Můstkové viskózní kapalinové tlumiče (VFD): Pracovní princip, aplikace a mezinárodní standardy

Typický můstkový viskózní kapalinový tlumič se skládá z válce válce, pístu, tlumícího otvoru, pístní tyče a vysoce{0}}těsnících komponentů, přičemž jeho vnitřek je naplněn -vysokoteplotně odolným silikonovým olejem s dlouhou{2}}životností-, který funguje jako tlumicí médium. Když se most posouvá v důsledku seismické aktivity, zatížení větrem nebo nárazu vozidla, dochází k relativnímu pohybu mezi pístem a válcem. Tento relativní pohyb nutí viskózní tekutinu uvnitř tlumiče procházet tlumicími kanály vysokou rychlostí a odpor proudění generovaný během tohoto procesu rozptyluje energii strukturálních vibrací na teplo, které se pak uvolňuje do atmosféry, aby se snížily vibrace konstrukce.

Klíčovou vlastností mostních VFD je jejich nedostatečná statická tuhost, což znamená, že nemění přirozenou periodu vibrací mostní konstrukce. To je zásadní pro zachování původního konstrukčního výkonu při současném zajištění rozptylu energie. Kromě toho se tyto tlumiče vyznačují plnou a stabilní hysterezní křivkou, která jim umožňuje dosáhnout účinnosti rozptylu energie přes 90 %, díky čemuž jsou vysoce účinné při zmírňování různých typů strukturálních vibrací.

Základní funkce a aplikační scénáře

1. Seismická ochrana

Mostové VFD hrají zásadní roli v seismické ochraně tím, že efektivně spotřebovávají seismickou energii. Snižují posunutí mostních nosníků a vnitřní sílu působící na pilíře, čímž zabraňují poškození ložisek a minimalizují riziko pádu mostních nosníků z podpěr. Tyto tlumiče jsou široce instalovány mezi hlavním nosníkem a pilíři nebo opěrami, aby poskytovaly cílenou seismickou ochranu.

2. Řízení vibrací větru

U mostů a visutých mostů s dlouhým -lanem- mohou vibrace-způsobené větrem, jako jsou vírové-vibrace a chvění, významně ovlivnit konstrukční bezpečnost a jízdní komfort. VFD tyto vibrace účinně potlačují a také zmírňují vibrace nosných lan způsobené deštěm-větrem, čímž zvyšují komfort jízdy a únavovou životnost mostní konstrukce.

3. Uvolnění teplotního posunu

Mosty se roztahují a smršťují se změnami teploty a VFD umožňují tento volný pohyb bez generování dodatečného tepelného napětí, které by mohlo poškodit konstrukci. Zároveň omezují nízkofrekvenční vibrace-způsobené brzděním vozidla a nárazy dilatačních spojů, čímž dále chrání most před dlouhodobým-opotřebováním.

4. Přizpůsobení typu širokého mostu

Tlumiče viskózní kapaliny jsou vysoce univerzální a vhodné pro širokou škálu typů mostů, včetně kabelových-vislých mostů, visutých mostů, spojitých trámových mostů, mostů s pevným rámem, městských viaduktů a železničních mostů. Lze je také použít v kombinaci se seismicky izolovanými ložisky a zádržnými zařízeními k vytvoření víceúrovňového systému ochrany konstrukce, který zvyšuje celkovou bezpečnost konstrukce.

Princip instalace a rozvržení

Můstkové tlumiče viskózní kapaliny obvykle používají dvoustranné ušní destičky a kulové kloubové spoje, které umožňují přizpůsobení konstrukčním úhlům natočení. Jsou symetricky instalovány v podélném směru mezi koncem nosníku a pilířem a příčně uspořádány mezi dnem ocelového skříňového nosníku a ohnutým uzávěrem pro účinné řízení bočního posunu.

Mezi klíčová pravidla uspořádání pro VFD patří zajištění, aby osa tlumiče byla v souladu se směrem strukturální deformace, aby se zabránilo excentrickému zatížení, použití kulových kloubových spojů pro přizpůsobení odchylkám instalačního úhlu, vyhrazení dostatečného prostoru pro údržbu a přijetí vysoce -kvalitních antikorozních a protiprachových-těsnění pro prodloužení životnosti tlumiče.

Globální aplikaci můstkových VFD dominují tři hlavní standardní systémy: evropské normy EN, americké normy AASHTO/ASTM/ICC-ES a japonské specifikace silničních mostů. Tyto normy upravují všechny aspekty VFD, včetně designu, výběru materiálu, ukazatelů výkonu, únavového testování, teplotní adaptability a tovární kontroly, a jsou základními požadavky pro certifikaci CE, ICC{2}}ES a JSSI.

1. Evropské normy (certifikace CE povinná)

EN 15129:2009 Seismická zařízení: Požadavky na výkon a zkušební metody

Toto je základní norma EU pro tlumiče-závislé na rychlosti, seismická izolační ložiska a mostová zařízení proti pádu- a označení CE je povinné pro vstup na trhy EU a EHP.

Norma definuje VFD jako na rychlosti-závislé pasivní tlumiče bez statické tuhosti. U materiálů vyžaduje, aby tlumicí kapalina byla ne-toxická,-hořlavá a chemicky inertní, přičemž preferovanou volbou je silikonový olej (bod vzplanutí větší nebo rovný 340 stupňům). Válec a pístnice musí být vyrobeny z vysoce-legované oceli s tvrdým chromováním a drsnost povrchu musí odpovídat EN ISO 4287 s maximální drsností 3 μm.

Mezi základní ukazatele výkonu specifikované normou EN 15129:2009 patří odchylka tlumicí síly ne větší než ±15 % při různých rychlostech a frekvencích, odchylka výkonu ne větší než ±15 % v teplotním rozsahu -25 stupňů až +50 stupňů, schopnost odolat 150 % projektovaného výchylky bez poškození a vnitřní tlak 1,5 násobku tlaku při nejméně 1,5 násobku Kvůli odolnosti proti únavě nesmí tlumič vykazovat únik oleje po 20 000 cyklech s útlumem výkonu maximálně 10 %.

Mezi povinné testy shody patří testování hysterezní křivky (F-D), testování vztahu síly-rychlosti (F-V), testování teplotního cyklu, testování únavy, testování konečného přemístění a testování tlaku těsnění.

Další evropské relevantní kódy

EN 1998-2 (Eurokód 8): Tento předpis pro seismické navrhování mostů specifikuje principy uspořádání pro VFD a výpočet ekvivalentního poměru tlumení, přičemž doporučuje poměr ne méně než 20 %.

EN 1337: Tato norma můstkových ložisek poskytuje vodítko pro vhodné použití VFD a konstrukčních ložisek.

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

Americké standardy jsou široce přijímány v Severní Americe, na Středním východě a v mezinárodních nabídkových projektech s přísnými požadavky na seismický výkon, přizpůsobivost nízkým-teplotám a únavovou životnost.

Specifikace AASHTO

Specifikace návrhu mostu LRFD: Tato specifikace specifikuje, že exponent rychlosti pro VFD by měl být mezi 0,3 a 0,5 a definuje metodu seismického návrhu a limity posunutí pro tlumiče.

Příručka pro návrh seismické izolace: Tato příručka upravuje pravidla posouzení pro sílu tlumiče, posunutí, teplotní odolnost a únavový výkon.

Normy ASTM

ASTM E2126: Tato norma poskytuje jednotnou zkušební metodu pro konstrukční tlumiče, která zahrnuje výkon hystereze, testování únavy a kalibraci mechanických parametrů.

ASTM A370: Tato norma specifikuje požadavky na testování mechanických vlastností surovin používaných při výrobě válců a pístnic.

Kritéria certifikace ICC-ES

AC156: Tento akceptační standard pro ne-strukturální tlumicí zařízení pokrývá odolnost proti stárnutí, požární odolnost a dlouhodobou-stabilitu VFD.

AC494: Tato speciální norma pro tlumiče mostních konstrukcí vyžaduje minimálně 50 000 únavových cyklů, konečný posun až 200 % projektované hodnoty a odolnost vůči nízkým-teplotám až do -40 stupňů.

3. Japonské standardy silničních mostů

Japonské normy pro mosty jsou známé svou přísnou přesností a požadavky na extrémně{0}}dlouhou životnost, díky čemuž jsou zvláště vhodné pro projekty v oblastech s vysokou-seismickou zátěží. Mezi klíčové požadavky patří exponent rychlosti řízený mezi 0,2 a 0,4, teplotní odchylka tlumicí síly omezená na ±10 %, projektovaná životnost minimálně 75 let, roční míra úniku oleje maximálně 0,1 % a tolerance stavební instalace kontrolovaná do 2 mm.

Mezinárodní standardní srovnání klíčových parametrů

Pochopení rozdílů v klíčových parametrech mezi mezinárodními standardy je klíčové pro zajištění souladu v globálních projektech. Níže uvedená tabulka porovnává základní požadavky na přemosťovací VFD napříč hlavními mezinárodními standardy:

Tipy pro certifikaci a globální projektové žádosti

Trh EU: Pro vstup na trh EU musí můstkové VFD projít certifikací EN 15129 CE, která zahrnuje řízení výroby (FPC), aby byla zajištěna konzistentní kvalita produktu.

Trh Severní Ameriky: Pro VFD používané v projektech mostů v Severní Americe je vyžadována shoda s konstrukčními standardy AASHTO a hodnotící zpráva ICC{0}}ES AC494.

Mezinárodní projekty v oblasti s vysokou-seismickou zónou: U projektů v oblastech s vysokou-seismickou oblastí se doporučuje přijmout nejpřísnější parametry mezi evropskými, americkými a japonskými standardy, aby byly splněny požadavky na nabídky a kritéria přijatelnosti vlastníků.

Technická dokumentace: Výrobci musí poskytnout úplnou technickou dokumentaci, včetně křivek síly-rychlosti (F{1}}V), zpráv o zkouškách hystereze, údajů z teplotních testů výkonu a výsledků detekce únavy, pro technickou kontrolu během nabídkového řízení a přijetí projektu.