Elastomerik izolatör Tahribatlı Test: GB/T 20688.1 Nihai Özellik Testleri için Tam Kılavuz
1. Giriş
Elastomerik sismik izolatörler olarak da bilinen elastomerik izolatörler, binaların ve köprülerin sismik korumasında kritik bileşenlerdir. Ağır düşey yükleri desteklerken kontrollü yatay harekete de izin vererek yapıları depremin zararlı etkilerinden izole ederler. Peki mühendisler bir rulmanın ciddi bir arıza olmadan aşırı yüke dayanabileceğini nasıl kanıtlayacak?
Bunun yanıtı, yıkıcı testlerde yatmaktadır; bu test, bir rulmanın kırılana, bükülene veya yuvarlanıncaya kadar kasıtlı olarak yüklenmesi işlemidir. Çin'de bu, ISO 22762-1'in değiştirilmiş bir uyarlaması olan GB/T 20688.1-2007, Elastomerik izolatör - Bölüm 1: Sismik Koruma İzolatörleri Test Yöntemleri ulusal standardına tabidir. Avrupa'da eşdeğer gereklilikler EN 15129:2018, Anti-Sismik Cihazlar tarafından belirlenmektedir. Bu makale, elastomerik yalıtkanın tahribatlı testinin neleri içerdiğini, neden önemli olduğunu ve GB/T 20688.1'in bu prosedürleri nasıl yapılandırdığını açıklıyor ve bunları EN 15129 ile karşılaştırıyor.
2. Kauçuk Rulman Nedir?
Kauçuk yatak, vulkanizasyon sırasında birbirine bağlanan, değişen kauçuk ve ince çelik plaka katmanlarından oluşan lamine bir cihazdır. Çelik plakalar kauçuğu yanal olarak sınırlayarak yatağa yüksek dikey sertlik verirken yatay sertliği de düşük tutar. Standardın kapsadığı yaygın türler şunlardır:
LNR (Doğrusal Doğal Kauçuk Rulman) - önemli bir sönümleme olmadan esneklik sağlar.
LRB (Kurşun Kauçuk Rulman) - sismik enerjiyi dağıtan dikey bir kurşun çekirdek içerir.
HDR (Yüksek Sönümlü Kauçuk Rulman) - enerjiyi emmek için özel bileşimli kauçuk kullanır.
Bu mesnetler hem bina hem de köprü sismik izolasyonunda kullanılır.
3. Neler "Yıkıcı" Test Olarak Sayılır?
GB/T 20688.1 uyarınca bir rulman, üç arıza durumundan birini yaşadığında nihai özelliklerine ulaşır:
Kırılma - kombine sıkıştırma (veya gerilim) ve kesme yükünün neden olduğu yatağın kırılması.
Bükülme: Birleşik basınç ve kesme etkisi altında stabilite kaybı.
Yuvarlanma - yatay yer değiştirme sırasında dübeller veya oluklarla bağlanan rulmanlarda meydana gelebilecek devrilme veya yuvarlanma dengesizliği.
Nihai özellikler diyagramı (UPD), tahribatlı testin temel çıktısı olan, kopma noktasındaki kesme kuvveti ile kesme yer değiştirmesi arasındaki ilişkiyi kaydeder. EN 15129, kopma veya burulmadaki nihai davranış olarak ifade edilen, basınç-kesme yükü altında hasara ilişkin aynı kavramsal çerçeveyi uygular.
4. Kauçuk Malzeme Düzeyinde Tahribatlı Testler
Rulmanların tamamını test etmeden önce standart, referans verilen Çin standartlarına uygun olarak kauçuk malzemenin kendisi üzerinde tahribatlı testler yapılmasını gerektirir:
Çekme özellikleri (GB/T 528): çekme mukavemetini, kopma uzamasını ve %100 gerinimde modülü ölçer.
Kırılma / kayma kopması (GB/T 12830): kauçuk bileşiğinin kırılma gerilmesini ve gerginliğini belirleyen dört plakalı bir kesme yöntemi.
Bağlanma mukavemeti (GB/T 7760): kauçuk-metal arayüzündeki arızanın türünü değerlendirerek yatağı bir arada tutan vulkanize bağı doğrular.
Bu testler, malzemenin temel gücünü ve çelik plakalara yapışmasını doğrular; bu, herhangi bir tam boyutlu tahribatlı testin ön koşuludur. EN 15129 benzer şekilde sertlik, çekme, yırtılma, sıkıştırma sertleşmesi, ozon yaşlanması ve alt tabakalara bağlanma mukavemeti dahil olmak üzere elastomerik bileşiğin karakterizasyonunu belirtir.
5. İzolatör Düzeyinde Nihai Testler
5.1 Nihai Kesme Özelliği Testi
En önemli tahribatlı test, nihai kesme özelliği testidir. Rulman sabit bir tasarım basınç gerilimine maruz bırakılırken, yatay kayma yer değiştirmesi arıza oluşana kadar arttırılır. GB/T 20688.1 bölüm 6.5'e göre:
Test, maksimum tasarım basınç gerilimi altında gerçekleştirilir.
Dübeller veya oluklarla bağlanan veya yukarı kalkma sorunu yaşayan rulmanlar için test aynı zamanda minimum tasarım basınç gerilimi altında da gerçekleştirilir.
Nihai kayma yer değiştirme durumu, kırılma, burulma veya yuvarlanma noktası olarak tanımlanır.
Belirgin bir hasar görülmezse ve belirlenen nihai yer değiştirmeye ulaşıldığında kuvvet-yer değiştirme eğrisi monoton bir şekilde yükselirse, deney durdurulabilir ve nihai performans, kaydedilen maksimum kesme kuvveti ve yer değiştirmeden belirlenir.
5.2 Çekme Özelliği Testi
Güçlü depremler sırasında mesnetlerin yükselmesi izolatörleri gergin hale getirebilir. Bu nedenle GB/T 20688.1 bölüm 6.6, sabit bir kayma yer değiştirmesi altında, numune akıncaya veya kırılıncaya kadar yavaşça uygulanan bir çekme testi gerektirir. Standart şunları tanımlar:
Akma gerilme kuvveti - test eğrisinin, kesme modülüne dayalı bir referans çizgisinden toplam iç kauçuk kalınlığının %1'i kadar sapmış bir çizgiyle kesişmesiyle belirlenir.
Kopma çekme kuvveti ve buna karşılık gelen kesme gerilimi.
Rulmanın kesme ve gerilim kombinasyonundaki performansı, devrilme momentlerinin beklendiği yapılar için kritik öneme sahiptir.
5.3 Sıkıştırma Özelliği Testi
Her ne kadar öncelikle bir hizmet verilebilirlik testi olsa da, sıkıştırma, yıkıcı değerlendirmenin temelini oluşturur. Yükleme, üç kez tekrarlanan 0–Pmax–0 döngülerle (veya eşdeğer çok adımlı bir model) uygulanır ve dikey sıkıştırma sertliği (Kv), üçüncü döngüden hesaplanır. Yatağın stabilitesi dikey yükün sınırlayıcı etkisine bağlı olduğundan, kesme ve nihai testlerden önce basınç sertliği belirlenmelidir.
6. Test Koşulları ve Numune Hazırlama
Güvenilir tahribatlı test, test koşullarının sıkı kontrolünü gerektirir:
Şartlandırma: numuneler test edilmeden önce belirli bir süre boyunca standart sıcaklıkta (23 derece) saklanır.
Yükleme döngüleri: kesme testleri 3 veya 11 yükleme döngüsü kullanır; performans üçüncü döngüden alınır veya 2-11 döngülerin ortalaması alınır.
Kayma gerilimi seviyeleri: testler ±%5'ten ±%400'e kadar geniş bir aralığı kapsayarak mühendislerin arızaya kadar davranışı haritalandırmasına olanak tanır.
Frekans ve sıcaklık: Kauçuk özellikleri hıza ve sıcaklığa bağlı olduğundan, yükleme frekansı ve sıcaklık (-20 dereceden 40 dereceye kadar) servis koşullarını temsil edecek şekilde seçilir.
Yer değiştirme sensörleri: En az iki sensör, ölçülen değerlerin ortalaması alınarak simetrik olarak düzenlenir.
7. EN 15129:2018 (Anti-Sismik Cihazlar Avrupa Standardı) ile Karşılaştırma
7.1 EN 15129'a Genel Bakış
CEN tarafından yayınlanan EN 15129:2018, anti-sismik cihazlara yönelik uyumlaştırılmış Avrupa standardıdır. Temel olarak bir test yöntemi standardı olan GB/T 20688.1 -'den farklı olarak EN 15129, işlevsel gereklilikleri, sismik durum için genel tasarım kurallarını, malzeme özelliklerini, üretim ve test gerekliliklerini, uygunluk değerlendirmesini (CE işareti), elastomerik mesnetler gibi yer değiştirmeye bağlı cihazlar için kurulum ve bakımı birleştiren kapsamlı bir ürün ve uygunluk standardıdır.
7.2 Temel Benzerlikler
Farklı rollerine rağmen, iki çerçeve birçok ortak özelliği paylaşıyor:
Her ikisi de basınç-kesme yüklemesi altında nihai veya hasar durumlarını tanımlar (kırılma ve burulma; yayılma Çin çerçevesinde ele alınmıştır).
Her ikisi de izolatör davranışını karakterize etmek için basınç sertliği testlerini, birleşik basınç-kesme testlerini ve kesme veya rampa yüklemesini gerektirir.
Her ikisi de LNR, LRB ve HDR tipi elastomerik izolatörleri kapsar.
Her ikisi de kauçuk malzeme testlerini (çekme, sertlik, yapışma, eskime) tam rulman yeterliliği için ön koşul olarak öngörür.
7.3 Temel Farklılıklar
Temel farklılıklar her standardın amacını ve yapısını yansıtır:
Kapsam ve rol. GB/T 20688.1, ISO 22762-1'i temel alan bir test yöntemi standardıdır; EN 15129 tam bir tasarım, uygunluk ve CE işaretleme standardıdır.
Protokol yükleniyor. GB/T 20688.1, sabit bir basınç gerilimi altında kesme testleri gerçekleştirir. EN 15129, özellikle en yüksek önem sınıfları için, P-Δ etkisini yeniden oluşturmak için birleşik dikey-yatay yüklemeyi gerektirir.
Tasarım sınırları. EN 15129, tasarım sismik yer değiştirmesi altında maksimum toplam tasarım kayma şekil değiştirmesini (tipik olarak εq,max 2,5'tan küçük veya eşit, yani %. 250) sınırlar. GB/T 20688.1, ±%400'e kadar kesme şekil değiştirmelerini test eder ve hiçbir hasar görünmediğinde ve kuvvet-yer değiştirme eğrisi monoton bir şekilde yükseldiğinde durmaya izin verir.
Önem sınıfları. EN 15129, yapıları önem sınıflarına göre sınıflandırır ve kritik binalar (örneğin hastaneler ve acil durum merkezleri) için daha sıkı prototip testleri uygular. GB/T 20688.1, önem derecelendirmesi olmaksızın tek tip bir tip testi yaklaşımı uygulamaktadır.
Uygunluk. EN 15129, CE işareti için testleri uygunluk değerlendirme prosedürlerine ve fabrika üretim kontrolüne bağlar; GB/T 20688.1, Çin ürün sertifikasyon rejimi kapsamında tip denetimini destekler.
Sönümleme frekansı. EN 15129, 0,5 Hz gibi bir referans frekansında sönümleme testlerini belirtir; GB/T 20688.1, 0,05 Hz ile 2,0 Hz arasında değişen frekans gruplarını listeler.
7.4 Özet Karşılaştırma Tablosu
|
Bakış açısı |
GB/T 20688.1-2007 |
EN 15129:2018 |
|
Standart rol |
Test yöntemi standardı (MOD ISO 22762-1:2005) |
Ürün + uygunluk standardı (CE işareti) |
|
Kapsam |
Bina ve köprü sismik izolatörleri |
Elastomerik mesnetler dahil anti-sismik cihazlar |
|
Arıza durumları |
Kırma, burulma, yuvarlanma |
Kırılma/burkulmada üstün davranış |
|
Kesme testi yüklemesi |
Sabit basınç gerilimi |
Yüksek önem sınıfları için sabit ve birleşik dikey-yatay yükleme (P-Δ) |
|
Kesme gerilimi aralığı |
±%400'e kadar test edildi |
Tasarım limiti εq,max 2,5'tan küçük veya eşit (%250) |
|
Sönümleme testi frekansı |
Gruplar 0,05–2,0 Hz |
Referans frekansı, örneğin. 0.5 Hz |
|
Önem sınıflandırması |
Tek tip tip testi |
Önem sınıfları; kritik binalar için daha sıkı testler |
|
Uygunluk |
Çin tipi denetimi destekler |
CE işareti + fabrika üretim kontrolü |
Tablo 1 - Elastomerik izolatör testleri için GB/T 20688.1 ve EN 15129'un karşılaştırması
8. Tahribatlı Test Neden Önemlidir
Tahribatlı testler basit ama önemli bir amaca hizmet eder: Bir rulmanın koruduğu yapıdan önce arızalanmayacağını kanıtlar. Sismik izolasyon ancak mesnetin beklenen en büyük depreme dayanması durumunda işe yarar. Üreticiler ve mühendisler, rulmanları kasıtlı olarak kırılmaya, bükülmeye ve açılmaya zorlayarak:
Nihai kapasiteye ilişkin tasarım varsayımlarının doğru olduğunu doğrulayın.
Doğrudan sismik tasarımda kullanılan nihai özellikler diyagramlarını (UPD) üretin.
Malzemeler, yapıştırma veya üretimdeki zayıf noktaları belirleyin.
Tip testi ve rutin muayene için kalite kriterleri oluşturun.
Bu testler numuneyi tahrip ettiğinden, genellikle her üretim birimi yerine prototip veya tip testi rulmanları üzerinde gerçekleştirilir. Hem GB/T 20688.1 hem de EN 15129, aşırı basınç-kesme yükü altında izolatörlerin güvenlik marjını doğrulamak için bu tür nihai testlere dayanmaktadır.
9. Sonuç
GB/T 20688.1-2007 tarafından tanımlandığı şekliyle elastomerik izolatörün tahribatlı testi, sismik tasarımda son savunma hattıdır. Standart, kauçuk bileşiği üzerindeki çekme ve kırılma testlerinden tam boyutlu nihai kesme, çekme ve basma testlerine kadar, elastomerik izolatörlerin aşırı yükleri taşıyabildiğini ve yine de hayat kurtarma işlevini yerine getirebildiğini doğrulamak için kapsamlı bir çerçeve sağlar.
EN 15129:2018 ile karşılaştırıldığında, iki çerçeve aynı kavramsal hedefi takip ediyor - bir rulmanın aşırı basınç-kesme yüküne dayandığını kanıtlamak - ancak vurgu açısından farklılık gösteriyor. GB/T 20688.1, çok yüksek kayma gerinimlerine (%±400'e kadar) ulaşan ve kırılma, burkulma ve açılmayı kapsayan geniş, tamamen yönteme dayalı bir test çerçevesi sunarken EN 15129, testleri uyumlaştırılmış bir tasarım ve uygunluk sistemi içine yerleştirir, %250 tasarım kesme-gerinim limiti uygular, gereksinimleri önem sınıfına göre derecelendirir ve kritik yapılar için birleşik dikey-yatay yükleme gerektirir. Küresel çapta çalışan mühendisler için her iki standardı da anlamak önemlidir: GB/T 20688.1 kapsamında kalifiye bir rulman, yükleme protokolü ve limitlerinde uygun ayarlamalar yapılarak EN 15129 gerekliliklerine göre doğrulanabilir.
İster yapı mühendisi, ister üretici, ister LNR, LRB veya HDR izolatörleriyle çalışan bir araştırmacı olun, bu yıkıcı test prosedürlerinde uzmanlaşmak, herhangi bir yetki alanında sismik izolasyon sistemlerinin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için çok önemlidir.
