den elastomer Lejepude og dens rolle i brodesign

over syv kilometer lang rummer San Francisco-Oakland Bay Bridge en kvart million køretøjer om dagen. Broen, der er konstrueret med næsten 250 millioner kg stål, skal understøtte en masse på 450 millioner kg køretøjer om dagen og omkring 500 tusind kg til enhver tid.

muligheden for brofejl er skræmmende, især når man krydser en stor struktur som Bay Bridge. I 1989 blev den Loma Prieta jordskælv fik Bay Bridge til at mislykkes. Vibrationerne fra jordskælvet var så intense, at de skar boltene, der fastgjorde en del af broen i dens siddepladser. Da jordskælvsvibrationerne steg, blev sektionen flyttet syv inches mod øst, og den vestlige ende af sektionen skiftede ud over kanten af sæderne, hvilket fik hele brosektionen til at kollapse på bunddækket; sammenbrudsstedet var ved pier E9, som ligger halvvejs mellem Yerba Buena Island og Oakland.

Bay Bridge blev designet til at modstå jordskælv ved at implementere teknologi, der gjorde det muligt for broen at tilpasse sig sådanne dramatiske miljøforekomster. Faktisk er alle broer designet til at være moderat fleksible med en indlejret “bøje eller bryde” designfilosofi; det antages, at broen vil blive udsat for noget uforudsigelige ydre kræfter og drejningsmomenter forårsaget af høje vindhastigheder, temperaturændringer, tung trafik og nogle gange endda jordskælv. Så hvis fleksibilitet er afgørende, hvordan opnås det?

elastomer lejepude til San Francisco-Oakland Bay Bridge
San Francisco-Oakland Bay Bridge

elastomer Lejepude rolle elastomer Lejepude

Brofleksibilitet opnås primært af en komponent kaldet bro elastomer lejepude. Dette er typisk lavet af et stærkt og bøjeligt materiale såsom neopren—en type kraftig industriel gummi. Disse puder er placeret mellem overbygninger såsom brobjælken og understrukturer såsom de lodrette understøtninger kaldet moler. Deres primære funktion er at fordele overbygningsbelastninger til underkonstruktionen og lade overbygningen gennemgå nødvendige bevægelser under uregelmæssige miljøforhold uden at skabe skadelige belastninger, der kan kompromittere broens strukturelle integritet. Når broens strukturelle integritet er kompromitteret, kan broen kollapse.

forebyggelse af sammenbrud er ikke den eneste funktion af en elastomer lejepude. Puderne forlænger broernes levetid ved at reducere slid på bromaterialer. Puderne hjælper regeringerne med at spare penge ved at forsinke udskiftningen af broer, ligesom sko tillader mennesker at gå lange afstande.

i øvrigt blev elastomere lejepuder installeret på stedet for Bay Bridge-fejlen som en del af et seismisk eftermonteringsprojekt fra 1999.

elastomer Design 3D Engineering Simulation in Bridge Design

elastomer bearing pad bridge design FEA
endelig elementanalyse af en broelastomer lejepude udført med SimScale

da broelastomere lejepuder er afgørende for et sikkert og omkostningseffektivt brodesign, bliver de grundigt prototypet og testet, før de bruges i produktionen.

ved hjælp af et simuleringsprogram som SimScale som en del af processen er det muligt praktisk talt at teste en elastomer lejepude under forskellige design-og belastningsantagelser. For eksempel kan lejepuden antages at være sammensat af et elastomert materiale forstærket af stålplader, og tre grundlæggende belastningstilfælde kan simuleres og observeres: 1) kompression, 2) kompression med klipning og 3) kompression med rotation.

resultaterne kan analyseres ved at observere Cauchy-belastninger i et konturplot. Man kan endda observere, at med indførelsen af stålplader forbedres lejens bæreevne.

elastomer Lejepude konklusion

som vi har set, spiller design af elastomere lejepuder ved hjælp af simuleringsprogrammer en afgørende rolle i brosikkerhed, pålidelighed og levetid. Hvis du vil prøve det, skal du oprette en gratis Fællesskabskonto her og derefter kopiere denne skabelon af en elastomer lejepude-simulering, ændre indstillingerne eller CAD-modellen og udføre din egen analyse.

du kan lære mere om rollen som ingeniørsimulering i konstruktionsapplikationer ved at hente en gratis infografik her.

Opret din egen simulering via internettet på få minutter ved at oprette en gratis konto på SimScale-platformen. Ingen installation, specielt udstyr eller kreditkort er påkrævet.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.