СКОЛЬЗЯЩАЯ ОПОРА ДЛЯ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2018 года по МПК E02D27/34 

Настоящее изобретение в общем смысле относится к поддерживающим элементам для конструкций и, в частности, к скользящей опоре для конструкций, например мостов и зданий.

В конструкции гражданских и промышленных зданий и дорожных инфраструктур, например, мостов, дорожных и железнодорожных путепроводов, обычно используются скользящие опоры, которые задают между двумя или более частями конструкции ограничения по типу ползуна или шарнира, а также их комбинации. Скользящая опора служат для обеспечения возможности относительных перемещений между частями конструкции, которые типично представляют собой поступательные перемещения и/или вращения. В нормальных рабочих условиях, относительные перемещения вызываются весом конструкции, усадкой строительных материалов, термическими воздействиями, а также усилиями, возникающими от движения транспорта, ветра и нормального использования конструкции. Перемещения также могут возникать в особых ситуациях, например, в случае сейсмических явлений.

Скользящая опора обычно содержит по меньшей мере первую составную часть и вторую составную часть, функционально соединенные друг с другом и выполненные с возможностью выдерживания вертикальной или поперечной нагрузки, а также по меньшей мере одну пару поверхностей скольжения, расположенных между первой и второй составной частью, для обеспечения возможности их взаимных перемещений и/или вращений. Пара плоских поверхностей типично используется, когда необходимо обеспечить возможность взаимных поступательных перемещений вдоль одного или множества направлений, параллельных поверхностям. Пара криволинейных поверхностей вместо того используется, когда необходимо обеспечить возможность взаимных вращений вокруг одной иди более осей.

Одна из поверхностей скольжения обычно выполнена из металлического материала и присоединена к или выполнена за одно целое с одной из составных частей опоры. Эта поверхность может, например, представлять собой отполированный до зеркального блеска лист из нержавеющей стали, имеющий толщину, составляющую от 1,5 до 3 мм, или покрытие из твердого хрома.

Поверхность скольжения, связанная с другой составной частью опоры и расположенная для достижения скользящего контакта с первой металлической поверхностью, вместо того представляет собой лист из полимерного материала.

Опоры этого типа, например, раскрыты в международной публикации WO 2012/114246 Al.

Поверхность из полимерного материала скользящих опор для зданий, построенных в географических областях, не имеющих или имеющих небольшую сейсмичность, или в более общем смысле не предполагающихся использоваться в качестве антисейсмических поддерживающих элементов с рассеивающей способностью, типично выполнены из полимерного материала, характеризующегося низким коэффициентом трения. Полимерный материал, главным образом использующийся для этих применений, представляет собой политетрафторэтилен, ПТФЭ, конкретно указанный в качестве предпочтительного материала техническими стандартами, например, европейским стандартом EN 1337-2 и стандартными спецификациями на проектирование мостов AASHTO LRFD. В частности, действующая редакция европейского стандарта EN 1337-2 конкретно требует использования чистого политетрафторэтилена, спеченного без повторно используемых материалов или наполнителей, в качестве материала скольжения, при этом стандартные спецификации на проектирование мостов AASHTO LRFD США также допускают использование чистого ПТФЭ, содержащего добавленные угле- или стекловолокна или другие наполнители, которые являются химически инертными.

Дополнительно к крайне низкому коэффициенту трения, в силу его конкретного химического строения, ПТФЭ имеет другие предпочтительные особенности, например, незначительную гигроскопичность, очень хорошую химическую устойчивость и отсутствие явления окисления, что делает его исключительно устойчивым к факторам окружающей среды и по существу не подвергающимся старению. Как известно из научной литературы (см. например: CM Pooley и D. Tabor, "Трение и молекулярное строение: поведение некоторых термопластиков", издание лондонского Королевского общества, Серия A, математические и физические науки, том 329, № 1578, 22 августа 1972 год, стр.251-274), исключительные свойства скольжения ПТФЭ имеют место вследствие процесса переноса молекул ПТФЭ, который возникает, когда первая поверхность из ПТФЭ скользит по второй поверхности, выполненной из другого материала, например металлической поверхности. Так как ПТФЭ имеет плохое сопротивление к сдвигу, обычно ниже, чем силы адгезии, которые генерируются между ПТФЭ и материалом второй поверхности, слой молекул ПТФЭ отсоединяется и сцепляется со второй поверхностью. Молекулы ПТФЭ, таким образом перенесенные на вторую поверхность, ориентируются вдоль направления скольжения в результате относительного скольжения между первой и второй поверхностями. Вследствие этого процесса, тонкий слой высокоориентированных молекул ПТФЭ образуется на второй поверхности (в настоящем примере, металлической поверхности), при этом первая поверхность из ПТФЭ в действительности скользит по этой второй поверхности и таким образом достигает сопротивления скольжению, которое заметно меньше сопротивления скольжению, которым характеризовался бы ПТФЭ и металлический материал второй поверхности. В частности, известно, что процессу отделения и переноса молекул ПТФЭ с первой ПТФЭ поверхности на вторую поверхность в скользящем контакте с первой поверхностью способствует низкое сопротивление сдвиговому напряжению ПТФЭ, при этом способности молекул ПТФЭ к выравниванию вдоль направления скольжения способствует высокая пластичность полимера.

Стандарты в данной области техники также предписывают в качестве предпочтительного использование смазочного материала между двумя поверхностями скольжения опоры, например, смазку на основе силикона, для дополнительного уменьшения коэффициента трения.

Хотя ПТФЭ представляет собой полимерный материал, главным образом использующийся для конструкции поверхности скольжения скользящих опор для конструкций, известно, что он имеет плохое сопротивление сжатию и высокую склонность к ползучести при определенных условиях нагрузки, что ограничивает нагрузочную способность опор, использующих поверхности скольжения из ПТФЭ.

Также известно, что прочность на сжатие ПТФЭ дополнительно понижается, когда повышается температура, и, в действительности, технические стандарты, описанные выше, в частности стандарт EN 1337-2, ограничивают использование ПТФЭ на опорах, температуры работы в окружающей среде которых не превышают 48°C.

Технические стандарты также ограничивают использование ПТФЭ даже при низких температурах, и, в частности, ограничивают его использование для поддерживающих элементов, подлежащих установке в окружающей среды, в которой температуры работы в окружающей среде не ниже -35°C. При этих температурах, в действительности, ПТФЭ характеризуется большей жесткостью, уменьшением его пластичности и увеличением сопротивления сдвигу, которые противоречат и могут даже предотвращать перенос и образование слоя молекул ПТФЭ на металлической поверхности скольжения опоры, таким образом, приводя к недопустимому увеличению коэффициента трения и, следовательно, сопротивления, которое создает опора к относительным перемещениям конструкции. Более того, увеличение коэффициента трения вызывает увеличение напряжений истирания и таким образом больший износ поверхностей скольжения.

Для применений при температурах выше 48°C или ниже -35°C, технические стандарты допускают использование только эластомерных опор или металлических опор качения, которые обычно более громоздкие, чем скользящие опоры, и более подвержены явлению старения или ухудшения, вызванному атмосферными воздействиями.

Касательно ограничений, установленных техническими стандартами для опор, предназначенных для работы при температурах выше 48°C, в последнее время были предложены альтернативы использованию ПТФЭ, например использование ультравысокомолекулярного полиэтилена (УВМПЭ) и литого полиамида, с добавлением смазочных материалов в твердом состоянии, которые описаны в патенте EP 1523598 и в патенте EP 2179189, соответственно.

Полиэтилен представляет собой полимерный материал, также подходящий для применений при температурах ниже -35°C. Однако, он более подвержен окислению и старению, чем ПТФЭ. Полиамид имеет более высокий коэффициент трения, чем ПТФЭ, и также представляет собой высокогигроскопичный материал, следовательно, гораздо менее подходящий, чем ПТФЭ, чтобы подвергаться атмосферным воздействиям и влажным средам. Более того, по сравнению с ПТФЭ, полиамид становится более жестким при низких температурах и характеризуется более заметной потерей вязкоупругих свойств, следовательно, он не подходит для использования при низких температурах.

Следовательно, существует необходимость поиска эффективных альтернатив для выполнения поверхностей скользящих опор для конструкций, предназначенных для применения при низких температурах, в частности ниже -35°C, что представляет собой цель настоящего изобретения.

Также целью настоящего изобретения является обеспечение скользящей опоры, в которой полимерная поверхность скольжения может работать при температурах до -50°C, таким образом, обеспечивая возможность преодоления ограничений использования, установленных в настоящее время техническими стандартами в данной области техники.

Указанная цель достигается посредством скользящей опоры, главные признаки которой раскрыты в пункте 1 формулы изобретения, при этом другие признаки раскрыты в остальных пунктах формулы изобретения.

Идея решения, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в выполнении полимерной поверхности или поверхностей скольжения скользящей опоры посредством использования заготовки, например, плиты, выполненной из ПТФЭ, модифицированного перфторпропилвинилэфиром, ППВЭ, в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу.

ППВЭ работает в качестве модифицирующего агента ПТФЭ, частично препятствующего образованию кристаллической фазы и также способствующего лучшему распределению кристаллитов в аморфной фазе, что приводит к полимерным матрицам, имеющим относительно низкое сопротивление сдвиговому напряжению, большую пластичность и уменьшенное количество пор, т.е. матрицам, имеющим повышенную плотность, по сравнению с чистым ПТФЭ, что улучшает механические свойства материала.

Материал, использующийся для выполнения полимерной поверхности скольжения, представляет собой гомополимер ПТФЭ и, таким образом, по существу, характеризуется такими же свойствами с точки зрения исключительной устойчивости к химическим и атмосферным воздействиям, по существу долговечной устойчивости к окислению и исключительно низкого коэффициента трения.

Этот материал по существу известен в данной области техники в отношении его свойств теплоустойчивости и описан в патенте США 4379900.

Однако автор изобретения экспериментально обнаружил, что этот материал имеет дополнительные свойства и, в частности, что, в отличие от чистого ПТФЭ, требуемого техническими стандартами, благодаря наличию ППВЭ, который модифицирует отношение между аморфной фазой и кристаллической фазой в полимерной матрице, коэффициент трения ПТФЭ, модифицированного посредством добавления ППВЭ, остается по существу таким же даже при низких температурах. Коэффициент трения характеризуется очень небольшим увеличением при температуре -35°C или ниже до -50°C. Это используется настоящим изобретением для выполнения скользящих опор, подходящих для работы даже при этих температурах, и таким образом, эффективного преодоления ограничений, в настоящее время наложенных вышеуказанными техническими стандартами.

Благодаря особенно компактной полимерной матрице, ПТФЭ, модифицированный посредством добавления ППВЭ, также характеризуется более низкой ползучестью, по сравнению с чистым ПТФЭ, что уменьшает возникновение общеизвестных явлений ползучести и текучести в холодном состоянии, которые ограничивают применение скользящих опор при конкретных нагрузочных состояниях и температурных диапазонах от -35°C до +48°C. Считается, что вследствие этих признаков, материал также является подходящим для применений при температурах выше +48°C, таким образом, расширяя применение скользящих опор даже при температурах за пределами текущих ограничений стандартов.

ПТФЭ, модифицированный посредством добавления ППВЭ, также может, предпочтительно, содержать добавленные органические или неорганические наполнители, главная функция которых заключается в повышении коэффициента трения основного материала для обеспечения возможности его применения в опорах скользящего маятникового типа, где поверхности скольжения имеют рассеивающее действие.

Дополнительные признаки и преимущества скользящей опоры в соответствии с настоящим изобретением будут понятными из нижеследующего описания его вариантов осуществления, со ссылкой на следующие фигуры, на которых:

- фигура 1 представляет собой вид спереди, с частичным разрезом, схематично показывающий скользящую опору в соответствии с изобретением плоского, многонаправленного типа;

- Фигура 2 представляет собой график, показывающий сравнение при разных температурах между значениями коэффициента трения чистого ПТФЭ и ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу;

- фигура 3 представляет собой график, показывающий сравнение при разных температурах между значениями коэффициента трения ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, причем ПТФЭ, модифицированный ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, смазывается силиконовой смазкой в соответствии с EN 1337-2, и требованиями на максимальный коэффициент трения чистого и смазанного ПТФЭ в соответствии со стандартом EN 1337-2 при температурах от -35°C до +21°C;

- фигура 4 представляет собой вид спереди, с частичным разрезом, схематично показывающий скользящую опору в соответствии с изобретением комбинированного многонаправленного плоского и сферического типа; и

- фигура 5 представляет собой вид спереди, с частичным разрезом, схематично показывающий скользящую опору в соответствии с изобретением скользящего маятникового типа.

Со ссылкой на фигуру 1, скользящая опора в соответствии с изобретением в целом обозначена ссылочной позицией 110. Скользящая опора 110 содержит первую и вторую составные части 111, 112, функционально соединенные друг с другом и выполненные с возможностью выдерживания вертикальной нагрузки.

Первая составная часть 111 предназначена для соединения с поддерживающей конструкцией, например, каркасом моста или основанием здания или промышленного предприятия, и вторая составная часть выполнена с возможностью соединения с элементом, предназначенным для расположения на указанной поддерживающей конструкции, например балкой настила моста или здания или промышленного предприятия. В показанном варианте осуществления, соединение составных частей опоры с поддерживающей конструкцией с элементом, например, выполняется посредством специальных стоек или колонн 131, 132, предназначенных для расположения и закрепления в отверстиях, образованных в этих частях.

Опора 110 дополнительно содержит по меньшей мере одну пару поверхностей скольжения, расположенных между первой и второй составными частями, для обеспечения возможности их относительных поступательных перемещений.

В показанном варианте осуществления, скользящая опора 110, например, содержит одну пару поверхностей скольжения, которые, соответственно, обозначены ссылочными позициями 121, 122.

Поверхности 121, 122 скольжения представляют собой, например, плоские поверхности, выполненные с возможностью обеспечения поступательных перемещений между первой и второй составными частями 111, 112 вдоль множества направлений, параллельных их плоскости контакта. В рабочей конфигурации, плоскость контакта типично представляет собой горизонтальную плоскость.

Одна из поверхностей скольжения, например, поверхность 121 в показанном варианте осуществления, представляет собой плиту, выполненную из полимерного материала. Плита может, например, размещаться в посадочное место, образованное в первой составной части 111, как схематично показано на фигуре 1, но она просто могла бы располагаться на первой составной части 111 и прикрепляться к ней посредством адгезива. Другая поверхность скольжения, например, поверхность 122 в показанном варианте осуществления, представляет собой металлическую поверхность, присоединенную к или выполненную за одно целое со второй составной частью 112.

В соответствии с настоящим изобретением, поверхность скольжения из полимерного материала выполняется из политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного перфторпропилвинилэфиром (ППВЭ) в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу.

Этот материал представляет собой гомополимер ПТФЭ, основные физико-механические свойства которого, подтвержденные экспериментальным путем, приведены в Таблице 1 ниже.

Свойства Метод Единицы измерения Значение Средняя объемная плотность EN ISO 60 г/дм³ 400±50 Средний размер частиц ISO 13320 мкм <50 Плотность EN ISO 1183 кг/дм³ da 2,140
a 2,180 Предел текучести EN ISO 527 МПа >35 Удлинение при разрыве EN ISO 527 % >500 Пористость Фурье-ИКС (инфракрасная спектроскопия с Фурье-преобразованием) % <0,50

Материал, описанный выше, имеет функциональные свойства, характерные для фторполимерных смол с точки зрения устойчивости к окислению и старению, химической инертности, устойчивости к высокой температуре, жесткости, гибкости, исключительно низкого коэффициента трения, отсутствия гигроскопичности и превосходной устойчивости к факторам влияния окружающей среды.

Добавление ППВЭ в качестве модифицирующего агента в процентных отношениях, указанных выше, обеспечивает фторполимерную смолу со специальными свойствами, некоторые из которых, такие как свариваемость, непроницаемость для газов и жидкостей и низкая пористость, уже известны в данной области техники и в настоящее время используются в производстве прокладок и седел для шаровых клапанов, противопригарных покрытий и составных частей со сложными геометрическими формами, которые, предпочтительно, могут выполняться посредством сварки, например, арматур и транспортных систем для промышленных текучих сред для применений в химической, фармацевтической и электронной отрасли.

Автор изобретения, однако, обнаружил, что, по сравнению с чистым ПТФЭ, использование ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в вышеприведенных весовых процентных отношениях, позволяет получить заметно более низкие значения коэффициента трения и более высокую износостойкость при низких температурах и, в частности, при температурах, ниже -35°C до -50°C. Благодаря этим характеристикам, следовательно, является возможным выполнить поверхности скольжения, подходящие для применений при крайне низких температурах окружающей среды, что обеспечивает возможность применения скользящих опор для конструкций за пределами ограничений, установленных настоящими техническими стандартами.

В соответствии со стандартом EN 1337-2, значение коэффициента трения ПТФЭ зависит от рабочих условий, и, в частности, от контактного давления, скорости скольжения, общей длины пути скольжения и рабочей температуры. Назначаются испытания на пригодность использования, в которых три из четырех параметров, а именно контактное давление, скорость скольжения и общая длина пути скольжения являются постоянными, при этом температура побуждается варьироваться в пределах рабочего диапазона от -35°C до +35°C.

Образцы ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, подвергались интенсивному комплексу мероприятий по экспериментальным испытаниям, выполняемым в соответствии со способами, установленными в европейском стандарте EN 1337 часть 2, редакция 2004 года, который действует в настоящее время, включенном с соответствии с содержанием настоящего описания изобретения. Испытания показали следующие результаты, которые предложены здесь в сравнении с характеристиками чистого ПТФЭ, как требуется применяемыми техническими стандартами.

В испытаниях на пригодность для использования в соответствии с европейским стандартом EN 1337 часть 2, и при равных значениях контактного давления, скорости скольжения и общей длины пути скольжения, ПТФЭ, модифицированный ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, характеризуется значениями коэффициента трения, которые по меньшей мере на одну треть меньше соответствующих значений, показанных чистым ПТФЭ, испытанных и подтвержденных в соответствии с EN 1337-2: 2004, для каждой температуры в диапазоне рабочих температур от -35°C до +35°C.

Фигура 2 представляет собой график, показывающий сравнение между экспериментальными значениями коэффициента трения чистого ПТФЭ (пунктирная линия) и ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, (сплошная линия) при изменении температуры, причем оба материала испытывались без смазки. Как можно увидеть, ПТФЭ, модифицированный ППВЭ, показывает тенденцию коэффициента трения, постоянно меньшего, чем у чистого ПТФЭ, в частности при низких температурах от -35°C до -50°C, которые задают диапазон интереса в рамках настоящего изобретения.

Коэффициент трения ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, меньше коэффициента трения чистого ПТФЭ, измеренного при -35°C. Также было испытано и подтверждено, что, благодаря очень компактной полимерной матрице, ПТФЭ, модифицированный ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, может выдерживать контактные давления, которые по меньшей мере на 50% выше контактных давлений, требующихся промышленными стандартами для ПТФЭ.

Дополнительные испытания на пригодность для использования в соответствии с EN 1337-2 также проводились посредством поддержания скорости скольжения и общей длины пути скольжения постоянными и соответствующими значениям, предписанным этим стандартом. В этих дополнительных испытаниях, значение контактного давления было по меньшей мере в два раза больше испытуемого значения, предписанного для чистого ПТФЭ. Эти испытания показали, что при температурах -50°C, ПТФЭ, модифицированный ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, имеет значения коэффициента трения, меньшие соответствующих значений чистого ПТФЭ, испытанных и подтвержденных в соответствии с EN 1337-2, при температуре -35°C.

Фигура 3 представляет собой график, показывающий значения коэффициента трения ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, (сплошная линия) при разных температурах, где материал смазывался силиконовой смазкой в соответствии с EN 1337-2, в сравнении с требованиями на максимальный коэффициент трения для чистого и смазанного ПТФЭ, установленными стандартом EN 1337-2, от -35°C до +21°C. Эта два значения коэффициента трения показаны на фигуре 3 посредством соответствующих окружностей. Как можно увидеть, ПТФЭ, модифицированный ППВЭ, характеризуется при этих двух температурах значением максимального коэффициента трения, стабильно меньшим, чем предел, заданный стандартом. При температуре -50°C этот материал характеризуется максимальным коэффициентом трения, который меньше, чем стандартный предел при минимальной рабочей температуре для чистого ПТФЭ -35°C.

Учитывая эти экспериментальные результаты, следует понимать, что использование ПТФЭ, модифицированного ППВЭ, следовательно, является возможным в скользящих опорах для конструкций, предполагаемых устанавливаться в географических областях, характеризующихся рабочими температурами, ниже 0°C, сезонно или в течение более продолжительных периодов, а также географических областях, характеризующихся рабочими температурами, ниже -35°C до -50°C в течение весьма продолжительных периодов.

Следует понимать, что для целей настоящего изобретения абсолютно неважно, что поверхность 121 скольжения из полимерного материала связана с одной из первой и второй составных частей, и, что металлическая поверхность 122 скольжения присоединена к или образована на участке или всей поверхности другой составной части. Полностью эквивалентным образом, поверхность 121 скольжения из полимерного материала может быть связана со второй составной частью 112, и металлическая поверхность 122 скольжения может быть связана с участком или всей поверхностью первой составной части 111.

Способ монтажа или прикрепления плиты 121 из полимерного материала к первой или второй составным частям также абсолютно неважен для целей изобретения.

Также следует понимать, что настоящее изобретения даже не ограничено на опорах многонаправленного плоского типа, а, предпочтительно, также может использоваться в опорах однонаправленного типа, которые, дополнительно к вышеописанным поверхностям скольжения, также содержат центральные и/или боковые направляющие элементы, на которых расположены дополнительные поверхности скольжения, выполненные с возможностью выдерживания боковых усилий. Поверхности скольжения направляющих элементов из полимерного материала, предпочтительно, могут выполняться из ПТФЭ, модифицированного посредством добавления ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу.

Изобретение также является применимым к опорам с криволинейными поверхностями, например, к опорам сферического типа, и опорам, сочетающим в себе опору однонаправленного или многонаправленного плоского типа со сферической опорой, такой как показана на фигуре 4.

Аналогично опоре, показанной на фигуре 1, также в этом случае опора 210 включает в себя первую составную часть 211, выполненную с возможностью соединения с поддерживающей конструкцией, например, сваей моста, и вторую составную часть 212, выполненную с возможностью соединения с элементом, предназначенным для расположения на указанной поддерживающей конструкции, например, балкой настила моста. Кроме того, как в опоре фигуры 1, соединение с поддерживающей конструкцией и элементом достигается посредством специальных стоек или колонн 231, 232, предназначенных для расположения и закрепления в отверстиях, образованных в этих частях.

Опора 210 дополнительно содержит третью составную часть 213, расположенную между первой составной частью 211 и второй составной частью 212.

Поверхность третьей составной части 213, обращенная к первой составной части 211, является выпуклой и выполнена с возможностью контактирования с соответствующей вогнутой поверхностью, образованной в первой составной части 211.

Поверхность третьей составной части 213, обращенная ко второй составной части 212, является плоской и выполнена с возможностью контактирования с соответствующей плоской поверхностью второй составной части 212.

Скользящая опора, показанная на фигуре 4, содержит две пары поверхностей скольжения, соответственно, обозначенных ссылочными позициями 221, 222 и 223, 224 и расположенных одна между первой и третьей составными частями, а другая между второй и третьей составными частями. Для каждой пары поверхностей, одна поверхность скольжения представляет собой плиту из полимерного материала, установленную на одной из первой и третьей или второй и третьей составных частей опоры, при этом другая связана с по меньшей мере участком поверхности другой составной части, обращенной к плите из полимерного материала. Плита из полимерного материала выполнена из ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу.

Поверхности 221, 222 скольжения представляют собой поверхности скольжения плоского типа и, соответственно, образованы из плиты из полимерного материала, расположенной в посадочном месте, образованном в третьей составной части 213, и, например, из листа из нержавеющей стали, присоединенного к поверхности второй составной части 212. Поверхности 223, 224 скольжения представляют собой криволинейные, сферические или цилиндрические поверхности, соответственно, образованные из плиты из полимерного материала, расположенной в вогнутом посадочном месте, образованном в первой составной части 211, и, например, из листа из нержавеющей стали, присоединенного к выпуклой поверхности третьей составной части 213.

ПТФЭ, модифицированный ППВЭ в весовых процентных отношениях, описанных выше, также, предпочтительно, может использоваться для выполнения полимерной поверхности скольжения в опорах скользящего маятникового типа, которые служат в качестве антисейсмических поддерживающих элементов для мостов, зданий и промышленных предприятий.

Ссылаясь на фигуру 5, как в предыдущих примерах, опора 310 содержит первую составную часть 311, выполненную с возможностью соединения с поддерживающей конструкцией, например, сваей моста, и вторую составную часть 312, выполненную с возможностью соединения с элементом, предназначенным для расположения на поддерживающей конструкции, например, балкой настила моста.

Кроме того, как в предыдущих примерах, соединение с поддерживающей конструкцией и элементом выполняется посредством специальных стоек или колонн 331, 332, предназначенных для расположения и закрепления в отверстиях, образованных в этих частях.

Опора 310 дополнительно содержит третью составную часть 313, расположенную между первой составной частью 311 и второй составной частью 312. Поверхность третьей составной части 313, обращенная к первой составной части 311, является выпуклой и предназначена для контакта с соответствующей вогнутой поверхностью первой составной части 311. Поверхность третьей составной части 313, обращенная ко второй составной части 312, также является выпуклой и предназначена для контакта с соответствующей вогнутой поверхностью второй составной части 312.

Опора 310 содержит две пары поверхностей скольжения, обозначенных ссылочными позициями 321, 322 и 323, 324, соответственно, и расположенных одна между первой и третьей составными частями, а другая между второй и третьей составными частями. Для каждой пары поверхностей скольжения, одна поверхность скольжения представляет собой плиту из ПТФЭ, модифицированного ППВЭ в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, установленную на одной из первой и третьей или второй и третьей составных частей опоры, при этом другая связана с по меньшей мере участком поверхности другой составной части, обращенной к плите из полимерного материала.

Поверхности 321, 322 скольжения представляют собой криволинейные, сферические или цилиндрические поверхности и, соответственно, образованны из плиты из полимерного материала, расположенной в посадочном месте, образованном в третьей составной части 313, и, например, из листа из нержавеющей стали, присоединенного к поверхности второй составной части 312. Также, поверхности 323, 324 скольжения представляют собой криволинейные, сферические или цилиндрические поверхности, соответственно, образованные из плиты из полимерного материала, расположенной в вогнутом посадочном месте, образованном в первой составной части 311, и, например, из листа из нержавеющей стали, присоединенного к выпуклой поверхности третьей составной части 313.

Известно, что вследствие скольжения вогнутых поверхностей по выпуклым поверхностям этот тип опор обеспечивает возможность качания накладывающейся конструкции, увеличивая и уменьшая ее потенциальную энергию в соответствии с законами движения маятника, период собственного колебания которого определяется радиусом кривизны вогнутых поверхностей. Радиус кривизны вогнутых поверхностей задается таким образом, чтобы оптимизировать период собственного колебания маятника для уменьшения сейсмической реакции накладывающейся конструкции. Определенное количество кинетической энергии рассеивается благодаря коэффициенту трения, который характеризует поверхности скольжения, таким образом, дополнительно уменьшая сейсмическую реакцию накладывающейся конструкции.

Вследствие трения, кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию, которая должна передаваться в виде тепла максимально эффективно через составные части опоры. Аналогично ПТФЭ, также гомополимер ПТФЭ, модифицированного ППВЭ, обычно имеет низкий коэффициент теплопередачи, например, порядка 0,20-0,25 Вт/(м*К).

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, ввиду применения для скользящих опор маятникового типа, гомополимер ПТФЭ, модифицированного ППВЭ, предпочтительно, может содержать добавленные органические и/или неорганические наполнители, подходящие для увеличения коэффициента трения, вплоть до, например, от 5% до 8%, для достижения достаточного тормозного действия, которое обеспечивает возможность эффективного рассеивания кинетической энергии, которая генерируется в результате сейсмического явления.

Органические наполнители могут представлять собой, например, углеродные или графитовые волокна в количестве, варьирующемся от 5% до 30% в расчете на массу.

Неорганические наполнители могут представлять собой, например, металлические, например, бронзовые, частицы в процентных отношениях, варьирующихся от 10% до 30% в расчете на массу.

Использование либо органических наполнителей в виде графита, либо неорганических или металлических частиц является особенно предпочтительным, так как это обеспечивает возможность не только увеличения коэффициента трения для генерирования достаточного тормозного действия, но также увеличения коэффициента теплопередачи полимерного материала, таким образом, способствуя передаче тепловой энергии в виде тепла.

Настоящее изобретение было описано со ссылкой на его предпочтительные варианты осуществления. Следует понимать, что могут иметь место другие варианты осуществления, относящиеся к той же самой идеи изобретения, как задана объемом охраны нижеизложенной формулы изобретения.

Изобретение относится к скользящей опоре (110; 210; 310) для конструкций, содержащей по меньшей мере одну первую и одну вторую составные части (111; 112; 211, 212, 213; 311, 312, 313), функционально соединенные друг с другом и выполненные с возможностью выдерживания вертикальной или поперечной нагрузки, а также по меньшей мере одну пару поверхностей (121, 122; 221, 222, 223, 224; 321, 322, 323, 324) скольжения, расположенных между указанными первой и второй составными частями, для обеспечения возможности их взаимных перемещений и/или вращений. Одна из поверхностей (121; 221, 223; 321, 323) скольжения пары поверхностей скольжения представляет собой плиту, выполненную из полимерного материала, установленную на одной из первой и второй составных частей, а другая поверхность (122; 222, 224; 322, 324) скольжения представляет собой металлическую поверхность, связанную с по меньшей мере участком поверхности другого элемента, обращенной к плите из полимерного материала. Плита из полимерного материала выполнена из политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного посредством добавления перфторпропилвинилэфира (ППВЭ) в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Скользящая опора (110; 210; 310) для конструкций, содержащая по меньшей мере одну первую и одну вторую составные части (111; 112; 211, 212, 213; 311, 312, 313), функционально соединенные друг с другом и выполненные с возможностью выдерживания вертикальной или поперечной нагрузки, а также по меньшей мере одну пару поверхностей (121, 122; 221, 222, 223, 224; 321, 322, 323, 324) скольжения, расположенных между указанными первой и второй составными частями, для обеспечения возможности их взаимных перемещений и/или вращений, в которой одна из поверхностей (121; 221, 223; 321, 323) скольжения пары поверхностей скольжения представляет собой плиту, выполненную из полимерного материала, установленную на одной из первой и второй составных частей, а другая поверхность (122; 222, 224; 322, 324) скольжения представляет собой металлическую поверхность, связанную с по меньшей мере участком поверхности другого элемента, обращенной к плите из полимерного материала, причем указанный полимерный материал представляет собой политетрафторэтилен (ПТФЭ), отличающаяся тем, что указанный политетрафторэтилен (ПТФЭ) модифицирован посредством добавления перфторпропилвинилэфира (ППВЭ) в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу.

2. Скользящая опора (110; 210; 310) по п.1, в которой указанный полимерный материал дополнительно содержит органические и/или неорганические наполнители.

3. Скользящая опора (110; 210; 310) по п.2, в которой указанные органические наполнители представляют собой углеродные волокна в процентных отношениях, варьирующихся от 5% до 30% в расчете на массу.

4. Скользящая опора (110; 210; 310) по п.2, в которой указанные органические наполнители имеют форму графита в процентных отношениях, варьирующихся от 5% до 30% в расчете на массу.

5. Скользящая опора (110; 210; 310) по п.2, в которой указанные неорганические наполнители представляют собой металлические частицы в процентных отношениях, варьирующихся от 10% до 30% в расчете на массу.

6. Скользящая опора (110; 210; 310) по п.5, в которой указанные металлические частицы представляют собой бронзовые частицы.

7. Скользящая опора (110; 210; 310) по любому из пп.1-6, в которой указанная плита из полимерного материала содержит множество углублений, предназначенных для расположения смазочного материала.

8. Применение политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного посредством добавления перфторпропилвинилэфира (ППВЭ) в процентных отношениях, варьирующихся от 0,1% до 0,3% в расчете на массу, в качестве материала скольжения в форме плит в скользящих опорах для конструкций.

9. Применение по п.8, в котором указанный полимерный материал также содержит органические и/или неорганические наполнители.

10. Применение по п.9, в котором указанные органические наполнители представляют собой углеродные волокна в процентных отношениях, варьирующихся от 5% до 30% в расчете на массу.

11. Применение по п.9, в котором указанные органические наполнители имеют форму графита в процентных отношениях, варьирующихся от 5% до 30% в расчете на массу.

12. Применение по п.9, в котором указанные неорганические наполнители представляют собой металлические частицы в процентных отношениях, варьирующихся от 10% до 30% в расчете на массу.

13. Применение по п.12, в котором указанные неорганические наполнители представляют собой металлические частицы в процентных отношениях, варьирующихся от 10% до 30% в расчете на массу.

14. Применение по п.13, в котором указанные металлические частицы представляют собой бронзовые частицы.