STU抗震裝置

STU的作用: STU的內部結構如圖2所示。 通過一個簡單的試驗,可以說明該介質的特性和在STU中的作用。

抗震裝置(STU)是一種油缸形式的抗震裝置
STU的作用:
有一種油缸形式的抗震裝置,用於橋樑和其它大型建築物抵抗地震的衝擊破壞。在國內尚無規定的名稱,有人稱之為速度鎖定器或譯為特種阻尼器。在歐美稱之為:Shock Transmission Unit (STU)或者 Lock-Up Device(LUC)。它是一種類似速度開關的裝置, 改變了建築結構的平動動力約束方式。以套用在多跨連續梁的橋樑上為例:一個橋樑段有多個橋墩對其支撐,只能有一個固定的橋墩,其餘為滑動橋墩。傳統的設計該橋段的全部縱向載荷只能全部由固定橋墩承受。採用了STU以後,將STU的兩端分別固定在滑動橋墩和橋樑板之間,如圖1所示。在橋樑受到突發衝擊荷載,如發生地震、緊急剎車時,它能在吸收一定的衝擊能量的同時將橋樑板和縱向滑動支撐橋墩鎖定成一個整體,所有橋墩共同承受縱向的衝擊載荷,減小對於橋樑的損害。
猶如汽車的安全帶,在汽車正常行駛時,它可以自由伸縮;當突然剎車或者發生撞車事故時,它就被鎖住,減小衝擊對乘員的傷害。
STU的工作原理:
STU的內部結構如圖2所示。工作部分為一個兩邊面積相等的油缸。油缸內充滿了高粘度矽樹脂化合物的介質。活塞的兩邊通過活塞與缸筒的間隙或者活塞上的小孔使活塞兩邊貫通。這種介質是一種具有一種反向觸變(reverse thixotropic)特性的震凝流體,其粘度是速度梯度的增函式。當它不受外力時像一個固體,但在慢速度的恆定壓力下可以緩慢地流動;在高速度的突然的衝擊之下又成為了固體。在當橋樑板只發生溫度伸縮,或混凝土的蠕變、收縮等緩慢運動時,該介質始終保持著流體的性質,可以通過缸壁間隙或者活塞上的小孔從活塞的一邊向另一邊流動,活塞可以在缸體內自由移動,油缸不會產生有害的約束力,限制橋樑板的自由運動。當橋樑受到突發震動荷載時,橋樑板帶動活塞突然快速移動,介質在間隙內以很高速度流動,粘度迅速增加,最後流體幾乎變成了固體,活塞因此被鎖住。
通過一個簡單的試驗,可以說明該介質的特性和在STU中的作用。取一小團看起來像“蘭州拉麵”一樣矽樹脂介質材料,把它捏成棒形,像拉麵一樣拉伸。慢速拉伸時,和拉麵一樣沒有區別,可以拉成很細的絲;但快速拉伸時會突然斷裂,並且呈沒有收縮的整齊脆性斷口。
STU快速衝擊運動結束後,又回到自然狀態,它是可以反覆使用的設備。它的工作壽命僅取決於:密封件的壽命,矽樹脂介質的老化和金屬部件的腐蝕。
STU的設計和製造
1. 根據建築物的傳力要求,選擇適當的承載能力。一個傳力部位可以安裝一個STU,也可以安裝多個。
2. 工作行程要滿足該處的最大位移,如橋樑結構要滿足:該處混凝土的收縮、蠕變和兩倍的溫度變形量之和。為了製造和安裝的方便,一般同一種載荷規格的STU,按最大要求的行程選用同一種行程。
3. STU的安裝方向必須延著橋樑板變形的軸線方向。對於直線橋樑,STU的軸線與橋樑的軸線平行;對於曲線橋梁段,根據平面變形的幾何關係,STU的軸線是和橋樑的軸線的切線平行,而是使STU的軸線指向固定橋墩的固定點。
4. 為了便於施工安裝和減小安裝誤差的不均勻受力,STU油缸的兩端連線銷軸上裝有關節軸承;STU的活塞桿和接手的連線螺紋留有一定的調整餘量,一般為±32mm。
5. 主要材料選擇:為了防腐的需要,STU油缸的活塞、活塞桿和連線銷軸均採用接近屈服應力700MPa級別的高強度、耐腐蝕的不鏽鋼製造;缸體,接手等其它的受力部件均採用屈服應力600MPa級別高合金結構鋼製造。受力螺栓採用10.9級的高強螺栓。安裝在橋樑上的支座為焊接結構,採用屈服應力300MPa級別的低合金鋼製造。
6. 強度設計根液壓油缸基本相同,主要考慮:
1)活塞桿的抗拉強度和疲勞強度。
2)活塞桿與接手的螺紋連線強度。
3)活塞的抗彎強度以及活塞與活塞桿的連線強度。
4)缸筒按照設計載荷的1.5倍的油壓和厚壁容器理論驗算強度。
5)端蓋螺釘按照設計載荷的1.5倍的油壓選擇螺釘的規格和數量。
7. 關於油缸的密封件:如果採用活塞與缸筒間隙聯通活塞左右兩腔的結構,活塞上不用設定密封件,缸筒內壁的粗糙度也可以低一些。活塞桿的密封件是必不可少的。由於合成矽樹脂介質的粘度完全不同於液壓油,不能採用和普通油缸類似的油封

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