Amortidors de fluids viscosos de pont (VFD): principi de funcionament, aplicació i estàndards internacionals

Un amortidor de fluid viscós de pont típic es compon d'un cilindre, un pistó, un orifici d'amortiment, una tija del pistó i components de segellat d'alt rendiment, amb el seu interior ple d'oli de silicona resistent a altes-temperatura i de llarga-vida- vida útil que actua com a mitjà amortidor. Quan un pont experimenta un desplaçament a causa de l'activitat sísmica, les càrregues del vent o l'impacte del vehicle, es produeix un moviment relatiu entre el pistó i el canó del cilindre. Aquest moviment relatiu obliga el fluid viscós dins de l'amortidor a passar pels canals d'amortiment a gran velocitat, i la resistència al flux generada durant aquest procés dissipa l'energia de vibració estructural en calor, que després s'allibera a l'atmosfera per reduir les vibracions estructurals.

Una característica clau dels VFD del pont és la seva manca de rigidesa estàtica, el que significa que no alteren el període de vibració natural de l'estructura del pont. Això és fonamental per mantenir el rendiment estructural original alhora que proporciona dissipació d'energia. A més, aquests amortidors presenten una corba d'histèresi completa i estable, que els permet aconseguir una eficiència de dissipació d'energia superior al 90%, cosa que els fa molt efectius per mitigar diversos tipus de vibracions estructurals.

Funcions bàsiques i escenaris d'aplicació

1. Protecció sísmica

Els VFD de pont tenen un paper vital en la protecció sísmica consumint de manera eficient l'energia sísmica. Redueixen el desplaçament de les bigues del pont i la força interna exercida sobre els pilars, evitant així danys als coixinets i minimitzant el risc que les bigues del pont caiguin dels seus suports. Aquests amortidors s'instal·len àmpliament entre la bigueta principal i els molls o contraforts per proporcionar una protecció sísmica específica.

2. Control de la vibració del vent

Per als ponts atirantats i ponts penjants de -cables de llarga travessia-, les vibracions induïdes pel vent-com ara les vibracions i la vibració induïdes per vòrtex-poden afectar significativament la seguretat estructural i el confort de conducció. Els VFD suprimeixen eficaçment aquestes vibracions i també mitiguen les vibracions induïdes per la pluja-vent dels cables d'estany, millorant tant la comoditat de conducció com la vida a fatiga de l'estructura del pont.

3. Alliberament de desplaçament de temperatura

Els ponts s'expandeixen i es contrauen amb els canvis de temperatura, i els VFD permeten aquest moviment lliure sense generar estrès tèrmic addicional que podria danyar l'estructura. Al mateix temps, frenen les vibracions de baixa-freqüència causades per la frenada del vehicle i l'impacte de les juntes de dilatació, protegint encara més el pont del desgast-a llarg termini.

4. Adaptació tipus pont ample

Els amortidors de fluid viscós són molt versàtils i adequats per a una àmplia gamma de tipus de ponts, com ara ponts-atirants, ponts penjants, ponts de bigues contínues, ponts de marc rígid, viaductes urbans i ponts ferroviaris. També es poden utilitzar en combinació amb coixinets d'aïllament sísmic i dispositius de retenció per formar un sistema de protecció estructural de diversos nivells, millorant la seguretat estructural general.

Principi d'instal·lació i disseny

Els amortidors de fluids viscosos de pont solen utilitzar plaques d'orella bilaterals i connexions de frontisses esfèriques, que permeten l'adaptació als angles de rotació estructurals. S'instal·len simètricament en la direcció longitudinal entre l'extrem de la biga i el moll, i es disposen transversalment entre la part inferior de la biga de caixa d'acer i la tapa doblegada per controlar el desplaçament lateral de manera eficaç.

Les regles clau de disseny dels VFD inclouen assegurar-se que l'eix de l'amortidor sigui coherent amb la direcció de la deformació estructural per evitar càrregues excèntriques, utilitzar connexions de frontisses esfèriques per adaptar-se a les desviacions de l'angle d'instal·lació, reservar espai de manteniment suficient i adoptar dissenys d'anti-corrosió i pols-d'alt grau per allargar la vida útil de l'amortidor.

L'aplicació global dels VFD de pont està dominada per tres sistemes estàndard principals: els estàndards europeus EN, els estàndards americans AASHTO/ASTM/ICC-ES i les especificacions japoneses de ponts de carretera. Aquestes normes regulen tots els aspectes dels VFD, com ara el disseny, la selecció de materials, els indicadors de rendiment, les proves de fatiga, l'adaptabilitat a la temperatura i la inspecció de fàbrica, i són requisits essencials per a la certificació CE, ICC-ES i JSSI.

1. Normes europees (certificació CE obligatòria)

EN 15129:2009 Dispositius sísmics: requisits de rendiment i mètodes d'assaig

Aquest és l'estàndard bàsic de la UE per als amortidors-depenents de la velocitat, els coixinets d'aïllament sísmic i els dispositius anti-caigudes de ponts, i és obligatori que el marcatge CE entri als mercats de la UE i de l'EEE.

L'estàndard defineix els VFD com a amortidors passius-depenents de la velocitat sense rigidesa estàtica. Per als materials, requereix que el fluid amortidor sigui no-tòxic, no-inflamable i químicament inert, sent l'oli de silicona (punt d'inflamació superior o igual a 340 graus) com a opció preferida. El cilindre i la barra del pistó han de ser d'acer aliat-d'alta resistència amb cromat dur, i la rugositat superficial ha de complir la norma EN ISO 4287, amb una rugositat màxima de 3μm.

Els indicadors de rendiment bàsics especificats per EN 15129:2009 inclouen una desviació de la força d'amortiment de no més de ± 15% a diferents velocitats i freqüències, una desviació de rendiment de no més de ± 15% dins del rang de temperatura de -25 graus a +50 graus, la capacitat de resistir el 150% del desplaçament de disseny sense danyar com a mínim 15 vegades la pressió interna i el disseny. Per a la durabilitat a la fatiga, l'amortidor no ha de mostrar fuites d'oli després de 20.000 cicles, amb una atenuació del rendiment no superior al 10%.

Les proves obligatòries de compliment inclouen proves de corba d'histèresi (F-D), proves de relació força{-velocitat (F{-V), proves de cicle de temperatura, proves de fatiga, proves de desplaçament final i proves de pressió de segellat.

Altres codis europeus rellevants

EN 1998-2 (Eurocodi 8): aquest codi de disseny sísmic del pont especifica els principis de disposició dels VFD i el càlcul de la relació d'amortiment equivalent, recomanant una relació no inferior al 20%.

EN 1337: Aquesta norma de coixinets de pont proporciona orientació sobre l'aplicació d'adaptació de VFD i coixinets estructurals.

2. Normes americanes (AASHTO/ASCE/ASTM/ICC-ES)

Els estàndards nord-americans s'adopten àmpliament a Amèrica del Nord, Orient Mitjà i projectes de licitació internacional, amb requisits estrictes de rendiment sísmic, adaptabilitat a baixa-temperatura i vida útil a la fatiga.

Especificacions AASHTO

Especificacions de disseny del pont LRFD: aquesta especificació especifica que l'exponent de velocitat per als VFD ha d'estar entre 0,3 i 0,5, i defineix el mètode de disseny sísmic i els límits de desplaçament dels amortidors.

Guia de disseny d'aïllament sísmic: aquesta guia regula les regles d'avaluació de la força de l'amortidor, el desplaçament, la resistència a la temperatura i el rendiment a la fatiga.

Normes ASTM

ASTM E2126: aquesta norma proporciona un mètode de prova unificat per a amortidors estructurals, que cobreix el rendiment de la histèresi, les proves de fatiga i el calibratge de paràmetres mecànics.

ASTM A370: aquesta norma especifica els requisits de prova de propietats mecàniques per a les matèries primeres utilitzades en la fabricació de cilindres i varetes.

Criteris de certificació ICC-ES

AC156: aquesta norma d'acceptació per a dispositius d'amortiment no-estructurals cobreix la resistència a l'envelliment, la resistència al foc i l'estabilitat a-a llarg termini dels VFD.

AC494: aquesta norma especial per a amortidors estructurals de pont requereix un mínim de 50.000 cicles de fatiga, un desplaçament final de fins a un 200% del valor de disseny i una resistència a baixa -temperatura fins a -40 graus .

3. Normes japoneses de pont de carretera

Els estàndards de ponts del Japó són coneguts per la seva precisió estricta i els requisits de vida útil ultra-llarga, cosa que els fa especialment adequats per a projectes en zones-sísmiques altes. Els requisits clau inclouen un exponent de velocitat controlat entre 0,2 i 0,4, una desviació de la temperatura de la força d'amortiment limitada a ± 10%, una vida útil de disseny de no menys de 75 anys, una taxa anual de fuites d'oli de no més del 0,1% i una tolerància d'instal·lació de construcció controlada dins de 2 mm.

Comparació de paràmetres clau estàndard internacional

Entendre les diferències en els paràmetres clau entre els estàndards internacionals és crucial per garantir el compliment dels projectes globals. La taula següent compara els requisits bàsics per als VFD pont entre els principals estàndards internacionals:

Certificació i consells per a l'aplicació de projectes globals

Mercat de la UE: per entrar al mercat de la UE, els VFD pont han de passar la certificació EN 15129 CE, que inclou el control de producció de fàbrica (FPC) per garantir una qualitat constant del producte.

Mercat d'Amèrica del Nord: es requereix el compliment dels estàndards de disseny AASHTO i un informe d'avaluació ICC-ES AC494 per als VFD utilitzats en projectes de ponts nord-americans.

Projectes internacionals de -zones sísmiques altes: per a projectes en zones-ssmiques altes, es recomana adoptar els paràmetres més estrictes entre els estàndards europeus, americans i japonesos per complir els requisits d'oferta i els criteris d'acceptació del propietari.

Documentació tècnica: els fabricants han de proporcionar documentació tècnica completa, com ara corbes de força-velocitat (F-V), informes de proves d'histèresi, dades de proves de rendiment de temperatura i resultats de detecció de fatiga, per a la revisió tècnica durant la licitació i acceptació del projecte.