Tot i que els coixinets de pèndol de fricció (FPB) semblen d'estructura senzilla, cada component i detall de disseny estan dissenyats amb precisió d'acord amb els principis mecànics. Comprendre la seva estructura i mecanisme de treball permet comprendre completament per què es consideren una de les solucions òptimes per a l'aïllament sísmic.
Estructura estàndard de FPB: quatre components bàsics amb funcions diferents
Un coixinet de pèndol de fricció estàndard consta de quatre components clau, que treballen junts per aconseguir l'aïllament sísmic, la dissipació d'energia i el recentratge automàtic.
-
Placa de rodament superior
Connectada rígidament a la superestructura, com ara bigues, lloses i pilars de pont, la placa de suport superior té una superfície esfèrica còncava mecanitzada amb precisió-com a base. Serveix com a pista principal per al moviment oscil·lant i realitza la transferència de càrrega vertical i la guia horitzontal.
-
Bloc lliscant (revestiment de tapa esfèrica)
Situat entre les plaques de rodament superior i inferior, el bloc lliscant és el component mòbil principal. La seva superfície està incrustada amb materials de baixa-fricció i desgast-resistents com el politetrafluoroetilè (PTFE), formant un parell de fricció amb la superfície esfèrica d'acer inoxidable. Això garanteix un lliscament suau alhora que dissipa energia mitjançant la fricció.
-
Placa de rodament inferior
Fixada a la base o al moll, la placa de rodament inferior té una superfície superior esfèrica còncava plana o a joc. Proporciona una base estable, restringeix el rang de balanceig i manté l'estabilitat general del coixinet.
-
Muntatge de segellat i limitació
Aquest conjunt inclou segells a prova de pols-, passadors de límit, claus de guia i altres peces. Evita que la pols i la humitat entrin a la interfície lliscant per evitar l'abrasió. Limitar els pins controlen el desplaçament en condicions de servei normals i es desbloquegen automàticament durant els terratrèmols per permetre un espai de balanceig suficient.
Principi de funcionament de FPB: protecció sísmica de tres-etapes
Els coixinets de pèndol de fricció funcionen completament segons lleis físiques sense energia externa. S'activen automàticament durant els terratrèmols i es recentren espontàniament després de l'esdeveniment, assegurant una alta eficiència i fiabilitat durant tot el procés.
(1) Iniciació i desacoblament: interrupció de la transmissió d'energia sísmica
Quan la força sísmica horitzontal supera el llindar de fricció estàtica entre el bloc lliscant i la superfície esfèrica, la connexió rígida del coixinet es trenca. El lliscament relatiu es produeix entre la superestructura i la base, tallant completament el camí de transferència d'energia sísmica a la superestructura i evitant l'impacte sísmic directe.
(2) Oscil·lació i dissipació d'energia: conversió i consum d'energia sísmica
El bloc lliscant realitza un moviment de pèndol-al llarg de la superfície esfèrica còncava, aixecant lleugerament la superestructura i convertint l'energia cinètica sísmica en energia potencial gravitatòria. Mentrestant, la fricció contínua a la interfície de lliscament genera resistència, convertint l'energia sísmica restant en calor i reduint molt l'amplitud de la vibració estructural.
(3) Recentratge de gravetat: restabliment automàtic després dels terratrèmols
Un cop cessa el terratrèmol, la gravetat que actua sobre la superestructura tira el bloc lliscant cap a la posició central al llarg de la superfície esfèrica, aconseguint un reinici automàtic sense motor amb un desplaçament residual gairebé nul. Això garanteix que l'estructura torni a la seva posició original sense afectar l'ús posterior.
Paràmetres clau de disseny: indicadors bàsics que determinen el rendiment de la FPB
-
Radi de curvatura esfèrica
El radi de curvatura determina el període d'aïllament. Un radi més gran es tradueix en un període d'aïllament més llarg, ajudant a evitar el període sísmic dominant del lloc i evitant la ressonància.
-
Coeficient de fricció
Controla la força d'activació i l'eficiència de dissipació d'energia, amb un rang típic de 0,03 a 0,12. Això equilibra l'estabilitat estructural sota terratrèmols menors i càrregues de vent, així com la capacitat de dissipació d'energia sota terratrèmols importants.
-
Desplaçament final
Dissenyat per adaptar-se a l'amplitud màxima de swing sota terratrèmols rars, assegura que el coixinet no s'estira ni falla en condicions extremes.