris d'acceptació
Deformació vertical Menor o igual a 0,3 mm, Fricció Menor o igual a 0,06, Desgast de PTFE Menor o igual a 1%, Rotació Major o igual a 0,03 rad.
6.7, Proves de tipus i informes.

6.7.1, Equips de prova
 

6.7.2, Informes de proves

Preparació: comproveu la tolerància del seient del coixinet i les posicions dels cargols.
Passos d'instal·lació: aixequeu la superestructura, col·loqueu el coixinet, assegureu-vos, comproveu i allibereu els gats.
Espai lliure: mantenir un espai sísmic superior o igual a 50 mm.

6 mesos: control visual
2 anys: Comprovació funcional
5 anys: inspecció detallada
25 anys: Revisió

Empaquetar en un embolcall a prova d'humitat, emmagatzemar-lo en una zona ventilada, apilar un màxim de 3 capes.

10.1, Especificacions per a coixinets esfèrics QZ per a ponts d'autopistes.
10.2, Especificacions per a coixinets esfèrics LQZ per a ponts d'autopistes

Amb el desenvolupament de la tecnologia d'enginyeria,coixinets esfèricsestan innovant constantment, i les tendències següents poden sorgir en el futur:

• 1, coixinets intel·ligents:
• Integrats amb la tecnologia de sensors, poden controlar l'estrès, el desplaçament i el desgast dels coixinets en temps real per realitzar una alerta ràpida i un manteniment intel·ligent.
• 2, aplicació de nous materials
• Materials com ara els compostos-reforçats amb grafè i els materials auto-lubricants poden millorar la durabilitat i el rendiment de lliscament dels coixinets esfèrics.
• 3, Disseny verd i de protecció del medi ambient
• L'ús de materials reciclables o recobriments de protecció ambiental de baixa-fricció pot reduir l'impacte sobre el medi ambient.
• 4, Tecnologia d'impressió 3D
• L'ús de la tecnologia d'impressió 3D per fabricar coixinets amb formes complexes pot millorar l'eficiència de la producció i les capacitats de personalització.

Etiquetes populars: Coixinets esfèrics d'aïllament sísmic per a aplicacions de ponts d'autopistes (ssib), fabricants, proveïdors de coixinets d'aïllament sísmics esfèrics de la Xina per a aplicacions de ponts d'autopistes (ssib)