Roulements sphériques d'isolation sismique pour les applications de ponts routiers

I, Définition, champ d'application et normes

1.1, Définition
A roulement sphériqueg est un dispositif structurel (appui rotatif multi-à charge élevée, c'est-à-dire HLMB) conçu pour transmettre des charges entre une superstructure et une sous-structure de pont tout en s'adaptant à des rotations multi-directionnelles et, dans certaines conceptions, à des mouvements de translation limités. Le roulement se compose d'une surface sphérique concave accouplée à une surface sphérique convexe, permettant une rotation angulaire douce autour de n'importe quel axe horizontal.
Dans l'ingénierie des ponts, les rotules sont utilisées pour :
- Transférez les charges verticales, les forces horizontales et les déplacements longitudinaux ou transversaux selon les exigences de conception.
- Tenir compte des rotations causées par les charges de trafic, la dilatation et la contraction thermiques, les actions sismiques, le fluage et le retrait de la structure du pont.
-Offrent une capacité de charge élevée-avec un minimum de friction grâce à l'utilisation de matériaux coulissants à faible-friction (par exemple, PTFE) et de surfaces de contact en acier inoxydable-résistantes à la corrosion.
Ces roulements sont généralement fabriqués conformément aux normes nationales et internationales pertinentes telles que GB/T 17955 (Chine), AASHTO LRFD Bridge Design Spécifications (États-Unis) et EN 1337-7 (Europe), garantissant la fiabilité des performances, la sécurité et la durabilité dans les applications de ponts à longue portée et à charges lourdes.

1.2, Portée
Cet article définit les spécifications, les paramètres de conception, les exigences de fabrication, les tests, l'installation et la maintenance pourRoulements sphériques d'isolation sismique (SSIB)destiné aux applications de pont, conforme aux codes chinois et internationaux.
1.3, Normes applicables :
Région|Code standard|Titre|Portée
Chine|GB/T17955-2009 |Roulements sphériquespour ponts|Exigences de conception, de fabrication et de test pour les rotules de pont.
Chine|GB/T 32836-2016 |Roulements sphériques pour structures en acier| Exigences supplémentaires pour les applications de structures en acier.
Chine|JTG/T 2231-01-2020|Spécifications pour les roulements de pont routier|Exigences de performance et de qualité pour les appuis de ponts routiers.
Europe|EN 1337-7 |Appui structurel– Partie 7 : Roulements sphériques|Exigences en matière de matériaux, de géométrie, de friction et de tests.
Europe|EN 15129:2018 |Dispositifs antisismiques-| Conception d'isolation sismique pour les applications structurelles.
États-Unis|Spécifications de conception du pont AASHTO LRFD (2023) Section 14|Roulements et dispositifs d'expansion|Méthodologie de conception pourroulements sphériques.
Royaume-Uni|BS 5400 Partie 9 |Roulements de pont| Exigences de conception et d’installation.

II. Description du produit

2.1, Fonction :
Roulements sphériques à isolation sismiquefournir une interface de rotation entre la superstructure et la sous-structure du pont tout en permettant un glissement contrôlé pour dissiper l'énergie sismique.

2.2, composants principaux :

1. Plaque concave supérieure – Acier au carbone à haute-résistance (Q345 ou ASTM A709 Grade 50) avec surface concave usinée avec précision-.
2. Élément coulissant sphérique – Acier inoxydable (AISI 304/316) avec couche de PTFE ou UHMWPE liée.
3. Plaque convexe inférieure – Correspond à la courbure et transfère la charge verticale.
4. Système de retenue – Barres de guidage ou dispositifs de retenue en option pour le contrôle des mouvements unidirectionnels.
5. Élément de dissipation de l’énergie sismique – Couches à amortissement élevé en option.

2.3,Types et classifications
Selon différentes exigences fonctionnelles, les rotules peuvent être divisées en types suivants :

1,Roulements sphériques fixes
Les rotules fixes ne permettent pas de déplacement horizontal mais peuvent tourner librement. Ils conviennent aux pièces structurelles qui doivent restreindre le mouvement horizontal tout en permettant la rotation.
2,Roulements sphériques coulissants unidirectionnels
Les rotules coulissantes unidirectionnelles permettent un glissement dans une direction. Ils sont applicables aux structures ayant des exigences de déplacement spécifiques, telles que l'ajustement du déplacement longitudinal de certains ponts.
3, Roulements sphériques coulissants multidirectionnels
Les rotules coulissantes multidirectionnelles peuvent glisser dans n'importe quelle direction horizontale. Ils conviennent aux zones sismiques-ou aux ponts-à longue portée pour faire face à des conditions de charge complexes.
4, Roulements sphériques sismiques
Les rotules sismiques sont généralement équipées de dispositifs d'amortissement, qui peuvent fournir une capacité de dissipation d'énergie supplémentaire lors des tremblements de terre et améliorer les performances sismiques des structures.

2.4, Domaines d'application deRoulements sphériques
En raison de leurs excellentes performances, les rotules sont largement utilisées dans les domaines suivants :

1, ponts à longue portée-
Dans les ponts à longue portée tels que les ponts à haubans, les ponts suspendus et les ponts en arc, les roulements à rotule peuvent s'adapter efficacement aux déplacements et aux rotations provoqués par les changements de température, les charges des véhicules ou les charges de vent.
2, immeubles-de grande hauteur
Les immeubles de grande hauteur-se balanceront sous l'effet du vent ou des actions sismiques. Les appuis sphériques peuvent réduire les contraintes structurelles et améliorer la stabilité et la sécurité des bâtiments.
3, Stades et structures spatiales-de grande envergure
Dans les structures spatiales à grande portée telles que les gymnases et les centres de congrès, les rotules peuvent s'adapter à des charges complexes et garantir la stabilité et la durabilité des structures.
4, Centrales nucléaires et infrastructures clés
Dans les infrastructures clés telles que les centrales nucléaires et les grands barrages, les rotules peuvent fournir un support fiable et une résistance sismique pour garantir la sécurité structurelle.

2.5, Avantages et défis des roulements sphériques
1, avantages :
• Capacité de charge élevée- : peut supporter des charges de plusieurs milliers de tonnes.
• Adaptabilité du déplacement multidirectionnel : Capable de s'adapter simultanément à la rotation et au déplacement horizontal.
• Forte durabilité : fabriqué à partir de matériaux-hautes performances, garantissant une longue durée de vie.
• Excellentes performances sismiques : largement utilisées dans les zones sujettes aux tremblements de terre.

2, Défis :
• Exigences élevées en matière de précision de fabrication : des processus de haute-précision sont nécessaires pour le traitement des surfaces sphériques et l'adaptation des matériaux de glissement.
• Coûts de maintenance relativement élevés : les matériaux coulissants ou les dispositifs d'étanchéité peuvent devoir être remplacés après une utilisation à long terme-.
• Conception complexe : une conception personnalisée est requise en fonction des besoins d'ingénierie spécifiques.

III. Recherche et développement

3.1 Spécifications techniques
Paramètres de conception (gamme de production typique) :
Capacité de charge verticale : 1 000 – 50 000 kN
Capacité de déplacement horizontal : ±50 à ±250 mm
Capacité de rotation : supérieure ou égale à 0,03 rad (~1,7 degrés)
Coefficient de friction (μ) : 0,03 – 0,06 (statique), 0,02 – 0,05 (dynamique)
Taux d'amortissement (type HDR) : 8 – 25 %
Plage de température de service : -40 degrés à +60 degrés (jusqu'à +70 degrés spéciaux)
Durée de vie : supérieure ou égale à 50 ans
Performance sismique : supérieure ou égale à une accélération de conception de 0,3 g

3.2, Brevet

IV. Matériels

V. Fabrication et contrôle qualité

Rugosité de surface (surface de glissement) : Ra Inférieur ou égal à 0,2 μm
Tolérance de planéité : Inférieure ou égale à 0,5 mm par 1 000 mm
Dureté (plaque coulissante) : Supérieure ou égale à HB 220
Force de liaison PTFE : supérieure ou égale à 3 MPa en cisaillement
Tous les roulements sont testés à 100 % en usine-pour la précision dimensionnelle, la courbe de déformation de charge-, le coefficient de frottement sous la charge de conception et les défauts visuels.

VI. Vérification des performances, tests et assurance qualité

6.1 Exigences générales
Tous les appuis sphériques à isolation sismique doivent subir des tests de type, des tests de routine et des tests d'acceptation conformément aux normes chinoises et internationales.
6.2 Classification des essais
Tests de type – Prouver la conformité de la conception (une fois par nouvelle conception)
Tests de routine – Vérifier la qualité de la production (chaque lot)
Tests d'acceptation – Approbation finale du produit avant livraison (100 % de roulements)
6.3 Tests et exigences spécifiques
Test de charge verticale – Déformation résiduelle Inférieure ou égale à 0,3 mm, aucun dommage visible.
Test de déplacement horizontal – Coefficient de frottement μ Inférieur ou égal à 0,06, aucun dommage de surface après 50 cycles.
Test de capacité de rotation – Mouvement fluide à une rotation supérieure ou égale à 0,03–0,05 rad.
Test d'usure et de fatigue – Perte d'épaisseur de PTFE inférieure ou égale à 1 % après cycles.
Test de simulation sismique – Taux d'amortissement à ± 2 % de la conception, déplacement dans les limites du jeu.
Tests de température – Variation de frottement Inférieure ou égale à ±15 % par rapport à la température ambiante.
Test de résistance à la corrosion – Aucune défaillance du revêtement après 500 heures de brouillard salin.
6.4 Procédures de contrôle qualité en usine
Inspection des matériaux entrants – Vérification de l’acier par ultrasons, densité et résistance du PTFE.
Dans-CQ de processus – Tolérance d'usinage des plaques ± 0,2 mm, inspection des soudures.
Inspection finale – Contrôle dimensionnel, vérification du marquage.
6.5 Documentation et traçabilité
Tenir à jour les certificats de test des matériaux, les dossiers de contrôle de la production en usine et les certificats de conformité.
6.6 Résumé des critères d'acceptation
Déformation verticale inférieure ou égale à 0,3 mm, friction inférieure ou égale à 0,06, usure du PTFE inférieure ou égale à 1%, rotation supérieure ou égale à 0,03 rad.
6.7, Tests de type et rapports.

6.7.1, Équipement d'essai

6.7.2, Rapports de tests

VII. Directives d'installation

Préparation – Vérifiez la tolérance du siège de roulement et la position des boulons.
Étapes d'installation – Soulever la superstructure, positionner le roulement, sécuriser, vérifier, libérer les vérins.
Dégagement – Maintenir un espace sismique supérieur ou égal à 50 mm.

VIII. Calendrier d'entretien

6 mois : Contrôle visuel
2 ans : Contrôle fonctionnel
5 ans : Inspection détaillée
25 ans : Révision

IX. Emballage et stockage

Emballez dans un emballage résistant à l'humidité-, stockez-le dans un endroit aéré, en empilant au maximum 3 couches.

X. Tableau des dimensions typiques

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10.1, Spécifications des roulements sphériques QZ pour les ponts routiers.
10.2, Spécifications des rotules LQZ pour ponts routiers

XI. Cas de candidature

XII, Tendances de développement futures des roulements sphériques

Avec le développement de la technologie de l'ingénierie,roulements sphériquesinnovent constamment et les tendances suivantes pourraient émerger à l’avenir :

1, roulements intelligents :
Intégrés à la technologie des capteurs, ils peuvent surveiller la contrainte, le déplacement et l'usure des roulements en temps réel pour réaliser une alerte précoce et une maintenance intelligentes.
2, application de nouveaux matériaux
Des matériaux tels que les composites renforcés de graphène-et les-matériaux autolubrifiants peuvent améliorer la durabilité et les performances de glissement des rotules.
3, conception verte et respectueuse de l'environnement
L'utilisation de matériaux recyclables ou de revêtements respectueux de l'environnement à faible friction peut réduire l'impact sur l'environnement.
4, technologie d'impression 3D
L’utilisation de la technologie d’impression 3D pour fabriquer des roulements aux formes complexes peut améliorer l’efficacité de la production et les capacités de personnalisation.