Мостови амортисьори с вискозни течности (VFD): принцип на работа, приложение и международни стандарти

Типичният мостов амортисьор с вискозна течност се състои от цилиндър, бутало, амортизиращ отвор, бутален прът и уплътняващи компоненти с висока-производителност, като вътрешността му е пълна с устойчиво на висока-температура силиконово масло с дълъг-експлоатационен-живот, което действа като амортизираща среда. Когато мост претърпи изместване поради сеизмична активност, натоварвания от вятър или удар на превозно средство, възниква относително движение между буталото и цевта на цилиндъра. Това относително движение принуждава вискозния флуид вътре в амортисьора да преминава през амортисьорните канали с висока скорост и съпротивлението на потока, генерирано по време на този процес, разсейва енергията на структурните вибрации в топлина, която след това се освобождава в атмосферата, за да намали структурните вибрации.

Ключова характеристика на мостовите VFD е тяхната липса на статична твърдост, което означава, че те не променят естествения период на вибрация на мостовата конструкция. Това е от решаващо значение за поддържане на първоначалните структурни характеристики, като същевременно осигурява разсейване на енергия. Освен това, тези амортисьори разполагат с пълна и стабилна крива на хистерезис, което им позволява да постигнат ефективност на разсейване на енергия от над 90%, което ги прави много ефективни при смекчаване на различни видове структурни вибрации.

Основни функции и сценарии за приложение

1. Сеизмична защита

Мостовите VFD играят жизненоважна роля в сеизмичната защита чрез ефективно изразходване на сеизмична енергия. Те намаляват изместването на мостовите греди и вътрешната сила, упражнявана върху опорите, като по този начин предотвратяват повреда на лагерите и минимизират риска от падане на мостови греди от опорите. Тези амортисьори са широко монтирани между главната греда и колоните или опорите, за да осигурят целенасочена сеизмична защита.

2. Контрол на вибрациите при вятър

За кабелни-мостове и висящи мостове с дълги-обхвати{1}}и висящи мостове предизвиканите-от вятъра вибрации, като например вихрови-вибрации и трептене, могат значително да повлияят на структурната безопасност и комфорта при шофиране. VFD ефективно потискат тези вибрации и също така смекчават вибрациите, предизвикани от дъжд-вятър на носещите кабели, подобрявайки както комфорта при шофиране, така и издръжливостта на конструкцията на моста.

3. Освобождаване с температурно изместване

Мостовете се разширяват и свиват с промените в температурата, а VFD позволяват това свободно движение, без да генерират допълнителен термичен стрес, който може да повреди структурата. В същото време те ограничават ниско{1}}честотните вибрации, причинени от спирането на превозното средство и удара от разширителните фуги, като допълнително предпазват моста от дългосрочно-износване и разкъсване.

4. Адаптация тип широк мост

Амортисьорите с вискозни течности са много гъвкави и подходящи за широка гама от типове мостове, включително въжени мостове, висящи мостове, мостове с непрекъснати греди, мостове с твърда рамка, градски виадукти и железопътни мостове. Те могат да се използват и в комбинация със сеизмични изолационни лагери и ограничителни устройства, за да образуват система за структурна защита на много- нива, повишавайки цялостната структурна безопасност.

Принцип на инсталиране и оформление

Мостовите амортисьори с вискозна течност обикновено използват двустранни ушни пластини и сферични шарнирни връзки, които позволяват адаптиране към структурни ъгли на въртене. Те са симетрично монтирани в надлъжна посока между края на трегера и стълба и са разположени напречно между дъното на стоманената кутия и огънатата капачка, за да контролират ефективно страничното изместване.

Ключовите правила за оформление на VFD включват гарантиране, че оста на амортисьора е в съответствие с посоката на структурна деформация, за да се избегнат ексцентрични натоварвания, използване на сферични шарнирни връзки за приспособяване на отклоненията на ъглите на монтаж, запазване на достатъчно пространство за поддръжка и приемане на високо-степенни анти-корозионни и прахо-уплътнителни конструкции за удължаване на експлоатационния живот на амортисьора.

Глобалното приложение на VFD на мостовете е доминирано от три основни стандартни системи: европейски стандарти EN, американски стандарти AASHTO/ASTM/ICC-ES и японски спецификации за пътни мостове. Тези норми регулират всички аспекти на VFD, включително дизайн, избор на материал, показатели за ефективност, изпитване на умора, температурна адаптивност и фабрична проверка, и са основни изисквания за CE, ICC-ES и JSSI сертификация.

1. Европейски стандарти (CE сертифициране задължително)

EN 15129:2009 Сеизмични устройства: Изисквания за ефективност и методи за изпитване

Това е основният стандарт на ЕС за амортисьори,-зависими от скоростта, лагери за сеизмична изолация и устройства против-падане на мостове и е задължително за маркировка CE за навлизане на пазарите в ЕС и ЕИП.

Стандартът определя VFD като -зависими от скоростта пасивни амортисьори без статична коравина. За материалите се изисква амортизиращата течност да не е -токсична, незапалима и химически инертна, като силиконовото масло (точка на възпламеняване по-голяма или равна на 340 градуса) е предпочитаният избор. Цилиндърът и буталния прът трябва да бъдат направени от високо-легирана стомана с твърдо хромирано покритие, а грапавостта на повърхността трябва да отговаря на EN ISO 4287, с максимална грапавост от 3 μm.

Основните показатели за ефективност, определени от EN 15129:2009, включват отклонение на силата на затихване от не повече от ±15% при различни скорости и честоти, отклонение от ефективността от не повече от ±15% в температурния диапазон от -25 градуса до +50 градуса, способност да устои на 150% от проектното изместване без повреда и вътрешно налягане от най-малко 1,5 пъти проектното налягане. За устойчивост на умора, амортисьорът не трябва да показва изтичане на масло след 20 000 цикъла, с отслабване на производителността не повече от 10%.

Задължителните тестове за съответствие включват изпитване на кривата на хистерезис (F-D), изпитване на съотношението между сила-скорост (F-V), изпитване на температурен цикъл, изпитване на умора, изпитване на крайно изместване и изпитване на налягането на уплътняване.

Други приложими европейски кодекси

EN 1998-2 (Еврокод 8): Този код за сеизмично проектиране на мостове определя принципите на оформление за VFD и изчисляването на еквивалентното съотношение на затихване, като препоръчва съотношение не по-малко от 20%.

EN 1337: Този стандарт за мостови лагери предоставя насоки за съвместимо приложение на VFD и структурни лагери.

2. Американски стандарти (AASHTO / ASCE / ASTM / ICC-ES)

Американските стандарти са широко разпространени в Северна Америка, Близкия изток и международни проекти за наддаване със строги изисквания за сеизмични характеристики, адаптивност при ниски-температури и устойчивост на умора.

Спецификации на AASHTO

Спецификации за проектиране на мост LRFD: Тази спецификация уточнява, че показателят на скоростта за VFD трябва да бъде между 0,3 и 0,5 и определя метода на сеизмично проектиране и границите на изместване за амортисьорите.

Ръководство за проектиране на сеизмична изолация: Това ръководство регулира правилата за оценка на силата на амортисьора, изместването, температурната устойчивост и характеристиките на умора.

Стандарти ASTM

ASTM E2126: Този стандарт предоставя унифициран метод за изпитване на структурни амортисьори, обхващащ характеристиките на хистерезис, изпитване на умора и калибриране на механични параметри.

ASTM A370: Този стандарт определя изискванията за изпитване на механичните свойства на суровините, използвани при производството на цилиндри и бутални пръти.

Критерии за сертифициране на ICC-ES

AC156: Този стандарт за приемане на не-структурни демпфериращи устройства обхваща устойчивост на стареене, пожароустойчивост и дългосрочна-стабилност на VFD.

AC494: Този специален стандарт за мостови структурни амортисьори изисква минимум 50 000 цикъла на умора, крайно изместване до 200% от проектната стойност и устойчивост на ниска-температура до -40 градуса.

3. Японски стандарти за пътен мост

Японските стандарти за мостове са известни със своите строги изисквания за прецизност и свръх-дълъг експлоатационен живот, което ги прави особено подходящи за проекти в силно-сеизмични зони. Основните изисквания включват експонента на скоростта, контролирана между 0,2 и 0,4, отклонение на температурата на силата на затихване, ограничено до ±10%, проектен експлоатационен живот не по-малко от 75 години, годишен процент на теч на масло не повече от 0,1% и толеранс на строителната инсталация, контролиран в рамките на 2 mm.

Международен стандарт за сравнение на ключови параметри

Разбирането на разликите в ключовите параметри между международните стандарти е от решаващо значение за осигуряване на съответствие в глобалните проекти. Таблицата по-долу сравнява основните изисквания за мостови VFD в основните международни стандарти:

Съвети за сертифициране и кандидатстване за глобален проект

Пазар на ЕС: За да навлязат на пазара на ЕС, мостовите VFD трябва да преминат сертифициране по EN 15129 CE, което включва фабричен производствен контрол (FPC), за да се гарантира постоянно качество на продукта.

Пазар в Северна Америка: Съответствие със стандартите за проектиране на AASHTO и доклад за оценка на ICC-ES AC494 са необходими за VFD, използвани в проекти за мостове в Северна Америка.

Международни проекти за високо-сеизмични зони: За проекти в силно-сеизмични зони се препоръчва да се приемат най-строгите параметри сред европейските, американските и японските стандарти, за да се изпълнят изискванията за наддаване и критериите за приемане на собственика.

Техническа документация: Производителите трябва да предоставят пълна техническа документация, включително криви на сила-скорост (F-V), доклади от тестове за хистерезис, данни от тестове за температурни характеристики и резултати от откриване на умора, за технически преглед по време на наддаване и приемане на проекта.