Mostové tlmiče viskóznej kvapaliny (VFD): Pracovný princíp, aplikácia a medzinárodné normy

Typický mostový viskózny kvapalinový tlmič sa skladá z valca, piesta, tlmiaceho otvoru, piestnice a vysoko{0}}tesniacich komponentov, pričom jeho vnútro je naplnené -vysokoteplotne odolným, dlho{2}}služobným-silikónový olej, ktorý funguje ako tlmiace médium. Keď sa most posunie v dôsledku seizmickej aktivity, zaťaženia vetrom alebo nárazu vozidla, dochádza k relatívnemu pohybu medzi piestom a valcom. Tento relatívny pohyb núti viskóznu tekutinu vo vnútri tlmiča prechádzať vysokou rýchlosťou cez tlmiace kanály a prietokový odpor vytvorený počas tohto procesu rozptýli energiu štrukturálnych vibrácií na teplo, ktoré sa potom uvoľní do atmosféry na zníženie štrukturálnych vibrácií.

Kľúčovou charakteristikou mostných VFD je ich nedostatočná statická tuhosť, čo znamená, že nemenia prirodzenú periódu vibrácií mostnej konštrukcie. To je rozhodujúce pre zachovanie pôvodného štrukturálneho výkonu a zároveň poskytuje rozptýlenie energie. Okrem toho sa tieto tlmiče vyznačujú plnou a stabilnou hysteréznou krivkou, ktorá im umožňuje dosiahnuť účinnosť rozptylu energie nad 90 %, vďaka čomu sú vysoko účinné pri zmierňovaní rôznych typov štrukturálnych vibrácií.

Základné funkcie a aplikačné scenáre

1. Seizmická ochrana

Mostové VFD hrajú zásadnú úlohu pri seizmickej ochrane tým, že efektívne spotrebúvajú seizmickú energiu. Znižujú posun mostných nosníkov a vnútornú silu pôsobiacu na piliere, čím zabraňujú poškodeniu ložísk a minimalizujú riziko vypadnutia mostných nosníkov z podpier. Tieto tlmiče sú široko inštalované medzi hlavným nosníkom a piliermi alebo oporami, aby poskytli cielenú seizmickú ochranu.

2. Kontrola vibrácií vetra

V prípade dlhých-káblových{1}mostov a visutých mostov môžu-vibrácie vyvolané vetrom, ako sú vírové-vibrácie a kmitanie, výrazne ovplyvniť konštrukčnú bezpečnosť a komfort jazdy. VFD účinne potláčajú tieto vibrácie a tiež zmierňujú vibrácie nosných káblov-vetrom vyvolané dažďom, čím sa zvyšuje komfort jazdy aj únavová životnosť konštrukcie mosta.

3. Uvoľnenie teplotného posunu

Mosty sa rozťahujú a zmršťujú so zmenami teploty a VFD umožňujú tento voľný pohyb bez generovania dodatočného tepelného napätia, ktoré by mohlo poškodiť konštrukciu. Zároveň obmedzujú nízkofrekvenčné vibrácie spôsobené brzdením vozidla a nárazmi dilatačných spojov, čím ďalej chránia most pred-dlhodobým opotrebovaním.

4. Prispôsobenie typu širokého mostíka

Tlmiče viskóznej kvapaliny sú veľmi všestranné a vhodné pre širokú škálu typov mostov vrátane káblových{0}}ostaných mostov, visutých mostov, spojitých trámových mostov, mostov s pevným rámom, mestských viaduktov a železničných mostov. Môžu byť tiež použité v kombinácii so seizmickými izolačnými ložiskami a záchytnými zariadeniami na vytvorenie viacúrovňového systému ochrany konštrukcie, ktorý zvyšuje celkovú bezpečnosť konštrukcie.

Princíp inštalácie a rozloženia

Mostové tlmiče viskóznej kvapaliny zvyčajne používajú bilaterálne ušné doštičky a guľové pántové spojenia, ktoré umožňujú prispôsobenie konštrukčným uhlom rotácie. Sú symetricky inštalované v pozdĺžnom smere medzi koncom nosníka a pilierom a priečne usporiadané medzi spodkom oceľového skriňového nosníka a ohnutou čiapočkou na efektívne riadenie bočného posunu.

Medzi kľúčové pravidlá usporiadania pre VFD patrí zabezpečenie, aby os klapky bola v súlade so smerom štrukturálnej deformácie, aby sa predišlo excentrickému zaťaženiu, používanie guľových kĺbových spojov na prispôsobenie odchýlok inštalačného uhla, vyhradenie dostatočného priestoru na údržbu a prijatie vysokokvalitných -kvalitných antikoróznych a protiprachových-tesností na predĺženie životnosti klapky.

Globálnemu použitiu mostových VFD dominujú tri hlavné štandardné systémy: európske normy EN, americké normy AASHTO/ASTM/ICC-ES a japonské špecifikácie cestných mostov. Tieto normy upravujú všetky aspekty VFD vrátane dizajnu, výberu materiálu, výkonnostných ukazovateľov, únavového testovania, teplotnej adaptability a výrobnej kontroly a sú základnými požiadavkami na certifikáciu CE, ICC{2}}ES a JSSI.

1. Európske normy (certifikácia CE povinná)

EN 15129:2009 Seizmické zariadenia: Požiadavky na výkon a skúšobné metódy

Toto je základná norma EÚ pre tlmiče-závislé od rýchlosti, ložiská so seizmickou izoláciou a mostíky proti pádu- a na trhy EÚ a EHP sa musí povinne uvádzať označenie CE.

Norma definuje VFD ako pasívne tlmiče -závislé na rýchlosti bez statickej tuhosti. V prípade materiálov vyžaduje, aby tlmiaca kvapalina bola ne-toxická,-horľavá a chemicky inertná, pričom preferovanou voľbou je silikónový olej (bod vzplanutia väčší alebo rovný 340 stupňom). Valec a piestna tyč musia byť vyrobené z vysokopevnostnej legovanej ocele s tvrdým chrómovaním a drsnosť povrchu musí spĺňať normu EN ISO 4287 s maximálnou drsnosťou 3 μm.

Medzi základné ukazovatele výkonu špecifikované normou EN 15129:2009 patrí odchýlka tlmiacej sily maximálne ±15 % pri rôznych rýchlostiach a frekvenciách, odchýlka výkonu maximálne ±15 % v teplotnom rozsahu -25 stupňov až +50 stupňov, schopnosť odolávať 150 % projektovaného posunu bez poškodenia a vnútorný tlak 1,5-násobku tlaku pri najmenej 1,5-násobku Kvôli odolnosti voči únave nesmie tlmič vykazovať únik oleja po 20 000 cykloch, s útlmom výkonu nie väčším ako 10 %.

Povinné testy zhody zahŕňajú testovanie hysteréznej krivky (F-D), testovanie vzťahu sily-rýchlosti (F-V), testovanie teplotných cyklov, testovanie únavy, testovanie konečného posunu a testovanie tlaku tesnenia.

Iné európske relevantné kódy

EN 1998-2 (Eurokód 8): Tento kódex seizmického návrhu mosta špecifikuje princípy usporiadania pre VFD a výpočet ekvivalentného pomeru tlmenia, pričom odporúča pomer nie menší ako 20 %.

EN 1337: Táto norma pre mostové ložiská poskytuje návod na prispôsobenie aplikácie VFD a konštrukčných ložísk.

2. Americké normy (AASHTO / ASCE / ASTM / ICC-ES)

Americké normy sú široko prijímané v Severnej Amerike, na Strednom východe a v medzinárodných projektoch ponúkania cien s prísnymi požiadavkami na seizmickú výkonnosť, adaptabilitu pri nízkych-teplotách a únavovú životnosť.

Špecifikácie AASHTO

Špecifikácie návrhu mosta LRFD: Táto špecifikácia špecifikuje, že exponent rýchlosti pre VFD by mal byť medzi 0,3 a 0,5 a definuje metódu seizmického návrhu a limity posunu pre tlmiče.

Sprievodca projektovaním seizmickej izolácie: Táto príručka upravuje pravidlá hodnotenia pre silu tlmiča, posun, teplotnú odolnosť a únavový výkon.

Normy ASTM

ASTM E2126: Táto norma poskytuje jednotnú testovaciu metódu pre štrukturálne tlmiče, ktorá zahŕňa hysterézny výkon, testovanie únavy a kalibráciu mechanických parametrov.

ASTM A370: Táto norma špecifikuje požiadavky na testovanie mechanických vlastností surovín používaných pri výrobe valcov a piestnych tyčí.

Kritériá certifikácie ICC-ES

AC156: Tento akceptačný štandard pre ne-štrukturálne tlmiace zariadenia pokrýva odolnosť proti starnutiu, požiarnu odolnosť a dlhodobú-stabilitu VFD.

AC494: Táto špeciálna norma pre tlmiče mostných konštrukcií vyžaduje minimálne 50 000 únavových cyklov, konečný posun až do 200 % projektovanej hodnoty a odolnosť voči nízkym-teplotám až do -40 stupňov .

3. Japonské normy cestných mostov

Japonské normy pre mosty sú známe svojou prísnou presnosťou a požiadavkami na ultra{0}}dlhú životnosť, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre projekty v oblastiach s vysokou-seizmickou záťažou. Medzi kľúčové požiadavky patrí exponent rýchlosti riadený medzi 0,2 a 0,4, teplotná odchýlka tlmiacej sily obmedzená na ±10 %, projektovaná životnosť nie kratšia ako 75 rokov, ročná miera úniku oleja nie viac ako 0,1 % a tolerancia konštrukčnej inštalácie kontrolovaná v rozmedzí 2 mm.

Medzinárodné štandardné porovnanie kľúčových parametrov

Pochopenie rozdielov v kľúčových parametroch medzi medzinárodnými štandardmi je kľúčové pre zabezpečenie zhody v globálnych projektoch. Nižšie uvedená tabuľka porovnáva základné požiadavky na premosťovacie VFD v rámci hlavných medzinárodných noriem:

Tipy na certifikáciu a aplikáciu na globálne projekty

Trh EÚ: Pre vstup na trh EÚ musia premosťovacie VFD prejsť certifikáciou EN 15129 CE, ktorá zahŕňa riadenie výroby (FPC), aby sa zabezpečila konzistentná kvalita produktu.

Severoamerický trh: Pre VFD používané v projektoch mostov v Severnej Amerike sa vyžaduje súlad s konštrukčnými štandardmi AASHTO a hodnotiaca správa ICC{0}}ES AC494.

Medzinárodné projekty v oblasti s vysokou-seizmickou zónou: Pre projekty v oblastiach s vysokou-seizmickou zónou sa odporúča prijať najprísnejšie parametre spomedzi európskych, amerických a japonských noriem, aby sa splnili požiadavky na ponuky a kritériá akceptácie vlastníka.

Technická dokumentácia: Výrobcovia musia poskytnúť kompletnú technickú dokumentáciu vrátane kriviek sily-rýchlosti (F-V), správ o testoch hysterézie, údajov o teplotných testoch výkonu a výsledkov detekcie únavy, na technickú kontrolu počas ponuky a schvaľovania projektu.