Містові демпфери в’язкої рідини (VFD): принцип роботи, застосування та міжнародні стандарти

Типовий мостовий демпфер із в’язкою рідиною складається з корпусу циліндра, поршня, демпферного отвору, поршневого штока та високо-ефективних ущільнювальних компонентів, внутрішня частина якого заповнена високо{1}}температурною силіконовою олією з тривалим-службою-терміну служби, яка діє як амортизуюче середовище. Коли міст зазнає зміщення внаслідок сейсмічної активності, вітрових навантажень або удару автомобіля, між поршнем і циліндром виникає відносний рух. Цей відносний рух змушує в’язку рідину всередині амортизатора проходити через канали амортизації з високою швидкістю, а опір потоку, що створюється під час цього процесу, розсіює енергію структурної вібрації в тепло, яке потім виділяється в атмосферу для зменшення структурної вібрації.

Ключовою характеристикою мостових VFD є відсутність статичної жорсткості, тобто вони не змінюють період природної вібрації мостової конструкції. Це має вирішальне значення для збереження початкових структурних характеристик, одночасно забезпечуючи розсіювання енергії. Крім того, ці демпфери мають повну та стабільну криву гістерезису, що дозволяє їм досягти ефективності розсіювання енергії понад 90%, що робить їх високоефективними для пом’якшення різних типів структурних коливань.

Основні функції та сценарії застосування

1. Сейсмічний захист

Мостові VFD відіграють важливу роль у сейсмічному захисті завдяки ефективному споживанню сейсмічної енергії. Вони зменшують зміщення балок мосту та внутрішню силу, що діє на опори, тим самим запобігаючи пошкодженню підшипників і зводячи до мінімуму ризик падіння балок мосту зі своїх опор. Ці демпфери широко встановлюються між головною балкою та опорами або опорами для забезпечення цілеспрямованого сейсмічного захисту.

2. Контроль вітрової вібрації

Для довго{0}}пролітних тросових-мостів і підвісних мостів вібрація,-спричинена вітром, наприклад вихрова-вібрація та коливання, може суттєво вплинути на безпеку конструкції та комфорт водіння. Частотно-регулюючі пристрої ефективно пригнічують ці вібрації, а також пом’якшують вібрацію тросиків, спричинену дощем-вітром, підвищуючи як комфорт водіння, так і довговічність конструкції мосту.

3. Температурне зміщення випуску

Перемички розширюються та звужуються зі змінами температури, а VFD забезпечують вільний рух без створення додаткового термічного навантаження, яке може пошкодити конструкцію. Водночас вони стримують низькочастотні-вібрації, спричинені гальмуванням автомобіля та ударами від компенсаторів, додатково захищаючи міст від тривалого-зносу.

4. Адаптація типу широкого мосту

Амортизатори в’язкої рідини дуже універсальні та підходять для широкого спектру типів мостів, у тому числі вантових-мостів, підвісних мостів, мостів з суцільними балками, мостів з жорстким каркасом, міських віадуків і залізничних мостів. Їх також можна використовувати в поєднанні з сейсмоізоляційними підшипниками та обмежувальними пристроями для формування багато-рівневої системи структурного захисту, підвищуючи загальну безпеку конструкції.

Принцип встановлення та компонування

У мостових амортизаторах в’язкої рідини зазвичай використовуються двосторонні вушні пластини та сферичні шарнірні з’єднання, які забезпечують адаптацію до структурних кутів повороту. Вони симетрично встановлені в поздовжньому напрямку між кінцем балки та опорою та поперечно розташовані між нижньою частиною балки сталевої коробки та зігнутою кришкою, щоб ефективно контролювати бічні зміщення.

Основні правила компоновки для частотно-частотних приводів включають забезпечення узгодженості осі демпфера з напрямком структурної деформації, щоб уникнути ексцентричних навантажень, використання сферичних шарнірних з’єднань для пристосування до відхилень кута установки, резервування достатнього простору для технічного обслуговування та застосування високо-класу анти-корозійних і-пилоущільнювальних конструкцій для продовження терміну служби демпфера.

У світовому застосуванні VFD мостів домінують три основні системи стандартів: європейські стандарти EN, американські стандарти AASHTO/ASTM/ICC-ES і японські специфікації дорожніх мостів. Ці норми регулюють усі аспекти VFD, включаючи конструкцію, вибір матеріалів, показники продуктивності, випробування на втому, температурну адаптацію та перевірку заводу, і вони є основними вимогами для сертифікації CE, ICC-ES та JSSI.

1. Європейські стандарти (обов'язкова сертифікація CE)

EN 15129:2009 Сейсмічні пристрої: вимоги до продуктивності та методи випробувань

Це основний стандарт ЄС для амортизаторів,-залежних від швидкості, сейсмоізоляційних підшипників і пристроїв проти-падіння мостів, і він є обов’язковим для маркування CE для виходу на ринки ЄС та ЄЕЗ.

Стандарт визначає VFD як -залежні від швидкості пасивні амортизатори без статичної жорсткості. Для матеріалів вимагається, щоб амортизуюча рідина була не-токсичною, не-займистою та хімічно інертною, причому силіконова олія (температура спалаху більше або дорівнює 340 градусам) є кращим вибором. Циліндр і поршневий шток мають бути виготовлені з високо-легованої сталі з твердим хромованим покриттям, а шорсткість поверхні має відповідати EN ISO 4287 з максимальною шорсткістю 3 мкм.

Основні показники продуктивності, визначені EN 15129:2009, включають відхилення сили демпфування не більше ніж ±15% при різних швидкостях і частотах, відхилення продуктивності не більше ніж ±15% у діапазоні температур від -25 градусів до +50 градусів, здатність протистояти 150% проектного зміщення без пошкоджень і внутрішній тиск, щонайменше в 1,5 рази перевищує проектний тиск. Для довговічності від втоми демпфер не повинен виявляти витоку масла після 20 000 циклів із загасанням продуктивності не більше ніж на 10%.

Обов’язкові випробування на відповідність включають випробування кривої гістерезису (F-D), випробування співвідношення сили-швидкості (F-V), випробування температурного циклу, випробування на втому, випробування на граничне зміщення та випробування тиску ущільнення.

Інші європейські відповідні кодекси

EN 1998-2 (Єврокод 8): Цей код проектування сейсморозчинних мостів визначає принципи компонування для VFD та розрахунок еквівалентного коефіцієнта демпфування, рекомендуючи коефіцієнт не менше 20%.

EN 1337: Цей стандарт на підшипники мостів містить вказівки щодо відповідного застосування VFD та конструкційних підшипників.

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

Американські стандарти широко застосовуються в Північній Америці, на Близькому Сході та в міжнародних тендерних проектах із суворими вимогами щодо сейсмозахисних характеристик, адаптованості до низьких-температур і довговічності.

Специфікації AASHTO

Технічні характеристики конструкції мосту LRFD: ця специфікація вказує, що показник швидкості для VFD має бути між 0,3 і 0,5, і вона визначає метод сейсмічного проектування та обмеження зміщення для демпферів.

Посібник із проектування сейсмічної ізоляції: цей посібник регулює правила оцінки сили демпфера, переміщення, термостійкості та характеристик втоми.

Стандарти ASTM

ASTM E2126: цей стандарт надає уніфікований метод випробування структурних амортизаторів, що охоплює гістерезис, випробування на втому та калібрування механічних параметрів.

ASTM A370: цей стандарт визначає вимоги до перевірки механічних властивостей сировини, що використовується у виробництві циліндрів і поршневих штоків.

Критерії сертифікації ICC-ES

AC156: Цей прийнятний стандарт для не-структурних демпфуючих пристроїв охоплює стійкість до старіння, вогнестійкість і довгострокову-стабільність VFD.

AC494: Цей спеціальний стандарт для структурних демпферів мосту вимагає щонайменше 50 000 циклів втоми, кінцевого зміщення до 200% від проектного значення та стійкості до низьких-температур до -40 градусів.

3. Японські стандарти автомобільних мостів

Японські стандарти мостів відомі своїми суворими вимогами до точності та над-тривалого терміну служби, що робить їх особливо придатними для проектів у зонах із високим-сейсмічним ризиком. Основні вимоги включають контрольований показник швидкості в межах від 0,2 до 0,4, відхилення температури сили демпфування, обмежене до ±10%, розрахунковий термін служби не менше 75 років, річний рівень витоку масла не більше 0,1%, а допуск монтажу конструкції контролюється в межах 2 мм.

Міжнародний стандарт порівняння ключових параметрів

Розуміння відмінностей у ключових параметрах між міжнародними стандартами має вирішальне значення для забезпечення відповідності глобальних проектів. У наведеній нижче таблиці порівнюються основні вимоги до мостових VFD за основними міжнародними стандартами:

Поради щодо сертифікації та застосування глобальних проектів

Ринок ЄС: щоб вийти на ринок ЄС, мостові VFD повинні пройти сертифікацію EN 15129 CE, яка включає заводський контроль виробництва (FPC) для забезпечення незмінної якості продукції.

Ринок Північної Америки: відповідність стандартам проектування AASHTO та звіт про оцінку ICC-ES AC494 є обов’язковим для VFD, які використовуються в проектах мостів у Північній Америці.

Міжнародні проекти в зонах високої-сейсмічної активності: для проектів у зонах високої{1}}сейсмічної активності рекомендовано прийняти найсуворіші параметри серед європейських, американських і японських стандартів, щоб відповідати вимогам щодо тендеру та критеріям прийняття власника.

Технічна документація. Виробники повинні надати повну технічну документацію, включаючи криві сили-швидкості (F-V), звіти про випробування гістерезису, дані про випробування температурних характеристик і результати виявлення втоми, для технічної перевірки під час конкурсних торгів і прийняття проекту.