Фрикционные маятниковые сейсмоизолирующие опорные части

Фрикционно маятниковые опорные части получили широкое распространение в различных странах мира в качестве сейсмоизолирующих устройств для мостов, зданий и других сооружений. Фрикционно маятниковая опорная часть, обозначаемая в зарубежной литературе FPI (по первым буквам слов friction pendulum bear) состоит из двух тел, соприкасающихся по сферическим поверхностям (Рис.10.4.9. и Рис.10.4.10.) Для равномерной передачи нагрузок контактирующие поверхности имеют одинаковый радиус.

Сферические поверхности могут быть расположены вогнутостью вверх или вниз. В большинстве случаев для предотвращения загрязнений поверхностей используются устройства с вогнутыми вниз поверхностями. На поверхности наносятся покрытия, уменьшающие силы трения.

При горизонтальных колебаниях два тела скользят по сферическим поверхностям относительно друг друга. При горизонтальных перемещениях пролётного строения часть кинетической энергии переходит в потенциальную, которая создаёт возвращающую силу.

В тех случаях, когда необходимо, чтобы опорное устройство обладало и демпфирующими свойствами, между поверхностями располагается слой, увеличивающий силу трения.

Коэффициент трения между скользящими поверхностями определяет величину рассеиваемой энергии и может меняться в зависимости от требований от 5 до 35%. Количественная величина рассеиваемой энергии определяется площадью петли гистерезиса, которая опредляется при лабораторных испытаниях опорных устройств. Примеры гистерезисных кривых для самоцентрирующейся опоры (закрашена красным цветом) и скользящей опоры (закрашена, синим цветом) представлены на Рис.10.4.10.

Рис.10.4.10. Гистерезисные кривые скользящей опоры SIP и скользящей маятниковой опоры

Рис. 10.4.11. Схема сферической фрикционно - маятниковой опорной части

Период собственных горизонтальных колебаний пролётных строений, установленных на самоцентрирующиеся маятниковые опоры не зависит от массы пролётного строения и является функцией радиуса сферических поверхностей опор.

. (10.4.13)

Эффективный коэффициент жёсткости при горизонтальных смещениях определяется выражением:

, (10.4.14)

где - коэффициент трения, D- перемещение.

Рис. 10.4.10. Нижняя плита сферической фрикционно маятниковой части

для моста Benicia-Martinez Сан Франциско

Относительный коэффициент демпфирования может быть выражен через перемещение и коэффициент трения

(10.4.15)

Величину подъёма конструкции (вертикальное перемещение) при горизонтальном перемещении по сферической поверхности можно определить по формуле:

(10.4.16)

Тот факт, что период колебаний конструкции на маятниковых сейсмоизоляторах не зависит от массы поддерживаемой конструкции, даёт большие преимущества по сравнению с эластомерными опорными частями, поскольку при выборе эластомерных сейсмоизоляторов необходимо учесть целый ряд факторов.

Для того, чтобы увеличить период колебаний при использовании эластомерных изоляторов, необходимо увеличивать их высоту, на которую накладываются ограничения по условию устойчивости. При использовании фрикционных маятниковых опорных частей изменение периода можно добиться простым изменением радиусов опорных частей.

Другим преимуществом фрикционных маятниковых опорных частей является высокая несущая способность - до 130 000 кН, что позволяет использовать их в конструкциях большепролетных мостов.