แบริ่งสะพาน: ประเภท ฟังก์ชั่น การติดตั้ง และการบำรุงรักษา

ข้อกำหนดการเชื่อมต่อและแบริ่งของสะพานเป็นส่วนสำคัญของวิศวกรรมสะพาน เพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานและการทำงานของสะพาน คู่มือที่ครอบคลุมนี้จะเจาะลึกถึงความสำคัญขององค์ประกอบเหล่านี้ ประเภทต่างๆ เกณฑ์การคัดเลือก และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการบำรุงรักษาและการติดตั้ง

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับข้อต่อของสะพานและแบริ่งของสะพาน

ข้อต่อในวิศวกรรมสะพานหมายถึงการออกแบบเชิงกลยุทธ์และการวางตำแหน่งรองรับและแบริ่งที่ช่วยให้สามารถเคลื่อนที่และหมุนได้ตามต้องการ สิ่งนี้จะช่วยป้องกันความเครียดที่มากเกินไปทั้งบนโครงสร้างส่วนบนและโครงสร้างพื้นฐาน ทำให้มั่นใจได้ว่าสะพานสามารถปรับให้เข้ากับแรงและการเคลื่อนไหวต่างๆ โดยไม่เกิดความเสียหาย

สะพานแบริ่งทำงานอย่างไร?

แบริ่งสะพานทำงานโดยการถ่ายโอนโหลดจากโครงสร้างส่วนบนของสะพานไปยังโครงสร้างย่อยในขณะที่รองรับหรือจำกัดการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กัน การเคลื่อนไหวเหล่านี้อาจรวมถึงการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อน เช่นเดียวกับการเคลื่อนไหวที่เกิดจากปริมาณการจราจรและแรงลม แบริ่งช่วยให้สะพานงอและเคลื่อนที่ได้โดยไม่ทำให้เกิดความเสียหายต่อโครงสร้าง ช่วยรักษาความสมบูรณ์และอายุการใช้งานของสะพาน

สะพานแบริ่งฟรีคืออะไร?

สะพานลูกปืนอิสระเป็นสะพานชนิดหนึ่งที่ลูกปืนสามารถเคลื่อนที่ได้หลายทิศทางโดยไม่มีการยับยั้งที่สำคัญ ตลับลูกปืนเหล่านี้ ซึ่งมักเป็นตลับลูกปืนแบบยืดหยุ่นหรือแบบเลื่อน ช่วยให้โครงสร้างส่วนบนของสะพานขยาย หดตัว และหมุนได้อย่างอิสระเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน การเปลี่ยนแปลงของโหลด และแรงอื่นๆ โดยทั่วไปการออกแบบนี้จะใช้เมื่อโครงสร้างจำเป็นต้องรองรับการเคลื่อนไหวและการหมุนขนาดใหญ่โดยไม่มีข้อจำกัดที่สำคัญ

วัสดุอะไรที่ใช้สำหรับแบริ่งสะพาน?

ตลับลูกปืนสะพานทำจากวัสดุหลากหลายชนิด โดยเลือกตามประเภทของตลับลูกปืนและข้อกำหนดเฉพาะของสะพาน วัสดุทั่วไป ได้แก่ :

• ยางและเหล็ก: ใช้ในตลับลูกปืนอีลาสโตเมอร์ ผสมผสานความยืดหยุ่นและความแข็งแกร่ง
• โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE): วัสดุแรงเสียดทานต่ำที่ใช้ในพื้นผิวเลื่อนของหม้อและตลับลูกปืนทรงกลม
• สแตนเลส: มักใช้ในตลับลูกปืนทรงกลมเพื่อความแข็งแรงและทนทานต่อการกัดกร่อน
• วัสดุทองแดงและคอมโพสิต: ใช้ในตลับลูกปืนแบบพิเศษเป็นครั้งคราวเพื่อคุณสมบัติเฉพาะตัว

ประเภทและหน้าที่ของแบริ่งสะพาน

ตลับลูกปืนมีความสำคัญในการถ่ายเทน้ำหนักจากโครงสร้างส่วนบนของสะพานไปยังโครงสร้างพื้นฐานในขณะที่รองรับหรือจำกัดการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กัน ตลับลูกปืนมีหลายประเภท แต่ละประเภทเหมาะกับการกำหนดค่าและข้อกำหนดของสะพานที่แตกต่างกัน:

• ตลับลูกปืนอีลาสโตเมอร์: ประกอบด้วยชั้นยางคั่นด้วยแผ่นเหล็ก มักใช้ในโครงสร้างขนาดเล็ก สามารถรับมือกับการเคลื่อนไหวผ่านการเสียรูปเฉือน และมีประสิทธิภาพเชิงเศรษฐกิจสำหรับการใช้งานที่มีการเคลื่อนไหวตามยาว ตามขวาง และหมุนเล็กน้อย
• แบริ่งหม้อ: สิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยแผ่นอีลาสโตเมอร์ที่ถูกจำกัดภายในกระบอกเหล็ก ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถรองรับการเคลื่อนไหวในการแปลได้เมื่อมีพื้นผิวเลื่อนรวมอยู่ด้วย
• แบริ่งทรงกลม: ใช้สำหรับการหมุนขนาดใหญ่ ตลับลูกปืนเหล่านี้ใช้พื้นผิวทรงกลม ซึ่งมักบุด้วย PTFE และเข้าคู่กับพื้นผิวสแตนเลส มีราคาแพงกว่าเนื่องจากต้องใช้เครื่องจักรและมักใช้ในโครงสร้างหลัก
• แบริ่งโยก: ตลับลูกปืนแบบโยกช่วยให้สามารถหมุนรอบแกนเดียวได้ เพื่อยับยั้งแรงบิดรอบแกนตั้งฉากกับแนวสัมผัส มักใช้ในสะพานรถไฟซึ่งมีแรงกระแทกสูง
• ตลับลูกปืนคู่มือ: สิ่งเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าโครงสร้างจะรักษาเส้นทางการขยาย/หดตัวที่ถูกต้อง โดยไม่ต้องรับน้ำหนักในแนวตั้ง ซึ่งมีประโยชน์ในโครงสร้างที่เบ้มากหรือหลายช่วง

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับแบริ่งสะพานและการออกแบบข้อต่อ

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมและภาระ

1. การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่สม่ำเสมอและที่แตกต่างกันสามารถกระตุ้นให้เกิดการเคลื่อนไหวและความเค้นที่สำคัญในโครงสร้างสะพานได้
2. การหดตัวของคอนกรีต: การหดตัวของส่วนประกอบคอนกรีต เช่น แผ่นพื้นดาดฟ้า จะต้องได้รับการรองรับเพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดที่มากเกินไป
3. การดำเนินการถาวร: Dead Load และ Dead Load ที่ซ้อนทับกันจะออกแรงอย่างต่อเนื่องซึ่งจำเป็นต้องได้รับการจัดการ
4. การกระทำที่เปลี่ยนแปลงได้: ปริมาณการจราจรเป็นตัวแปรหลักที่ตลับลูกปืนต้องรองรับ
5. โหลดแนวตั้งและแนวนอน: โหลดทั้งสองประเภทมีอิทธิพลต่อการเลือกและการออกแบบตลับลูกปืน
6. สนับสนุนการชำระหนี้: การเคลื่อนไหวหรือการทรุดตัวของส่วนรองรับสามารถกระตุ้นให้เกิดแรงและการเคลื่อนไหวเพิ่มเติมที่ตลับลูกปืนจำเป็นต้องรับมือ
7. การกระทำโดยไม่ได้ตั้งใจ: ผลกระทบจากการชนกันของยานพาหนะหรืออุบัติเหตุอื่นๆ จำเป็นต้องพิจารณาในการออกแบบตลับลูกปืน

ที่พักการเคลื่อนย้ายในแบริ่งสะพาน

ตลับลูกปืนต้องรองรับการเคลื่อนที่ทั้งแบบถาวร (เปลี่ยนกลับไม่ได้) และแบบชั่วคราว (กลับด้านได้) เพื่อให้แน่ใจว่าสะพานสามารถปรับตัวเข้ากับสภาวะต่างๆ ได้โดยไม่สะสมความเครียดที่อาจนำไปสู่ความเสียหาย

การจัดการการหมุนในแบริ่งสะพาน

การหมุนรอบแกนตามยาวและตามขวางที่จุดรองรับจะต้องถูกนำมาพิจารณาด้วย การหมุนเหล่านี้สามารถใส่ไว้ในตลับลูกปืนหรือต้านทานก็ได้ ในบางกรณี จะต้องพิจารณาการหมุนรอบแกนตั้งที่เกี่ยวข้องกับการโค้งงอของแผนด้วย แม้ว่าโดยปกติแล้วจะทำได้เพียงเล็กน้อยก็ตาม

การกระจัดในแนวนอนในแบริ่งสะพาน

การกระจัดในแนวนอนเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงโดยรวมของความยาวและการโค้งงอของโครงสร้าง การวางตำแหน่งตลับลูกปืนอย่างเหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการจัดการการเคลื่อนตัวเหล่านี้ ป้องกันความเครียดเกินควร และรับประกันความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

เพิ่มประสิทธิภาพการจัดข้อต่อด้วยแบริ่งสะพาน

การจำกัดตลับลูกปืนและข้อต่อการขยายตัว

การลดจำนวนตลับลูกปืนและลดการเคลื่อนไหวให้เหลือน้อยที่สุดโดยข้อต่อขยายจะช่วยลดภาระในการบำรุงรักษา วิธีการนี้ทำให้โครงสร้างง่ายขึ้นและเพิ่มอายุการใช้งานที่ยืนยาว

หลีกเลี่ยงการยกตัวในแบริ่งสะพาน

การป้องกันการยกตัวที่ตำแหน่งตลับลูกปืน โดยเฉพาะในโครงสร้างที่บิดเบี้ยวถือเป็นสิ่งสำคัญ การยกระดับอาจทำให้การออกแบบซับซ้อนและเพิ่มต้นทุน ดังนั้นควรหลีกเลี่ยงทุกครั้งที่เป็นไปได้

เครื่องพันธนาการทางกลในแบริ่งสะพาน

อุปกรณ์ยึดจับทางกลจำเป็นต่อการจัดการแรงในแนวนอนและให้แน่ใจว่าการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อนเกิดขึ้นอย่างถูกต้อง ควรวางเครื่องพันธนาการเหล่านี้อย่างมีกลยุทธ์เพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวอย่างมีประสิทธิภาพ

ความยืดหยุ่นในสะพานหลายช่วงพร้อมลูกปืนสะพาน

การใช้เสาเรียวที่ช่วยให้สามารถแบ่งปันน้ำหนักและความยืดหยุ่นได้ จะช่วยป้องกันข้อจำกัดในการเคลื่อนที่ในโครงสร้างแบบหลายช่วง การพิจารณาการออกแบบนี้ช่วยเพิ่มความสามารถของโครงสร้างในการปรับให้เข้ากับแรงและการเคลื่อนไหวต่างๆ

แผนการประกบโดยละเอียดสำหรับตลับลูกปืนสะพาน

สะพานช่วงเดียว

1. ข้อต่อแบบลอยตัว: ในสะพานขนาดเล็กที่มีแรงในแนวนอนเล็กน้อย กระดานสามารถ "ลอย" บนตลับลูกปืนอีลาสโตเมอร์ได้ แบริ่งเหล่านี้รองรับการเคลื่อนไหวทั้งหมดผ่านการเสียรูปแรงเฉือน
2. ข้อต่อจุดคงที่: สะพานส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ยึดเชิงกลเพื่อจัดการแรงในแนวนอน ตลับลูกปืนหม้อและตลับลูกปืนนำทาง (ทิศทางเดียว) ใช้เพื่อควบคุมการเคลื่อนไหว โดยมีตลับลูกปืนคงที่ที่รองรับแรงตามยาว

Multi-Span Decks ต่อเนื่อง

สำหรับช่วงที่ยาวขึ้น ขนาดของการเคลื่อนไหวจะเพิ่มขึ้น การวางแบริ่งคงที่ไว้ตรงกลางสะพานช่วยให้แน่ใจว่าการขยายตัวทางความร้อนได้รับการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน ช่วยลดความเครียดบนโครงสร้าง การออกแบบท่าเทียบเรือต้องคำนึงถึงแรงในแนวนอนที่เกิดจากการเบรกและการเร่งความเร็ว

พื้นสะพานโค้งพร้อมลูกปืนสะพาน

พื้นโค้งสามารถนำทางได้ทั้งในแนวรัศมีจากจุดคงที่หรือในแนวสัมผัสจนถึงรัศมีความโค้ง การนำแนวรัศมีต้องใช้รูปทรงที่แม่นยำสำหรับตลับลูกปืน ในขณะที่การจัดแนวเส้นสัมผัสจะช่วยนำแผ่นรองไปรอบๆ ทางโค้งอย่างมีประสิทธิภาพ รองรับแรงในแนวนอนด้วยตลับลูกปืนนำทางเฉพาะ

ข้อต่อขยายในแบริ่งสะพานและข้อต่อ

สะพานสมัยใหม่ใช้ข้อต่อขยายเพื่อจัดการการเคลื่อนไหว ป้องกันการแตกร้าวเฉพาะจุด และรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ข้อกำหนดที่เหมาะสมของข้อต่อเหล่านี้มีความสำคัญเช่นเดียวกับตลับลูกปืน เพื่อให้มั่นใจว่ามีการเคลื่อนตัวได้อย่างมีประสิทธิผลและลดการบำรุงรักษาให้เหลือน้อยที่สุด

ข้อมูลจำเพาะและการติดตั้งแบริ่งสะพาน

การเตรียมตารางแบริ่งสำหรับแบริ่งสะพาน

ผู้ออกแบบสะพานจะต้องจัดเตรียมตารางทิศทางโดยละเอียด รายการแรง การเคลื่อนไหว และคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ ข้อมูลนี้ช่วยให้ผู้ออกแบบตลับลูกปืนกำหนดค่าการออกแบบและข้อมูลจำเพาะทั้งหมดได้

ข้อควรพิจารณาในการติดตั้งแบริ่งสะพาน

ควรติดตั้งตลับลูกปืนด้วยการวางแนวและการตั้งค่าอุณหภูมิที่แม่นยำเพื่อรองรับการขยายตัวและการหดตัวเต็มรูปแบบ อาจจำเป็นต้องใช้แผ่นเทเปอร์เพื่อจัดแนวพื้นผิวแบริ่งให้ตรงกับรูปทรงสุดท้ายของสะพาน

การบำรุงรักษาและตรวจสอบแบริ่งสะพาน

การออกแบบเพื่อการเข้าถึงในแบริ่งสะพาน

ตลับลูกปืนต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้ตรวจสอบ บำรุงรักษา และเปลี่ยนได้ง่าย ซึ่งรวมถึงการจัดให้มีการเข้าถึง วิธีการในการบรรเทาภาระ และพื้นที่ทางกายภาพสำหรับการดึงและการใส่ตลับลูกปืนใหม่

แกลเลอรีหลักยึดสำหรับแบริ่งสะพาน

ที่หลักยึด แกลเลอรีจะอำนวยความสะดวกในการตรวจสอบและบำรุงรักษาตลับลูกปืน แกลเลอรีเหล่านี้ให้การเข้าถึงและพื้นที่ที่จำเป็นในการทำงานกับตลับลูกปืนโดยไม่ต้องดัดแปลงโครงสร้างที่สำคัญ

บทสรุป

ข้อกำหนดข้อต่อและแบริ่งของสะพานเป็นพื้นฐานของการทำงานและอายุการใช้งานของสะพาน ด้วยการทำความเข้าใจและนำการออกแบบและแนวทางการบำรุงรักษามาใช้อย่างเหมาะสม วิศวกรสามารถมั่นใจได้ว่าสะพานจะยังคงปลอดภัย ทนทาน และมีประสิทธิภาพในปีต่อๆ ไป ข้อต่อที่เหมาะสมช่วยให้สะพานปรับให้เข้ากับแรงและการเคลื่อนไหวต่างๆ ในขณะที่แบริ่งที่ได้รับการคัดเลือกมาอย่างดีจะถ่ายเทน้ำหนักได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรองรับการกระจัดและการหมุนที่จำเป็น ด้วยการออกแบบ การติดตั้ง และการบำรุงรักษาอย่างพิถีพิถัน ทำให้สามารถปรับปรุงความสมบูรณ์และประสิทธิภาพของโครงสร้างสะพานได้อย่างมาก