Rolamentos esféricos de isolamento sísmico para aplicações em pontes rodoviárias

I, Definição, Escopo e Normas

1.1, Definição
A rolamento esféricog é um dispositivo estrutural (mancal multi{0}}rotacional de alta carga, ou seja, HLMB) projetado para transmitir cargas entre a superestrutura e a subestrutura de uma ponte enquanto acomoda rotações multi-direcionais e, em alguns projetos, movimentos translacionais limitados. O rolamento consiste em uma superfície esférica côncava acoplada a uma superfície esférica convexa, permitindo uma rotação angular suave em torno de qualquer eixo horizontal.
Na engenharia de pontes, os rolamentos autocompensadores são empregados para:
- Transfira cargas verticais, forças horizontais e deslocamentos longitudinais ou transversais de acordo com os requisitos do projeto.
- Permitir rotações causadas por cargas de tráfego, expansão e contração térmica, ações sísmicas, fluência e retração da estrutura da ponte.
- Fornece alta capacidade de carga-com atrito mínimo por meio do uso de materiais deslizantes de baixo-atrito (por exemplo, PTFE) e superfícies de contato de aço inoxidável-resistentes à corrosão.
Esses rolamentos são normalmente fabricados em conformidade com padrões nacionais e internacionais relevantes, como GB/T 17955 (China), especificações de design de ponte AASHTO LRFD (EUA) e EN 1337-7 (Europa), garantindo confiabilidade de desempenho, segurança e durabilidade em aplicações de pontes de longo- vão e cargas pesadas.

1.2, Escopo
Este artigo define as especificações, parâmetros de projeto, requisitos de fabricação, testes, instalação e manutenção paraRolamentos esféricos de isolamento sísmico (SSIB)destinado a aplicações em pontes, em conformidade com os códigos chineses e internacionais.
1.3, Normas Aplicáveis:
Região|Código Padrão|Título|Escopo
China|GB/T 17955-2009 |Rolamentos autocompensadorespara pontes|Requisitos de projeto, fabricação e teste para rolamentos autocompensadores de ponte.
China|GB/T 32836-2016 |Rolamentos autocompensadores para estruturas de aço| Requisitos adicionais para aplicações estruturais de aço.
China|JTG/T 2231-01-2020|Especificações para rolamentos de pontes rodoviárias|Requisitos de desempenho e qualidade para rolamentos de pontes rodoviárias.
Europa|EN 1337-7 |Rolamentos Estruturais– Parte 7: Rolamentos Esféricos|Requisitos de material, geometria, atrito e teste.
Europa|EN 15129:2018 |Dispositivos-antissísmicos| Projeto de isolamento sísmico para aplicações estruturais.
EUA|Especificações de projeto da ponte AASHTO LRFD (2023) Seção 14|Rolamentos e dispositivos de expansão|Metodologia de projeto pararolamentos esféricos.
Reino Unido|BS 5400 Parte 9 |Rolamentos de ponte| Requisitos de projeto e instalação.

II. Descrição do produto

2.1, Função:
Rolamentos esféricos de isolamento sísmicofornecem uma interface rotacional entre a superestrutura e a subestrutura da ponte, ao mesmo tempo que permite o deslizamento controlado para dissipar a energia sísmica.

2.2, Componentes Principais:

1. Placa Côncava Superior – Aço carbono-de alta resistência (Q345 ou ASTM A709 Grau 50) com superfície côncava usinada-de precisão.
2. Elemento Deslizante Esférico – Aço inoxidável (AISI 304/316) com camada de PTFE ou UHMWPE colada.
3. Placa Convexa Inferior – Corresponde à curvatura, transfere carga vertical.
4. Sistema de Retenção – Barras-guia ou retentores opcionais para controle de movimento unidirecional.
5. Elemento de Dissipação de Energia Sísmica – Camadas opcionais de alto amortecimento.

2.3,Tipos e Classificações
De acordo com diferentes requisitos funcionais, os rolamentos autocompensadores podem ser divididos nos seguintes tipos:

1,Rolamentos Esféricos Fixos
Os rolamentos esféricos fixos não permitem deslocamento horizontal, mas podem girar livremente. Eles são adequados para peças estruturais que precisam restringir o movimento horizontal e permitir a rotação.
2,Rolamentos esféricos deslizantes unidirecionais
Os rolamentos esféricos deslizantes unidirecionais permitem deslizar em uma direção. São aplicáveis a estruturas com requisitos específicos de deslocamento, como o ajuste de deslocamento longitudinal em determinadas pontes.
3, Rolamentos esféricos deslizantes multidirecionais
Os rolamentos esféricos deslizantes multidirecionais podem deslizar em qualquer direção horizontal. Eles são adequados para áreas-propensas a terremotos ou pontes-de vão longo para lidar com condições de carga complexas.
4, Rolamentos esféricos sísmicos
Os rolamentos esféricos sísmicos são geralmente equipados com dispositivos de amortecimento, que podem fornecer capacidade adicional de dissipação de energia durante terremotos e melhorar o desempenho sísmico das estruturas.

2.4, Campos de Aplicação deRolamentos autocompensadores
Devido ao seu excelente desempenho, os rolamentos autocompensadores são amplamente utilizados nas seguintes áreas:

1, pontes-de longo vão
Em pontes-de vão longo, como pontes-estaiadas, pontes suspensas e pontes em arco, os rolamentos esféricos podem se adaptar efetivamente a deslocamentos e rotações causados por mudanças de temperatura, cargas de veículos ou cargas de vento.
2, Prédios-altos
Prédios-altos oscilarão sob cargas de vento ou ações sísmicas. Os rolamentos autocompensadores podem reduzir o estresse estrutural e melhorar a estabilidade e segurança dos edifícios.
3, Estádios e estruturas espaciais-grandes
Em estruturas de grande-espaço, como ginásios e centros de convenções, os rolamentos autocompensadores podem se adaptar a cargas complexas e garantir a estabilidade e a durabilidade das estruturas.
4, Centrais Nucleares e Infraestruturas Chave
Em infraestruturas essenciais, como centrais nucleares e grandes barragens, os rolamentos autocompensadores podem fornecer suporte fiável e resistência sísmica para garantir a segurança estrutural.

2.5, Vantagens e Desafios dos Rolamentos Autocompensadores
1, vantagens:
• Alta capacidade-de carga: pode suportar cargas de vários milhares de toneladas.
• Adaptabilidade de deslocamento multidirecional: Capaz de se adaptar simultaneamente à rotação e ao deslocamento horizontal.
• Grande durabilidade: fabricado com materiais de alto-desempenho, garantindo uma longa vida útil.
• Excelente desempenho sísmico: amplamente utilizado em áreas propensas a terremotos.

2, Desafios:
• Altos requisitos de precisão de fabricação: processos de alta-precisão são necessários para processamento de superfícies esféricas e correspondência de materiais deslizantes.
• Custos de manutenção relativamente altos: materiais deslizantes ou dispositivos de vedação podem precisar ser substituídos após uso-de longo prazo.
• Projeto complexo: É necessário um projeto personalizado de acordo com necessidades específicas de engenharia.

III. Pesquisa e Desenvolvimento

3.1 Especificações Técnicas
Parâmetros de projeto (faixa de produção típica):
Capacidade de carga vertical: 1.000 – 50.000 kN
Capacidade de deslocamento horizontal: ±50 a ±250 mm
Capacidade rotacional: Maior ou igual a 0,03 rad (~1,7 graus)
Coeficiente de Fricção (μ): 0,03 – 0,06 (estático), 0,02 – 0,05 (dinâmico)
Taxa de amortecimento (tipo HDR): 8 – 25%
Faixa de temperatura de serviço: -40 graus a +60 graus (até +70 graus especiais)
Vida útil: Maior ou igual a 50 anos
Desempenho Sísmico: Maior ou igual a 0,3g de aceleração de projeto

3.2, Patente

4. Materiais

V. Fabricação e Controle de Qualidade

Rugosidade da superfície (superfície deslizante): Ra menor ou igual a 0,2 μm
Tolerância de planicidade: Menor ou igual a 0,5 mm por 1.000 mm
Dureza (placa deslizante): Maior ou igual a HB 220
Resistência de ligação de PTFE: Maior ou igual a cisalhamento de 3 MPa
Todos os rolamentos são 100% testados-na fábrica quanto à precisão dimensional, curva de{2}}deformação de carga, coeficiente de atrito sob carga de projeto e defeitos visuais.

VI. Verificação de desempenho, testes e garantia de qualidade

6.1 Requisitos Gerais
Todos os rolamentos esféricos de isolamento sísmico serão submetidos a testes de tipo, testes de rotina e testes de aceitação de acordo com os padrões chineses e internacionais.
6.2 Classificação dos Testes
Testes de tipo – Comprove a conformidade do projeto (uma vez por novo projeto)
Testes de rotina – Verifique a qualidade da produção (cada lote)
Testes de Aceitação – Aprovação do produto final antes da entrega (rolamentos 100%)
6.3 Testes e Requisitos Específicos
Teste de Carga Vertical – Deformação residual Menor ou igual a 0,3 mm, sem danos visíveis.
Teste de deslocamento horizontal – Coeficiente de atrito μ Menor ou igual a 0,06, nenhum dano superficial após 50 ciclos.
Teste de capacidade rotacional – Movimento suave em rotação maior ou igual a 0,03–0,05 rad.
Teste de desgaste e fadiga – Menor ou igual a 1% de perda de espessura de PTFE após os ciclos.
Teste de Simulação Sísmica – Taxa de amortecimento dentro de ±2% do projeto, deslocamento dentro da folga.
Testes de Temperatura – Variação de atrito Menor ou igual a ±15% da temperatura ambiente.
Teste de resistência à corrosão – Nenhuma falha no revestimento após 500h de névoa salina.
6.4 Procedimentos de Controle de Qualidade de Fábrica
Inspeção de material de entrada – Verificação ultrassônica de aço, densidade e resistência de PTFE.
Controle de qualidade-do processo – Tolerância de usinagem de placa ±0,2 mm, inspeção de solda.
Inspeção Final – Verificação dimensional, verificação de marcação.
6.5 Documentação e Rastreabilidade
Manter certificados de teste de materiais, registros de controle de produção de fábrica e certificados de conformidade.
6.6 Resumo dos Critérios de Aceitação
Deformação vertical menor ou igual a 0,3 mm, atrito menor ou igual a 0,06, desgaste de PTFE menor ou igual a 1%, rotação maior ou igual a 0,03 rad.
6.7, Testes de tipo e relatórios.

6.7.1, Equipamento de teste

6.7.2, Relatórios de teste

VII. Diretrizes de instalação

Preparação – Verifique a tolerância do assento do rolamento e as posições dos parafusos.
Etapas de instalação - Levante a superestrutura, posicione o rolamento, prenda, verifique e solte os macacos.
Folga – Manter folga sísmica maior ou igual a 50 mm.

VIII. Cronograma de Manutenção

6 meses: Verificação visual
2 anos: Verificação funcional
5 anos: Inspeção detalhada
25 anos: Revisão

IX. Embalagem e armazenamento

Embale em embalagem-à prova de umidade, armazene em área ventilada, no máximo 3 camadas empilhadas.

X. Tabela de Dimensões Típicas

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10.1, Especificações para rolamentos autocompensadores QZ para pontes rodoviárias.
10.2, Especificações para rolamentos autocompensadores LQZ para pontes rodoviárias

XI. Casos de aplicação

XII, Tendências Futuras de Desenvolvimento de Rolamentos Autocompensadores

Com o desenvolvimento da tecnologia de engenharia,rolamentos esféricosestão constantemente inovando e as seguintes tendências podem surgir no futuro:

1, rolamentos inteligentes:
Integrados à tecnologia de sensores, eles podem monitorar a tensão, o deslocamento e o desgaste dos rolamentos em tempo real para realizar avisos e manutenção antecipados e inteligentes.
2,Aplicação de novos materiais
Materiais como compósitos reforçados com grafeno-e materiais auto{1}lubrificantes podem melhorar a durabilidade e o desempenho de deslizamento dos rolamentos autocompensadores.
3, Projeto de proteção verde e ambiental
O uso de materiais recicláveis ou revestimentos de proteção ambiental de baixo-atrito pode reduzir o impacto no meio ambiente.
4, tecnologia de impressão 3D
O uso da tecnologia de impressão 3D para fabricar rolamentos com formatos complexos pode melhorar a eficiência da produção e as capacidades de personalização.