Sebbene i cuscinetti a pendolo a frizione (FPB) appaiano semplici nella struttura, ogni componente e dettaglio di progettazione è progettato con precisione in linea con i principi meccanici. Comprenderne la struttura e il meccanismo di funzionamento permette di comprendere appieno il motivo per cui sono considerati una delle soluzioni ottimali per l'isolamento sismico.
Struttura FPB standard: quattro componenti principali con funzioni distinte
Un cuscinetto a pendolo a frizione standard è costituito da quattro componenti chiave, che lavorano insieme per ottenere isolamento sismico, dissipazione di energia e ricentramento automatico.
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Piastra portante superiore
Collegata rigidamente alla sovrastruttura, come travi, solette e pilastri del ponte, la piastra portante superiore ha come base una superficie sferica concava lavorata con precisione-. Serve come binario principale per il movimento oscillatorio e provvede al trasferimento del carico verticale e alla guida orizzontale.
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Blocco scorrevole (rivestimento con cappuccio sferico)
Posizionato tra le piastre portanti superiore e inferiore, il blocco scorrevole è il componente mobile principale. La sua superficie è rivestita con materiali a basso-attrito e resistenti all'usura-come il politetrafluoroetilene (PTFE), che formano una coppia di attrito con la superficie sferica in acciaio inossidabile. Ciò garantisce uno scorrimento fluido dissipando l'energia attraverso l'attrito.
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Piastra portante inferiore
Fissata alla fondazione o al pilastro, la piastra portante inferiore ha una superficie superiore sferica piana o concava abbinata. Fornisce una base stabile, limita il campo di oscillazione e mantiene la stabilità complessiva del cuscinetto.
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Gruppo di tenuta e limitazione
Questo gruppo include guarnizioni-antipolvere, perni di limitazione, chiavi guida e altre parti. Impedisce l'ingresso di polvere e umidità nell'interfaccia scorrevole per evitare abrasioni. I perni di limitazione controllano lo spostamento in condizioni di servizio normali e si sbloccano automaticamente durante i terremoti per consentire uno spazio di oscillazione sufficiente.
Principio di funzionamento di FPB: protezione sismica a tre- stadi
I cuscinetti a pendolo a frizione funzionano interamente secondo leggi fisiche senza alimentazione esterna. Si attivano automaticamente durante i terremoti e si riaccendono spontaneamente dopo l'evento, garantendo elevata efficienza e affidabilità durante tutto il processo.
(1) Innesco e disaccoppiamento: interruzione della trasmissione dell'energia sismica
Quando la forza sismica orizzontale supera la soglia di attrito statico tra il pattino e la superficie sferica, il collegamento rigido del cuscinetto si rompe. Lo scorrimento relativo avviene tra la sovrastruttura e la fondazione, interrompendo completamente il percorso di trasferimento dell'energia sismica alla sovrastruttura e prevenendo l'impatto sismico diretto.
(2) Oscillazione e dissipazione dell'energia: conversione e consumo dell'energia sismica
Il blocco scorrevole esegue un movimento simile a un pendolo- lungo la superficie sferica concava, sollevando leggermente la sovrastruttura e convertendo l'energia cinetica sismica in energia potenziale gravitazionale. Nel frattempo, l’attrito continuo sull’interfaccia di scorrimento genera resistenza, trasformando l’energia sismica rimanente in calore e riducendo notevolmente l’ampiezza delle vibrazioni strutturali.
(3) Centraggio della gravità: ripristino automatico dopo i terremoti
Una volta cessato il terremoto, la gravità che agisce sulla sovrastruttura riporta il blocco scorrevole in posizione centrale lungo la superficie sferica, ottenendo un ripristino automatico non alimentato con spostamento residuo quasi pari a zero. Ciò garantisce che la struttura ritorni nella sua posizione originale senza compromettere l'utilizzo successivo.
Parametri chiave di progettazione: indicatori fondamentali che determinano le prestazioni dell'FPB
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Raggio di curvatura sferica
Il raggio di curvatura determina il periodo di isolamento. Un raggio più ampio comporta un periodo di isolamento più lungo, contribuendo a evitare il periodo sismico dominante del sito e prevenendo la risonanza.
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Coefficiente di attrito
Controlla la forza di attivazione e l'efficienza di dissipazione dell'energia, con un intervallo tipico di 0,03–0,12. Ciò bilancia la stabilità strutturale in caso di terremoti minori e carichi di vento, nonché la capacità di dissipazione di energia in caso di terremoti maggiori.
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Spostamento definitivo
Progettato per accogliere la massima ampiezza di oscillazione in rari terremoti, garantisce che il cuscinetto non si stacchi o si guasti in condizioni estreme.