Căng thẳng-Chống đượcVòng bi con lắc ma sát(tFPB)

(Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về thiết bị cách ly địa chấn và tiêu tán năng lượng)

I. Tóm tắt điều hành

Khả năng chịu kéo-Vòng bi con lắc ma sát(TFPB) là một giải pháp nâng caothiết bị cách ly địa chấnđược thiết kế cho cơ sở hạ tầng hiện đại đòi hỏi cả tính linh hoạt theo chiều ngang và khả năng chống nâng theo chiều dọc. Khác với thông thườngvòng bi con lắc ma sát (FPB), được giới hạn ở việc truyền tải nén, TFPB tích hợp-các hệ thống neo chống nâng, đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc dưới tác động kết hợp của địa chấn và gió.

Sổ tay này giới thiệu nguyên lý làm việc, các thông số thiết kế, yêu cầu thử nghiệm và sự tuân thủ quốc tế của TFPB. Nó cũng cung cấp các hướng dẫn thực tế về lắp đặt, kiểm tra và bảo trì-dài hạn theo EN 15129:2018 (Châu Âu), AASHTOHướng dẫn cách ly địa chấn(Hoa Kỳ) và ISO 22762 (Quốc tế).

II. Bối cảnh và nhu cầu của ngành

2.1 Cách ly địa chấn trong các công trình hiện đại
Từ những năm 1970,hệ thống con lắc ma sátđã được áp dụng trên toàn cầu để cách ly địa chấn trong các cây cầu, nhà máy hạt nhân và{0}}các tòa nhà cao tầng. Bộ cách ly truyền thống (vòng bi đàn hồi, HDRB, LRB) cung cấptiêu tán năng lượngnhưng không phải lúc nào cũng có thể giải quyết được lực nâng gây ra bởi khoảnh khắc lật nhào.

2.2 Thử thách thăng hoa
Lực nâng xảy ra khi các thành phần thẳng đứng của chuyển động đất do động đất, sức hút của gió hoặc tải trọng kết cấu không cân bằng tạo ra lực kéo ở mức hỗ trợ. Trong các cây cầu, lực nâng có thể là kết quả của tải trọng mặt cầu không đối xứng. Trong các tòa nhà cao tầng, hiện tượng này có thể xảy ra do hiện tượng xoắn bị lật dưới tác động của địa chấn. Không có sức đề kháng, thông thườngFPBcó thể tách ra khỏi cấu trúc phần dưới, dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng.

2.3 Tại sao lại là TFPB?
TFPB là thiết bị địa chấn thế hệ tiếp theo-có khả năng mở rộngFPBbằng cách chống lại cả lực nén và lực căng, khiến nó trở nên lý tưởng cho các cơ sở quan trọng,-cầu nhịp dài và giàn khoan ngoài khơi.
- Khả năng nén + căng kép.
- Tuổi thọ thiết kế dài (50–70 năm).
- Thích ứng với chuyển vị lớn và thời gian dài.
- Biên độ an toàn địa chấn cao.
- Tương thích với chứng nhận quốc tế và dấu CE

III. Chức năng và Hiệu suất

3.1 Tiêu tán năng lượng và Định tâm lại{1}}
Trượt dọc theo một bề mặt hình cầu đảm bảo:
- Độ giãn chu kỳ được kiểm soát (dịch chuyển chu kỳ tự nhiên của cấu trúc ra khỏi các đỉnh phổ địa chấn).
- tiêu tán năng lượngthông qua ma sát bề mặt (μ có thể điều chỉnh bằng cách lựa chọn vật liệu).
- Lực tái định tâm đáng tin cậy-do hiệu ứng trọng lực.

3.2 Độ bền kéo
Đạt được thông qua hệ thống neo cơ học:
- Thanh căng dự ứng lực được gắn trong ổ trục.
- Bu lông chống{1}}nâng được kết nối trực tiếp với cấu trúc phụ.
- Vỏ cách ly để tránh bị bong ra.

3.3 Khả năng thích ứng với nhiều-mối nguy hiểm
Hoạt động dưới tải trọng địa chấn, kích thích gió, rung động giao thông và chuyển động nhiệt. Hoạt động đáng tin cậy trong môi trường có nhiệt độ-thấp (xuống -30 độ với các vật liệu đặc biệt).

IV. Tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo quy chuẩn

TFPB được thiết kế và thử nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc tế được công nhận rộng rãi nhất:
- EN 15129:2018 –thiết bị chống{0}}địa chấn
- Dòng EN 1337 –Vòng bi kết cấu
- Thông số kỹ thuật của Hướng dẫn AASHTO dành choThiết kế cách ly địa chấn (2014, 2022)
- ASCE/SEI 7-22 – Tải trọng thiết kế tối thiểu
- ISO 22762-3 –thiết bị cách ly-bảo vệ địa chấn– Vòng bi đàn hồi
- ASTM D4894 / D4895 – Vật liệu PTFE
- ASTM E595 – Thử nghiệm ma sát và mài mòn

Khi áp dụng các yêu cầu quốc gia, mã địa chấn phiên bản Eurocode 8, ACI 318, DIN 4149 và JIS C- của Nhật Bản sẽ được tham chiếu.

V. Thành phần kết cấu

1. Tấm chịu lực phía trên – tấm thép cacbon có bề mặt trượt bằng thép không gỉ-.
2. Đĩa trượt lõm - ghế hình cầu được gia công, cung cấp hình học con lắc.
3. Giao diện trượt - Vật liệu PTFE hoặc composite được liên kết để đảm bảo ma sát ổn định.
4. Hệ thống chịu kéo – thanh giằng có độ bền-cao, neo dự ứng lực hoặc bu lông giam giữ.
5. Vỏ bọc và miếng đệm chống bụi – ngăn chặn sự xâm nhập của nước, bụi hoặc hóa chất.
6. Lớp phủ bảo vệ – chống ăn mòn (epoxy, mạ kẽm nhúng nóng -hoặc thép không gỉ).

VI. Nguyên tắc làm việc

Dựa vào truyền thốngổ trục con lắc ma sát, khả năng chống căng thẳng theo chiều dọc-được bổ sung. Nó có thể đạt được khả năng trượt và quay trong điều kiện kéo, cũng như chức năng giảm địa chấn của ổ trục con lắc ma sát thông thường.

6.1 Chế độ nén
Tải trọng của kết cấu thượng tầng được truyền bằng phương pháp trượt hình cầu. Sự dịch chuyển hấp thụ năng lượng địa chấn trong khi vẫn duy trì sự ổn định.

6.2 Chế độ kéo
Trong quá trình nâng lên, hệ thống neo sẽ tham gia, truyền lực căng vào kết cấu phần dưới một cách an toàn. Ngăn chặn sự hình thành khoảng cách hoặc tháo rời.

6.3 Tải kết hợp
Trong các sự kiện địa chấn thực tế, các tác động nén, kéo và cắt xảy ra đồng thời. TFPB cung cấp phản ứng dịch chuyển lực liên tục, đảm bảo không làm suy giảm hiệu suất.

6.4, Phân tích so sánh

Tính năng	thông thườngFPB	TFPB
Tải nén	✔	✔
Tăng sức đề kháng	✘	✔
Tiêu tán năng lượng địa chấn	✔	✔
Tuổi thọ sử dụng	50 năm	50–70 năm
Thích hợp cho nhà cao tầng	Giới hạn	Xuất sắc
Hiệu suất ngoài khơi	Không phù hợp	Thích hợp

VII. Nghiên cứu & Phát triển

7.1 Thông số thiết kế và tính toán

1), Phương trình điều chỉnh
Thời gian hiệu lực của hệ thống cách ly:

trong đó R=bán kính cong, g=gia tốc trọng trường.

2), Tiêu chuẩn vật liệu
- Thép: EN 10025 S355 / ASTM A709 Gr.50
- Thép không gỉ: ASTM A240 Loại 316L
- Vật liệu tổng hợp PTFE: ASTM D4894 được gia cố bằng chất độn bằng thủy tinh hoặc đồng
7.2, Bảng thông số kỹ thuật

tham số	Đặc điểm kỹ thuật	Phương pháp kiểm tra
Lực căng dọc{0}}Khả năng chịu lực	Phạm vi từ 50 kN đến 6.000 kN (có thể tùy chỉnh dựa trên yêu cầu của dự án)	Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD, Phần 14.4; EN 1337-3
Lực nén dọc-Khả năng chịu lực	1,2–2,0 lần khả năng chịu lực căng dọc-(thay đổi tùy theo kiểu máy)	Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD, Phần 14.3; EN 1337-2
Hiệu quả cách ly địa chấn	Giảm gia tốc cấu trúc phía trên Lớn hơn hoặc bằng 50% theo cường độ địa chấn thiết kế (ví dụ: PGA=0.4 g)	FEMA 461 (Đánh giá các giải pháp thay thế trang bị thêm địa chấn), EN 1337-6
Độ dịch chuyển trượt tối đa	<400 mm (depending on spherical surface radius and design requirements)	Thông số kỹ thuật thiết kế cầu AASHTO LRFD, Mục 14.5; EN 1337-4
Hệ số ma sát	0,02–0,05 (ở 23 độ, dưới tải trọng thẳng đứng thiết kế)	ASTM D1894 (Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về hệ số ma sát tĩnh và động học của màng và tấm nhựa)
Cuộc sống phục vụ	Lớn hơn hoặc bằng 50 năm (trong điều kiện hoạt động bình thường, được bảo trì thường xuyên)	EN 1337-1 (Yêu cầu chung đối với ổ trục kết cấu)

7.3 Bằng sáng chế

7.5, Thông số kỹ thuật

VIII. Đảm bảo chất lượng và sản xuất

- Cơ sở sản xuất được chứng nhận ISO 9001.
- Thử nghiệm không-phá hủy (NDT) đối với mối hàn (UT, MT, RT).
- Dung sai gia công: ±0,05 mm đối với bán kính trượt.
- Độ nhám bề mặt: Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 μm đối với bề mặt trượt.
- Hệ thống bảo vệ: được thử nghiệm theo EN ISO 12944 đối với loại ăn mòn C5.

IX. Kiểm tra và chứng nhận

9.1 Kiểm tra chấp nhận tại nhà máy(MẬP)
- Xác minh vật liệu và kiểm tra kích thước.
- Thử nghiệm tải trọng nén và kéo tĩnh.
- Đo ma sát trượt ở nhiệt độ môi trường.

9.2 Kiểm tra loại(Yêu cầu EN 15129)
- Thử nghiệm cắt theo chu kỳ với chuyển vị cưỡng bức.
- Kiểm tra tải dọc khi nén và nâng lên.
- Các bài kiểm tra độ co giãn và leo dốc trong thời gian dài.
- Đánh giá độ bền (chu kỳ nhiệt độ –30 độ đến +50 độ ).

9.3 Đánh giá địa chấn
Thử nghiệm bàn rung - quy mô đầy đủ- về chuyển dịch hai-hướng + lực cản nâng.
- Tuân thủ các giao thức động AASHTO.
9.4, Báo cáo thử nghiệm của bên thứ ba

9.5, Thiết bị kiểm tra trong nhà

X. Hướng dẫn cài đặt

1. Chuẩn bị nền móng có dung sai độ phẳng ±2 mm.
2. Lắp đặt neo và thanh căng theo bản vẽ đã được phê duyệt.
3. Căn chỉnh mặt trượt lõm theo bán kính thiết kế.
4. Bôi màng mỡ bảo vệ (nếu được chỉ định).
5. Kiểm tra lực căng trước bằng mô-men xoắn đã hiệu chỉnh.
6. Tiến hành trượt thử trước khi truyền tải trọng kết cấu.

XI. Giao thức bảo trì

- Kiểm tra định kỳ 5 năm một lần (EN 15129 §10).
- Điểm kiểm tra:
- Mòn giao diện trượt (giảm độ dày < 0,5 mm).
- Xác minh tải trước neo.
- Tình trạng lớp phủ bảo vệ.
- Hành động khắc phục:
- Re-tension bolts if preload loss >10%.
- Thay lớp lót PTFE sau khi vượt quá giới hạn mài mòn.
- Sơn lớp sơn chống-ăn mòn nếu quan sát thấy sự xuống cấp.

XII. Ứng dụng và nghiên cứu trường hợp

Vòng bi con lắc ma sát chịu lực căng-phù hợp lý tưởng với các kết cấu có nguy cơ kéo-lên trên, bao gồm nhưng không giới hạn ở:
Cầu-nhịp dài (ví dụ: cầu dây văng, cầu treo), trong đó tải trọng động từ gió hoặc động đất có thể tạo ra lực kéo hướng lên trên ổ trục đỡ.
-tòa nhà cao tầng và công trình kiến trúc cao tầngnằm trong vùng địa chấn (ví dụ: các khu vực tuân theo tiêu chuẩn FEMA 356, ASCE 7 hoặc Eurocode 8), trong đócấu trúc-gây ra địa chấnrung động có thể dẫn đến lực căng tại các bề mặt chịu lực.
Cơ sở công nghiệp có tải trọng động lớn(ví dụ: móng máy hạng nặng, kết cấu nhà máy điện), trong đó cần có cả khả năng chịu tải thẳng đứng-và khả năng chịu lực căng- để đảm bảo an toàn vận hành.
Công trình ngoài khơi và ven biển(ví dụ: cầu tàu, cầu cảng), nơi tác động kết hợp của gió, sóng và hoạt động địa chấn có thể tạo ra lực kéo lên hệ thống chịu lực.

Phần kết luận

Vòng bi con lắc chịu ma sát kéo (TFPB) thể hiện một trạng thái-của-nghệ thuật-đổi mới trongcông nghệ chống địa chấn. Bằng cách kết hợptiêu tán năng lượng ma sát, chuyển dịch chu kỳ con lắc và khả năng chống nâng, TFPB đảm bảo an toàn kết cấu trong những điều kiện khắt khe nhất.

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn EN 15129, AASHTO, ASCE, ASTM và ISO đã được chứng minh của nó khiến nó phù hợp để ứng dụng quốc tế trong cầu, nhà cao tầng, cơ sở hạt nhân và các công trình ngoài khơi. Với việc lắp đặt và bảo trì thích hợp, TFPB đảm bảo độ bền-lâu dài, hiệu suất cao và khả năng phục hồi nâng cao cho cơ sở hạ tầng quan trọng trên toàn thế giới.