การวิเคราะห์เชิงลึก-เกี่ยวกับหลักการทำงานและองค์ประกอบโครงสร้างของตลับลูกปืนลูกตุ้มแรงเสียดทาน (FPB)

Although Friction Pendulum Bearings (FPB) appear simple in structure, every component and design detail is precisely engineered in line with mechanical principles. Understanding their structure and working mechanism allows one to fully grasp why they are regarded as one of the optimal solutions for seismic isolation.

แบริ่งลูกตุ้มเสียดทานมาตรฐานประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสี่ส่วน ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อให้เกิดการแยกตัวจากแผ่นดินไหว การกระจายพลังงาน และการปรับความเร็วอัตโนมัติ

• แผ่นแบริ่งบน

แผ่นแบริ่งด้านบนเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับโครงสร้างส่วนบน เช่น คาน แผ่นพื้น และเสาสะพาน โดยมีพื้นผิวทรงกลมเว้าที่กลึงด้วยเครื่องจักรอย่างแม่นยำ-เป็นฐาน โดยทำหน้าที่เป็นรางหลักสำหรับการเคลื่อนที่แบบสั่น และทำหน้าที่ถ่ายโอนโหลดในแนวตั้งและการนำทางในแนวนอน

• บล็อคเลื่อน (ไลเนอร์ฝาทรงกลม)

บล็อกเลื่อนซึ่งวางอยู่ระหว่างแผ่นแบริ่งด้านบนและด้านล่างเป็นส่วนประกอบที่เคลื่อนที่หลัก พื้นผิวฝังด้วยวัสดุ-แรงเสียดทานและการสึกหรอ-ต่ำ เช่น โพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) ซึ่งก่อให้เกิดแรงเสียดทานคู่กับพื้นผิวสแตนเลสทรงกลม ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเลื่อนที่ราบรื่นในขณะที่กระจายพลังงานผ่านการเสียดสี

• แผ่นแบริ่งล่าง

แผ่นแบริ่งด้านล่างยึดติดกับฐานรากหรือท่าเรือและมีพื้นผิวด้านบนทรงกลมเว้าแบนหรือเข้ากัน ให้ฐานที่มั่นคง จำกัดช่วงวงสวิง และรักษาเสถียรภาพโดยรวมของตลับลูกปืน

• การประกอบการปิดผนึกและการ จำกัด

ชุดประกอบนี้ประกอบด้วยซีลกันฝุ่น- หมุดลิมิต ปุ่มนำทาง และชิ้นส่วนอื่นๆ ช่วยป้องกันฝุ่นและความชื้นไม่ให้เข้าสู่ส่วนต่อประสานแบบเลื่อนเพื่อหลีกเลี่ยงการเสียดสี จำกัดหมุดควบคุมการเคลื่อนตัวภายใต้สภาวะการบริการปกติ และปลดล็อคโดยอัตโนมัติระหว่างเกิดแผ่นดินไหวเพื่อให้มีพื้นที่สวิงเพียงพอ

แบริ่งลูกตุ้มแรงเสียดทานทำงานตามกฎทางกายภาพทั้งหมดโดยไม่มีพลังงานจากภายนอก โดยจะเปิดใช้งานโดยอัตโนมัติในช่วงที่เกิดแผ่นดินไหวและจะเกิดขึ้นภายหลังเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในระดับสูงตลอดกระบวนการ

(1) การเริ่มต้นและการแยกส่วน: การขัดขวางการส่งพลังงานแผ่นดินไหว

เมื่อแรงแผ่นดินไหวในแนวนอนเกินเกณฑ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างบล็อกเลื่อนและพื้นผิวทรงกลม การเชื่อมต่ออย่างแน่นหนาของตลับลูกปืนจะขาด การเลื่อนแบบสัมพัทธ์เกิดขึ้นระหว่างโครงสร้างส่วนบนและฐานราก ซึ่งจะตัดเส้นทางการถ่ายโอนพลังงานแผ่นดินไหวไปยังโครงสร้างส่วนบนโดยสิ้นเชิง และป้องกันผลกระทบจากแผ่นดินไหวโดยตรง

(2) การสั่นและการกระจายพลังงาน: การแปลงและการใช้พลังงานแผ่นดินไหว

บล็อกเลื่อนทำการเคลื่อนที่เหมือนลูกตุ้ม-ไปตามพื้นผิวทรงกลมเว้า ช่วยยกโครงสร้างส่วนบนขึ้นเล็กน้อย และแปลงพลังงานจลน์ของแผ่นดินไหวเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง ในขณะเดียวกัน การเสียดสีอย่างต่อเนื่องที่ส่วนต่อประสานแบบเลื่อนจะสร้างความต้านทาน เปลี่ยนพลังงานแผ่นดินไหวที่เหลืออยู่ให้เป็นความร้อน และลดความกว้างของการสั่นสะเทือนของโครงสร้างได้อย่างมาก

(3) การรีเซนเตอร์แรงโน้มถ่วง: รีเซ็ตอัตโนมัติหลังแผ่นดินไหว

เมื่อแผ่นดินไหวยุติลง แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อโครงสร้างส่วนบนจะดึงบล็อกเลื่อนกลับไปยังตำแหน่งตรงกลางตามพื้นผิวทรงกลม ทำให้สามารถรีเซ็ตอัตโนมัติโดยไม่ใช้กำลังไฟฟ้าโดยมีการกระจัดที่เหลือเกือบเป็นศูนย์ เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมโดยไม่ส่งผลกระทบต่อการใช้งานในภายหลัง

• รัศมีความโค้งทรงกลม

รัศมีความโค้งจะกำหนดระยะเวลาการแยกตัว รัศมีที่ใหญ่ขึ้นส่งผลให้ระยะเวลาการแยกตัวนานขึ้น ช่วยหลีกเลี่ยงช่วงแผ่นดินไหวที่เด่นชัดของไซต์งานและป้องกันการสั่นพ้อง

• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

โดยจะควบคุมแรงกระตุ้นและประสิทธิภาพการกระจายพลังงาน โดยมีช่วงปกติอยู่ที่ 0.03–0.12 สิ่งนี้จะสร้างความสมดุลให้กับเสถียรภาพของโครงสร้างภายใต้แผ่นดินไหวเล็กน้อยและแรงลม รวมถึงความสามารถในการกระจายพลังงานภายใต้แผ่นดินไหวครั้งใหญ่

• การกระจัดขั้นสุดยอด

ออกแบบมาเพื่อรองรับแอมพลิจูดการสวิงสูงสุดภายใต้แผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก ช่วยให้มั่นใจได้ว่าตลับลูกปืนจะไม่ดึงออกหรือเสียหายภายใต้สภาวะที่รุนแรง