Mặc dù Vòng bi Con lắc Ma sát (FPB) có cấu trúc đơn giản nhưng mọi bộ phận và chi tiết thiết kế đều được thiết kế chính xác theo các nguyên tắc cơ học. Hiểu được cấu trúc và cơ chế hoạt động của chúng cho phép người ta nắm bắt đầy đủ lý do tại sao chúng được coi là một trong những giải pháp tối ưu để cách ly địa chấn.
Cấu trúc FPB tiêu chuẩn: Bốn thành phần cốt lõi với các chức năng riêng biệt
Vòng bi con lắc ma sát tiêu chuẩn bao gồm bốn bộ phận chính, phối hợp với nhau để đạt được khả năng cách ly địa chấn, tiêu tán năng lượng và tự động phục hồi.
-
Tấm chịu lực trên
Được kết nối cứng nhắc với cấu trúc thượng tầng, chẳng hạn như dầm, tấm sàn và trụ cầu, tấm chịu lực phía trên có bề mặt hình cầu lõm được gia công chính xác-làm đế. Nó đóng vai trò là đường chính cho chuyển động dao động và đảm nhận việc truyền tải theo chiều dọc và hướng dẫn theo chiều ngang.
-
Khối trượt (Tấm lót nắp hình cầu)
Được đặt giữa các tấm chịu lực trên và dưới, khối trượt là bộ phận chuyển động cốt lõi. Bề mặt của nó được dát bằng các vật liệu có độ ma sát thấp và chống mài mòn-như polytetrafluoroethylene (PTFE), tạo thành cặp ma sát với bề mặt thép không gỉ hình cầu. Điều này đảm bảo trượt trơn tru trong khi tiêu tán năng lượng thông qua ma sát.
-
Tấm chịu lực dưới
Cố định vào móng hoặc trụ, tấm chịu lực phía dưới có bề mặt trên hình cầu lõm phẳng hoặc lõm tương ứng. Nó cung cấp một đế ổn định, hạn chế phạm vi xoay và duy trì sự ổn định tổng thể của ổ trục.
-
Niêm phong và giới hạn hội
Bộ phận này bao gồm vòng đệm chống bụi, chốt giới hạn, phím dẫn hướng và các bộ phận khác. Nó ngăn bụi và hơi ẩm xâm nhập vào giao diện trượt để tránh mài mòn. Chốt giới hạn điều khiển dịch chuyển trong điều kiện sử dụng bình thường và tự động mở khóa khi có động đất để có đủ không gian xoay.
Nguyên tắc hoạt động của FPB: Bảo vệ địa chấn ba giai đoạn{0}}
Vòng bi con lắc ma sát hoạt động hoàn toàn dựa trên các định luật vật lý mà không cần nguồn điện bên ngoài. Chúng tự động kích hoạt khi có động đất và tự động kích hoạt sau khi xảy ra động đất, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy cao trong suốt quá trình.
(1) Bắt đầu và tách rời: Làm gián đoạn việc truyền năng lượng địa chấn
Khi lực địa chấn ngang vượt quá ngưỡng ma sát tĩnh giữa khối trượt và mặt cầu thì liên kết cứng của ổ trục bị đứt. Sự trượt tương đối xảy ra giữa kết cấu thượng tầng và nền móng, cắt đứt hoàn toàn đường truyền năng lượng địa chấn đến kết cấu thượng tầng và ngăn chặn tác động địa chấn trực tiếp.
(2) Dao động và tiêu tán năng lượng: Chuyển đổi và tiêu thụ năng lượng địa chấn
Khối trượt thực hiện một chuyển động giống như con lắc-dọc theo bề mặt hình cầu lõm, nâng nhẹ cấu trúc thượng tầng và chuyển động năng địa chấn thành thế năng hấp dẫn. Trong khi đó, ma sát liên tục tại bề mặt trượt tạo ra lực cản, biến năng lượng địa chấn còn lại thành nhiệt và làm giảm đáng kể biên độ rung của kết cấu.
(3) Cập nhật trọng lực: Tự động thiết lập lại sau động đất
Khi trận động đất chấm dứt, trọng lực tác động lên cấu trúc thượng tầng sẽ kéo khối trượt trở lại vị trí trung tâm dọc theo bề mặt hình cầu, đạt được khả năng thiết lập lại tự động không được cấp nguồn với độ dịch chuyển dư gần như bằng không. Điều này đảm bảo cấu trúc trở về vị trí ban đầu mà không ảnh hưởng đến việc sử dụng tiếp theo.
Các thông số thiết kế chính: Các chỉ số cốt lõi xác định hiệu suất của FPB
-
Bán kính cong hình cầu
Bán kính cong xác định thời gian cách ly. Bán kính lớn hơn dẫn đến thời gian cách ly dài hơn, giúp tránh thời kỳ địa chấn chiếm ưu thế của địa điểm và ngăn chặn sự cộng hưởng.
-
Hệ số ma sát
Nó kiểm soát lực kích hoạt và hiệu suất tiêu tán năng lượng, với phạm vi thông thường là 0,03–0,12. Điều này cân bằng sự ổn định về cấu trúc dưới các trận động đất nhỏ và tải trọng gió, cũng như khả năng tiêu tán năng lượng dưới các trận động đất lớn.
-
Dịch chuyển cuối cùng
Được thiết kế để phù hợp với biên độ dao động tối đa trong các trận động đất hiếm gặp, nó đảm bảo ổ trục không bị kéo ra hoặc hỏng trong các điều kiện khắc nghiệt.