elastomer Bearing Pad och dess roll i Bridge Design

över sju kilometer lång rymmer San Francisco-Oakland Bay Bridge en kvarts miljon fordon per dag. Bron, konstruerad med nära 250 miljoner kilo stål måste stödja en massa på 450 miljoner kg fordon per dag och cirka 500 tusen kg vid varje given tidpunkt.

möjligheten till brofel är skrämmande, särskilt när man korsar en stor struktur som Bay Bridge. 1989 orsakade jordbävningen Loma Prieta Bay Bridge att misslyckas. Vibrationerna från jordbävningen var så intensiva att de klippte bultarna som fästade en del av bron i sitt sittplatser. När jordbävningsvibrationerna ökade skiftades sektionen sju tum i öster och den västra änden av sektionen skiftade bortom kanten på sittplatsen, vilket fick hela brosektionen att kollapsa på bottendäcket; kollapsplatsen var vid pier E9, som ligger halvvägs mellan Yerba Buena Island och Oakland.

Bay Bridge var utformad för att motstå jordbävningar genom att implementera teknik som gjorde det möjligt för bron att anpassa sig till sådana dramatiska miljöinstanser. Faktum är att alla broar är utformade för att vara måttligt flexibla med en inbäddad “böj eller bryt” designfilosofi; det antas att bron kommer att utsättas för något oförutsägbara yttre krafter och vridmoment orsakade av höga vindhastigheter, temperaturförändringar, tung trafik och ibland till och med jordbävningar. Så om flexibilitet är avgörande, hur uppnås det?

 elastomerlagerdyna för San Francisco-Oakland Bay Bridge
San Francisco-Oakland Bay Bridge

Elastomerlagerdyna roll för Elastomerlagerdyna

Broflexibilitet uppnås främst av en komponent som kallas broelastomerlagerdyna. Detta är vanligtvis tillverkat av ett starkt och smidigt material som neopren—en typ av tungt Industrigummi. Dessa kuddar placeras mellan överbyggnader som brobalken och understrukturer som de vertikala stöden som kallas bryggor. Deras primära funktion är att fördela överbyggnadsbelastningar till underkonstruktionen och låta överbyggnaden genomgå nödvändiga rörelser under oregelbundna miljöförhållanden utan att skapa några skadliga påfrestningar som kan äventyra broens strukturella integritet. När broens strukturella integritet äventyras kan bron kollapsa.

att förhindra kollaps är inte den enda funktionen hos en elastomer lagerplatta. Kuddarna förlänger broarnas livslängd genom att minska slitage på bromaterial. Kuddarna hjälper regeringar att spara pengar genom att fördröja byte av broar, ungefär som hur skor tillåter människor att gå långa sträckor.

för övrigt installerades elastomera lagerkuddar på platsen för Bay Bridge-felet som en del av ett seismiskt eftermonteringsprojekt 1999.

elastomer Design 3D Engineering Simulation in Bridge Design

elastomer bearing pad bridge design FEA
finita element analys av en bro elastomer bearing pad utförs med SimScale

eftersom bro elastomer bearing pads är avgörande för en säker och kostnadseffektiv bro design, de är i stor utsträckning prototyper och testas innan de används i produktionen.

med hjälp av en simuleringsprogramvara som SimScale som en del av processen är det möjligt att praktiskt taget testa en elastomer lagerplatta under olika design-och belastningsantaganden. Till exempel kan lagerplattan antas bestå av ett elastomermaterial förstärkt av stålplattor, och tre grundläggande belastningsfall kan simuleras och observeras: 1) kompression, 2) kompression med skjuvning och 3) kompression med rotation.

resultaten kan analyseras genom att observera Cauchy-spänningar i en konturplot. Man kan till och med Observera att med införandet av stålplattor förbättras lagerets bärkraft.

elastomer Bearing Pad slutsats

som vi har sett spelar design av elastomerlagerkuddar med simuleringsprogramvara en avgörande roll för brosäkerhet, pålitlighet och livslängd. Om du vill prova, skapa ett gratis Community-konto här och kopiera sedan den här mallen av en elastomer lagerkuddesimulering, ändra inställningarna eller CAD-modellen och utför din egen analys.

du kan lära dig mer om ingenjörssimuleringens roll i byggapplikationer genom att ladda ner en gratis infografik här.

Ställ in din egen simulering via webben på några minuter genom att skapa ett gratis konto på SimScale-plattformen. Ingen installation, speciell hårdvara eller kreditkort krävs.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.