Brolejer: typer, funktioner, installation og vedligeholdelse

Broartikulation og lejespecifikationer er væsentlige aspekter af brokonstruktion, der sikrer broers levetid og funktionalitet. Denne omfattende vejledning dykker ned i vigtigheden af disse elementer, deres forskellige typer, udvælgelseskriterier og bedste praksis for vedligeholdelse og installation.

Forståelse af broartikulation og brolejer

Artikulering i broteknik refererer til det strategiske design og placering af understøtninger og lejer, der tillader nødvendige bevægelser og rotationer. Dette forhindrer unødig belastning af både over- og underbygning, hvilket sikrer, at broer kan tilpasse sig forskellige kræfter og bevægelser uden skader.

Hvordan virker brolejer?

Brolejer fungerer ved at overføre belastningerne fra broens overbygning til underbygningen, mens de optager eller begrænser relative bevægelser. Disse bevægelser kan omfatte termisk ekspansion og sammentrækning samt bevægelser forårsaget af trafikbelastninger og vindstyrker. Lejer tillader broen at bøje og bevæge sig uden at forårsage strukturel skade, hvilket bevarer broens integritet og levetid.

Hvad er Free Bearing Bridge?

En frilejebro er en type bro, hvor lejerne tillader bevægelse i flere retninger uden væsentlig tilbageholdenhed. Disse lejer, ofte elastomere eller glidende lejer, tillader brooverbygningen at udvide sig, trække sig sammen og rotere frit som reaktion på termiske ændringer, belastningsvariationer og andre kræfter. Dette design bruges typisk, hvor strukturen skal kunne rumme store bevægelser og rotationer uden at pålægge væsentlige begrænsninger.

Hvilket materiale bruges til brolejer?

Brolejer er lavet af en række forskellige materialer, valgt ud fra lejetypen og broens specifikke krav. Fælles materialer omfatter:

• Gummi og stål: Anvendes i elastomere lejer, der kombinerer fleksibilitet og styrke.
• Polytetrafluorethylen (PTFE): Et lavfriktionsmateriale, der bruges i glidende overflader af potte og kuglelejer.
• Rustfrit stål: Anvendes ofte i sfæriske lejer for dets styrke og modstandsdygtighed over for korrosion.
• Bronze og kompositmaterialer: Bruges lejlighedsvis i specialiserede lejer på grund af deres unikke egenskaber.

Typer og funktioner af brolejer

Lejer er afgørende for at overføre belastninger fra broens overbygning til underbygningen, mens de optager eller begrænser relative bevægelser. Der er flere typer lejer, som hver passer til forskellige brokonfigurationer og krav:

• Elastomere lejer: Disse er sammensat af lag af gummi adskilt af stålplader, der almindeligvis anvendes i små strukturer. De håndterer bevægelser gennem forskydningsdeformation og er økonomisk effektive til applikationer med mindre langsgående, tværgående og roterende bevægelser.
• Potlejer: Disse består af en indesluttet elastomerskive i en stålcylinder, der tillader betydelige rotationsbevægelser. De kan også rumme translationelle bevægelser, når en glidende overflade er inkluderet.
• Sfæriske lejer: Brugt til store rotationer, anvender disse lejer en sfærisk overflade, ofte foret med PTFE, og matchet til en overflade af rustfrit stål. De er dyrere på grund af den nødvendige bearbejdning og bruges typisk i større konstruktioner.
• Vippelejer: Vippelejer tillader rotation omkring en enkelt akse, og giver torsionsbegrænsning omkring en ortogonal akse til kontaktlinjen. De bruges ofte i jernbanebroer, hvor stødbelastningen er høj.
• Styrelejer: Disse sikrer, at strukturen bevarer den korrekte ekspansions-/sammentrækningsvej uden at bære lodrette belastninger, hvilket er nyttigt i stærkt skæve strukturer eller strukturer med flere spænd.

Nøgleovervejelser for brolejer og artikulationsdesign

Miljø- og belastningsfaktorer

1. Temperaturændringer: Både ensartede og differentielle temperaturændringer kan inducere betydelige bevægelser og spændinger i brokonstruktioner.
2. Betonsvind: Krympningen af betonkomponenter, såsom dækpladen, skal imødekommes for at undgå unødig belastning.
3. Permanente handlinger: Død belastning og overlejret død belastning udøver kontinuerlige kræfter, der skal håndteres.
4. Variable handlinger: Trafikbelastninger er en primær variabel handling, som lejer skal kunne klare.
5. Lodrette og vandrette belastninger: Begge typer belastninger påvirker valg og design af lejer.
6. Supportforlig: Enhver bevægelse eller sætning af understøtninger kan inducere yderligere kræfter og bevægelser, som lejerne skal håndtere.
7. Utilsigtede handlinger: Påvirkninger fra kollisioner i køretøjer eller andre ulykker kræver overvejelser i lejedesign.

Bevægelsesovernatning i Bridge Bearings

Lejer skal kunne rumme både permanente (irreversible) og forbigående (reversible) bevægelser. Dette sikrer, at broen kan tilpasse sig forskellige forhold uden at akkumulere stress, der kan føre til skader.

Rotationsstyring i brolejer

Der skal tages højde for rotationer om længde- og tværakser ved understøtninger. Disse rotationer kan enten optages i lejerne eller modstås af dem. I nogle tilfælde skal rotation om en lodret akse, forbundet med planbøjning, også overvejes, selvom dette normalt er minimalt.

Vandrette forskydninger i brolejer

Horisontale forskydninger opstår fra overordnede ændringer i strukturel længde og bøjning. Korrekt lejeplacering er afgørende for at håndtere disse forskydninger, forhindre unødig stress og sikre strukturel integritet.

Optimering af artikulationsarrangementer med brolejer

Begrænsende lejer og ekspansionsled

Reduktion af antallet af lejer og minimering af bevægelser, der skal optages af ekspansionsfuger, reducerer vedligeholdelsesansvaret. Denne tilgang forenkler strukturen og forlænger dens levetid.

Undgå løft i brolejer

Det er vigtigt at forhindre løft ved lejepositioner, især i skæve strukturer. Opløftning kan komplicere designet og øge omkostningerne, så det bør undgås, når det er muligt.

Mekaniske begrænsninger i brolejer

Mekaniske begrænsninger er nødvendige for at håndtere horisontale kræfter og sikre, at termisk ekspansion og sammentrækning sker korrekt. Disse begrænsninger bør placeres strategisk for at kontrollere bevægelser effektivt.

Fleksibilitet i multi-span broer med bro lejer

Brug af slanke moler, der tillader lastfordeling og fleksibilitet, forhindrer bevægelsesbegrænsninger i strukturer med flere spænd. Denne designhensyn øger strukturens evne til at tilpasse sig forskellige kræfter og bevægelser.

Detaljerede artikulationsskemaer for brolejer

Single Span broer

1. Flydende artikulation: I små broer med mindre vandrette kræfter kan dækket "svæve" på elastomere lejer. Disse lejer optager alle bevægelser gennem forskydningsdeformation.
2. Fixed Point Artikulation: De fleste broer kræver mekaniske begrænsninger for at håndtere vandrette kræfter. Potlejer og styrede (envejs)lejer bruges til at styre bevægelser, med faste lejer, der håndterer langsgående kræfter.

Kontinuerlige Multi-Span-dæk

Ved længere spændinger øges bevægelsernes størrelse. Ved at placere det faste leje i midten af broen sikres det, at termisk ekspansion fordeles jævnt, hvilket reducerer belastningen på strukturen. Moledesign skal tage højde for vandrette kræfter som følge af bremse- og accelerationshandlinger.

Buede brodæk med brolejer

Buede dæk kan styres enten radialt fra et fast punkt eller tangentielt til krumningsradius. Radial føring kræver præcis geometri for lejer, mens tangentiel justering effektivt leder dækket rundt i kurver og optager vandrette kræfter med specifikke styrelejer.

Ekspansionsled i brolejer og ledled

Moderne broer bruger ekspansionsfuger til at styre bevægelser, forhindrer lokale revner og opretholder strukturel integritet. Korrekt specifikation af disse samlinger er afgørende, ligesom lejer, for at sikre effektiv bevægelsesoppasning og vedligeholdelsesminimering.

Brolejespecifikation og installation

Udarbejdelse af lejeskema til brolejer

Brodesigneren skal udarbejde en detaljeret lejeplan, der angiver kræfter, bevægelser og ydeevnekarakteristika. Denne information hjælper lejedesigneren med at bestemme designværdierne og de fulde specifikationer.

Installationsovervejelser for brolejer

Lejer skal installeres med præcise orienterings- og temperaturindstillinger for at rumme fuld ekspansions- og kontraktionsbevægelser. Tilspidsede plader kan være påkrævet for at justere lejefladerne med broens endelige geometri.

Vedligeholdelse og inspektion af brolejer

Design til tilgængelighed i brolejer

Lejer skal være designet til nem inspektion, vedligeholdelse og udskiftning. Dette inkluderer adgang, midler til at aflaste belastning og fysisk plads til udtrækning og indsættelse af nye lejer.

Abutmentgallerier til brolejer

Ved abutments letter gallerierne inspektion og vedligeholdelse af lejer. Disse gallerier giver nødvendig adgang og plads til at arbejde på lejer uden væsentlige strukturelle ændringer.

Konklusion

Broartikulation og lejespecifikationer er grundlæggende for broers funktionalitet og levetid. Ved at forstå og implementere optimeret design og vedligeholdelsespraksis kan ingeniører sikre, at broer forbliver sikre, holdbare og effektive i de kommende år. Korrekt ledforbindelse gør det muligt for broer at tilpasse sig forskellige kræfter og bevægelser, mens velvalgte lejer overfører belastninger effektivt og rummer nødvendige forskydninger og rotationer. Gennem omhyggelig design, installation og vedligeholdelse kan brokonstruktionernes integritet og ydeevne forbedres betydeligt.