Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13861:2023 Gối chỏm cầu - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13861:2023

GỐI CHỎM CẦU - YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ

Spherical Bearings - Specifications and test methods

MỤC LỤC

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa

4  Phân loại, cấu tạo

5  Quy định kỹ thuật

5.1  Yêu cầu vật liệu

5.2  Yêu cầu thiết kế

5.3  Yêu cầu kỹ thuật của gối

6  Ghi nhãn

7  Phương pháp thử

7.1  Lấy mẫu đại diện

7.2  Thiết bị, dụng cụ thử nghiệm gối

7.3  Thử nghiệm nén thẳng đứng

7.4  Thử nghiệm góc xoay

7.5  Thử nghiệm hệ số ma sát

7.6  Thử nghiệm lực đẩy ngang

7.7  Thử nghiệm vật liệu chế tạo gối

Phụ lục A (Tham khảo) Ví dụ một số biểu mẫu

Lời nói đầu

TCVN 13861:2023 được biên soạn trên cơ sở ASTM D5977-15.

TCVN 13861:2023 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

GỐI CHỎM CẦU - YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ

Spherical Bearings - Specifications and test methods

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu và phương pháp thử của gối chỏm cầu với lực đẩy ngang lớn nhất bằng 10 % của lực nén thẳng đứng, áp dụng cho việc thử nghiệm, kiểm tra, đánh giá chất lượng của gối chỏm cầu dùng trong xây dựng cầu đường bộ.

1.2  Trong tiêu chuẩn này, các yêu cầu đưa ra chỉ là mức tối thiểu để sản xuất gối chỏm cầu. Có thể tăng các giá trị tối thiểu này theo các tiêu chuẩn thiết kế khác.

1.3  Tiêu chuẩn này không có mục đích chỉ ra các vấn đề về an toàn lao động, trước khi tiến hành công tác thí nghiệm, người sử dụng tiêu chuẩn này phải đề ra các biện pháp phù hợp để đảm bảo an toàn cho người thực hiện.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viên dẫn sau đây là cần thiết đề áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 197-1:2014, Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phòng;

TCVN 198:2008, Vật liệu kim loại - Thử uốn;

TCVN 257-1:2007, Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Rockwell - Phần 1: Phương pháp thử (thang A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);

TCVN 257-2:2007, Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Rockwell - Phần 2: Kiểm định và hiệu chuẩn máy thử (thang A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);

TCVN 257-3 2007, Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Rockwell - Phần 3: Hiệu chuẩn tấm chuẩn (thang A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);

TCVN 4501-1:2014, Chất dẻo - Xác định tính chất kéo - Phần 1: Nguyên tắc chung;

TCVN 4501-2:2014, Chất dẻo - Xác định tính chất kéo - Phần 2: Điều kiện thử đối với chất dẻo đùn và đúc;

TCVN 4501-3:2014, Chất dẻo - Xác định tính chất kéo - Phần 3: Điều kiện thử đối với màng và tấm;

TCVN 4501-4:2009, Chất dẻo Xác định tính chất kéo - Phần 4: Điều kiện thử đối với Compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đẳng hướng và trực hướng;

TCVN 4501-5:2009, Chất dẻo - Xác định tính chất kéo - Phần 5: Điều kiện thử đối với Compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đơn hướng;

TCVN 8998:2018, Thép cacbon và thép hợp kim thấp - Phương pháp phân tích thành phần hóa học bằng quang phổ phát xạ chân không;

TCVN 9986-2:2013, Thép kết cấu - Phần 2: Điều kiện kỹ thuật khi cung cấp thép kết cấu thông dụng;

TCVN 11823-14:2017, Thiết kế cầu đường bộ - Phần 14: Khe co giãn và gối cầu;

ASTM A240/A240M, Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless steel Plate, Sheet, and strip for Pressure Vessels and for General Applications (Yêu cầu kỹ thuật cho tấm dày, tấm mỏng, băng và thanh cán chịu áp lực của thép không gỉ Crom-Nikel và thép không gỉ chịu nhiệt Crom)]

ASTM A304, Standard Specification for Carbon and Alloy Steel Bars Subject to End-Quench Hardenability Requirements (Yêu cầu kỹ thuật cho thép cacbon và thép hợp kim theo yêu cầu về độ cứng);

ASTM D792, Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement (Phương pháp thử trọng lượng riêng của chất dẻo);

ASTM D1457, Standard Specification for Polytetrafluoroethylene (PTFE) Molding and Extrusion Materials (Yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu Polytetrafluoroethylene (PTFE) đúc và đùn);

ASTM D1777, Test Method for Thickness of Textile Materials (Phương pháp thử độ dày vật liệu dệt);

ASTM D2256, Test Method for Tensile Properties of Yarns by the Single-Strand Method (Phương pháp thử tính chất kéo của sợi bằng phương pháp một sợi)]

3  Thuật ngữ, định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Gối chỏm cầu (Spherical Bearing)

Gối cầu với khả năng đáp ứng góc xoay lớn nhờ phần tử quay hình chỏm cầu, bề mặt lồi bằng thép không gỉ xoay trên tấm thép cacbon lõm được phủ bằng tấm polytetrafluoroethylen (PTFE) hoặc tấm dệt PTFE.

3.2

Gối chỏm cầu cố định (Fixed Spherical Bearing)

Gối chỏm cầu chỉ cho phép đầu kết cấu nhịp có chuyển dịch quay và không cho phép chuyển dịch đơn hướng hoặc đa hướng.

3.3

Gối chỏm cầu di động (Sliding Spherical Bearinpaig)

Gối chỏm cầu cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch đơn hướng hoặc đa hướng.

3.4

Gối chỏm cầu di động đơn hướng (Uni-Directional Sliding Spherical Bearing)

Gối chỏm cầu cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch theo một hướng nhất định.

3.5

Gối chỏm cầu di động đa hướng (Multi-Directional Sliding Spherical Bearing)

Gối chỏm cầu cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch theo tất cả các hướng.

3.6

Tấm dệt PTFE (Woven Fabric PTFE)

Được chế tạo từ sợi fluorocacbon PTFE nhiều sợi nhỏ óng ánh (định hướng) hoặc từ hỗn hợp sợi PTFE bằng cách xoắn băng PTFE và các sợi khác.

3.7

Tấm PTFE (Polytetrafluoroetylen - PTFE)

Tấm chất dẻo tạo điều kiện gây ra chuyển dịch trượt trong gối với hệ số ma sát thấp.

3.8

Thanh dẫn hướng (Guide bar)

Phần tử hạn chế để gối dịch chuyển theo một hướng.

3.9

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas)

Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ, khi sử dụng điện cực không nóng chảy, điện cực vonfram nguyên chất hoặc có hoạt tính trong đó hồ quang và bể hàn được bảo vệ bằng một loại khí trơ.

3.10

Bề mặt tiếp xúc (Mating surface)

Bề mặt kim loại cứng mịn mà trên đó có gắn các tấm trượt bằng PTFE hoặc vật liệu Compozit.

3.11

Góc xoay (Rotation)

Góc xoay quanh một trục song song với phương của nhịp chính hoặc với trục ngang của cầu.

4  Phân loại, cấu tạo

4.1  Phân loại

Căn cứ vào tính chất làm việc, gối chỏm cầu được chia ra thành những loại sau:

a) Gối chỏm cầu cố định;

b) Gối chỏm cầu di động:

- Gối chỏm cầu di động đơn hướng;

- Gối chỏm cầu di động đa hướng.

4.2  Cấu tạo

4.2.1  Gối chỏm cầu

Gối chỏm cầu bao gồm chỏm cầu và các bản chịu tải (xem Hình 1).

Chỏm cầu: Được làm từ thép không gỉ (hoặc khối thép được bọc thép không gỉ) với một mặt được gắn tấm PTFE, một mặt cong để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xoay. Tấm PTFE được gắn chìm vào khối thép và có chứa chất bôi trơn đặc biệt để đảm bảo bôi trơn cho các bề mặt trượt.

CHÚ THÍCH 1: Chỏm cầu được làm từ thép mạ Crom hoặc các vật liệu khác tuân theo các chỉ dẫn kỹ thuật dự án khác

Bản chịu tải bao gồm tấm bên trên và tấm đế. Bản chịu tải có thể có hoặc không có thanh dẫn hướng với tấm thép không gỉ để trượt hoặc có mặt cong được bao phủ tấm PTFE để đảm bảo truyền lực ngang hay dọc một cách an toàn.

Hình 1 - Cấu tạo gối chỏm cầu (loại di động đơn hướng, thanh dẫn hướng ở hai bên)

4.2.2  Gối chỏm cầu cố định

Gối chỏm cầu cố định bao gồm tấm bên trên có vành chặn để hạn chế sự dịch chuyển về mọi hướng, bên dưới là chỏm cầu và tấm đế. Để tạo điều kiện thuận lợi cho cấu kiện truyền lực và xoay, bề mặt tiếp xúc phía trên và dưới của chỏm cầu có gắn các tấm PTFE hoặc vật liệu thích hợp khác, được bôi trơn bằng vật liệu thích hợp.

Sơ đồ cấu tạo điển hình của gối chỏm cầu cố định được biểu thị tại Hình 2.

Hình 2 - Gối chỏm cầu cố định

4.2.3  Gối chỏm cầu đơn hướng

Gối chỏm cầu đơn hướng bao gồm tấm bên trên, chỏm cầu và tấm đế. Để tạo điều kiện thuận lợi cho dịch chuyển theo một hướng nhất định, bề mặt trên của chỏm cầu được phủ một tấm PTFE đỡ tấm bên trên trượt ở mặt trên của gối. Bề mặt tiếp xúc của tấm bên trên và chỏm cầu được phủ một lớp thép không gỉ để giảm hệ số ma sát. Để hạn chế chuyển dịch theo hướng còn lại, có thể sử dụng thanh dẫn hướng hoặc hệ thống khóa.

Thanh dẫn hướng có thể được chế tạo ở hai bên của gối hoặc ở chính giữa gối.

Sơ đồ cấu tạo điển hình của gối chỏm cầu đơn hướng được biểu thị tại Hình 3 và Hình 4.

Hình 3 - Gối chỏm cầu đơn hướng (thanh dẫn hướng ở giữa)

Hình 4 - Gối chỏm cầu đơn hướng (thanh dẫn hướng ở hai bên)

Khi sử dụng hệ thống khóa, hệ thống phải được chế tạo để ngăn cản chuyển dịch theo hướng cần khóa.

4.2.4  Gối chỏm cầu đa hướng

Gối chỏm cầu đa hướng bao gồm tấm bên trên, chỏm cầu và tấm đế. Để tạo điều kiện thuận lợi cho dịch chuyển theo tất cả các hướng, bề mặt trên chỏm cầu được phủ một tấm PTFE đỡ tấm bên trên. Bề mặt tiếp xúc của tấm bên trên và chỏm cầu được phủ một lớp thép không gỉ để giảm hệ số ma sát.

Sơ đồ cấu tạo điển hình của gối chỏm cầu đa hướng được biểu thị tại Hình 5.

Hình 5 - Gối chỏm cầu đa hướng

5  Quy định kỹ thuật

5.1  Yêu cầu vật liệu

5.1.1  Thép

Được sử dụng cho tất cả các tấm đế, tấm bên trên, thanh dẫn hướng, vành chặn phải là thép kết cấu thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 9986-2:2013 hoặc tương đương.

Tất cả bề mặt lộ ra ngoài phải được mạ kẽm, có độ dày tối thiểu 0,152 mm hoặc được xử lý bằng các hệ thống sơn phù hợp với độ dày màng sơn theo quy định.

5.1.2  Thép không gỉ

Bề mặt trượt phẳng: Thép không gỉ dạng tấm được sử dụng để chế tạo bề mặt trượt tiếp xúc với PTFE phải thỏa mãn các yêu cầu của ASTM A240/A240M, loại 304 hoặc tương đương, độ bóng bề mặt hoàn thiện đạt 0,5 μm.

Bề mặt lồi: Thép không gỉ được sử dụng để chế tạo bề mặt lồi tiếp xúc với PTFE phải thỏa mãn các yêu cầu của ASTM A240/A240M, loại 304 hoặc tương đương, độ bóng bề mặt hoàn thiện đạt 0,5 μm hoặc nhỏ hơn.

5.1.3  Tấm dệt PTFE

Tấm dệt PTFE được chế tạo từ PTFE nguyên chất có gia cố các sợi định hướng có hoặc không có lớp nền cường độ cao.

Độ dày của tấm dệt PTFE ở trạng thái tự do phải tối thiểu 2,38 mm khi được đo theo ASTM D1777.

Độ dày của tấm dệt PTFE đã được dính bám dưới tác dụng áp lực thẳng đứng phải tối thiểu như sau:

- 1,59 mm khi chịu tài trọng từ 0 MPa đến 24,1 MPa;

- 1,19 mm khi chịu tải trọng từ 24,1 MPa đến 31,0 MPa.

Tấm dệt PTFE phải được liên kết cơ học với nhau và khóa với nền có gờ bằng keo epoxy để ngăn cản sự dịch chuyển. Việc sử dụng hệ thống khóa liên kết cơ học cùng với keo epoxy làm tăng độ bền liên kết, ngăn chặn sự dịch chuyển của tấm PTFE. Tất cả các mép phải được làm phẳng để không bị lộ ra ngoài.

Các sợi chế tạo tấm dệt PTFE phải thỏa mãn các yêu cầu quy định tại Bảng 1.

Bảng 1 - Yêu cầu về tính chất cơ lý của các sợi chế tạo tấm dệt PTFE

5.1.4  Tấm PTFE

Tấm PTFE phải là vật liệu nguyên chất (không được tái chế), thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của ASTM D1457. PTFE phải chịu được axit, kiềm, các sản phẩm dầu mỏ và không hấp thụ nước. Nó phải ổn định ở nhiệt độ lên đến 260 °C và phải không dễ cháy. Khi bề mặt PTFE được sử dụng cho thanh dẫn hướng, vật liệu độn phải được làm từ sợi thủy tinh hoặc sợi cacbon.

Chiều dày của tấm PTFE phải tối thiểu bằng 3,17 mm và phải được làm lõm vào ít nhất một nửa chiều dày của nó.

PTFE sử dụng là bề mặt trượt chính và cho các thanh dẫn hướng phải thỏa mãn các yêu cầu quy định tại Bảng 2.

Bảng 2 - Yêu cầu về tính chất cơ lý của tấm PTFE ^a

^a PTFE chứa 15 % sợi thủy tinh có thể được sử dụng cho bề mặt trượt của thanh dẫn hướng (ASTM D1457).

5.2  Yêu cầu thiết kế

5.2.1  Quy định chung

Các chi tiết gối phải được thiết kế phù hợp với các yêu cầu của TCVN 11823 hoặc các tiêu chuẩn thiết kế được chấp thuận khác.

5.2.2  Các cấu kiện quay

Bán kính chỏm cầu phải được xác định sao cho gối phải ổn định trong mọi điều kiện chịu tải.

Phải ngăn chặn sự trượt ra của các bề mặt hình cầu cong thông qua các hệ thống hạn chế chuyển dịch được thiết kế đặc biệt hoặc bằng cách điều chỉnh bán kính hình cầu.

Kiểm toán bán kính chỏm cầu và bán kính cong của tấm PTFE theo công thức sau:

trong đó:

ratio là tỷ lệ bất lợi nhất của tải trọng ngang và tải trọng thẳng đứng.

trong đó:

d  là đường kính hình chiếu của tấm PTFE;

Góc xoay thiết kế là góc xoay thiết kế của gối (tính bằng độ);

R_max là bán kính tối đa để ngăn cản sự nâng trong gối trong trường hợp tỷ lệ bất lợi nhất của tải trọng ngang và tải trọng thẳng đứng.

Việc tính toán xác định bán kính phải được đệ trình để phê duyệt.

Bán kính của chỏm cầu phải nhỏ hơn bán kính được tính toán cho tấm PTFE (tấm lõm) một giá trị bằng độ dày của PTFE.

Khi úp bề mặt lõm ở bất kỳ vị trí nào tâm quay tạo ra không làm ảnh hưởng đến kết cấu hình học của hệ thống. Xem Hình 6.

Hình 6 - Hình vẽ gối chỏm cầu

Chiều dày tối thiểu ở tâm của cấu kiện hình cầu lõm phải là 19,0 mm.

Chiều dày tối thiểu ở cạnh của cấu kiện hình cầu lồi phải là 12,7 mm.

Khe hở thẳng đứng và ngang giữa các bộ phận chịu lực hình cầu quay (gắn với kết cấu bên trên) và không quay (gắn với kết cấu bên dưới), bao gồm cả các chốt, phải không nhỏ hơn 3,17 mm khi xoay tới 150 % góc xoay thiết kế.

CHÚ THÍCH 2: Đối với người thiết kế: Tấm đệm PTFE hình cầu có thể bị hỏng ở 150 % của góc xoay thiết kế.

Bán kính lõm phải được gia công với dung sai (- 0, + 0,25) mm.

Bán kính lồi phải được gia còng với dung sai (- 0,25, + 0) mm.

5.2.3  Bề mặt trượt bằng thép không gỉ

Độ dày tối thiểu của tấm thép không gỉ là 1,5 mm.

Cố định tấm thép không gỉ: Tấm thép không gỉ phải được gắn vào tấm nền của nó bằng cách hàn góc liên tục dọc theo các cạnh của nó. Điều cần thiết là tấm thép không gỉ phải duy trì tiếp xúc với kim loại cơ bản trong suốt thời gian sử dụng và không để xảy ra hiện tượng ăn mòn bề mặt. Việc gắn thép không gỉ vào tấm nền của nó phải có khả năng chống lại lực ma sát được thiết lập cho gối.

Tấm nền phải mở rông ra ngoài mép của tấm thép không gỉ để chứa mối hàn. Ngoài ra, mối hàn không được nhô ra phía trên tấm thép không gỉ. Nên hàn TIG cho mối nối này.

Mặt trượt phẳng nằm ngang bằng thép không gỉ phải bao phủ hoàn toàn bề mặt PTFE trong quá trình làm việc, cộng thêm 25,4 mm theo mọi hướng dịch chuyển. Đối với gối được dẫn hướng không có dịch chuyển ngang, yêu cầu này không áp dụng theo hướng ngang.

5.2.4  Tấm dệt PTFE bề mặt lõm hoặc mặt trượt, hoặc cả hai

Tấm dệt PTFE phải được liên kết cơ học với nền thép. Hệ thống liên kết epoxy sẽ được sử dụng để tăng tính an toàn. Sau khi hoàn thành quá trình liên kết, bề mặt PTFE phải nhẵn và không có vết phồng rộp, bong bóng và dấu hiệu cho thấy thiếu sự liên kết của PTFE.

Diện tích của tấm dệt PTFE phải được thiết kế cho ứng suất làm việc trung bình tối đa là 31,0 MPa.

Áp lực ở mép tấm dệt PTFE không được vượt quá 68,8 MPa.

5.2.5  Tấm PTFE trên bề mặt lõm hoặc mặt trượt, hoặc cả hai

PTFE phải là tấm nguyên chất, không có chất độn, đáp ứng các yêu cầu của ASTM D1457. Tấm PTFE phải được làm lõm xuống một nửa chiều dày của nó và được liên kết bằng epoxy với nền thép. Bề mặt PTFE phải nhẵn và không bị phồng rộp hoặc có bong bóng sau khi được liên kết với nền thép.

Diện tích của tấm PTFE phải được thiết kế cho ứng suất làm việc trung bình tối đa là 24,1 MPa.

Áp lực ở mép tấm PTFE không được vượt quá 34,4 MPa.

Bề mặt của tấm PTFE được liên kết epoxy phải được mài bằng quy trình ăn mòn natri naphtalen hoặc natri amoniac.

5.2.6  Tấm PTFE bề mặt thanh dẫn hướng

Việc gắn tấm PTFE vào nền thép của bề mặt dẫn hướng phải được thực hiện bằng liên kết epoxy và liên kết cơ học. Chốt cơ học phải bao gồm tối thiểu hai vít bằng thép không gỉ (ASTM A304) nằm trên đường tâm của dải PTFE và cách mỗi đầu của dải PTFE 12,7 mm. Phần đầu của các vít phải được làm lõm xuống tối thiểu bằng 50 % phần nhô ra của PTFE trên nền thép.

Bề mặt của tấm PTFE được liên kết epoxy phải được mài bằng cách sử dụng quá trình ăn mòn natri naphtalen hoặc natri amoniac.

5.2.7  Thanh dẫn hướng

Thanh dẫn hướng phải được sản xuất từ thép nguyên khối. Thanh dẫn hướng có thể được chế tạo nguyên khối bằng cách gia công từ thép nguyên khối hoặc được chế tạo từ các thanh đặc được hàn, bắt vít hoặc lắp chìm vào tấm thép nền, hoặc kết hợp các phương pháp trên.

Bề mặt của bộ phận được dẫn hướng phải là tiếp xúc giữa thép không gỉ và PTFE. Không được phép tiếp xúc kim loại với kim loại. Tấm PTFE có thể được gắn chặt vào tấm lõm hoặc thanh dẫn hướng, tương ứng với thép không gỉ đối diện trên thanh dẫn hướng hoặc tấm lõm. Tấm PTFE phải được liên kết cũng như được gắn chặt bằng các vít thép không gỉ (xem 5.2.6). Tổng khe hở tối đa cho phép giữa các bề mặt dẫn hướng phải là 1,59 mm.

Các thanh dẫn hướng và các liên kết của chúng với tấm trượt / đế phải được thiết kế để chịu các lực ngang lên gối nhưng không nhỏ hơn 10 % lực nén thiết kế lớn nhất ở trạng thái giới hạn sử dụng lên gối.

Các bố trí dẫn hướng phải được thiết kế sao cho bề mặt dẫn hướng phủ PTFE được giữ song song và luôn nằm trong giới hạn của các thanh dẫn được bọc thép không gỉ tại tất cả các điểm dịch chuyển và quay của gối. Không khuyến khích sử dụng thanh dẫn hướng dựa vào đế cố định hoặc bất kỳ phần mở rộng nào của nó.

5.2.8  Độ phẳng

Tất cả các bề mặt chịu tải của gối khi tiếp xúc với nhau phải được làm phẳng. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,13 mm trên 305 mm tính từ điểm tì thước.

5.3  Yêu cầu kỹ thuật của gối

5.3.1  Nén thẳng đứng

Áp dụng cho tất cả các loại gối chỏm cầu (gối chỏm cầu cố định, gối chỏm cầu đơn hướng, gối chỏm cầu đa hướng).

Gia tải lên gối đến 150 % lực nén thiết kế lớn nhất. Giữ tải trọng này trong 1 h. Sau khi thử nghiệm, không được có vết nứt, phân tách hoặc biến dạng vĩnh cửu của PTFE, thép không gỉ, các thành phần khác hoặc mối hàn.

5.3.2  Góc xoay

Áp dụng cho tất cả các loại gối chỏm cầu (gối chỏm cầu cố định, gối chỏm cầu đơn hướng, gối chỏm cầu đa hướng).

Gia tải lên gối đến 75 % lực nén thiết kế lớn nhất, trong khi đồng thời đặt nó trong điều kiện xoay 0,02 rad hoặc xoay theo góc xoay thiết kế, chọn giá trị nào lớn hơn. Giữ trong 1 h. Sau khi thử nghiệm, không được có vết nứt, phân tách hoặc biến dạng vĩnh cửu của PTFE, thép không gỉ, các thành phần khác hoặc mối hàn.

5.3.3  Hệ số ma sát

Chỉ áp dụng cho gối chỏm cầu di động (gối chỏm cầu đơn hướng, gối chỏm cầu đa hướng).

Gia tải lên gối đến 100 % lực nén thiết kế lớn nhất và giữ tải trọng này trong thời gian tối thiểu 12 h để đánh giá độ bền của bề mặt trượt.

Xác định hệ số ma sát ở dịch chuyển đầu tiên với tốc độ trượt nhỏ hơn 25,4 mm/min.

Tiếp tục thực hiện tối thiểu 100 chu kỳ dịch chuyển với tốc độ trượt trong khoảng 25,4 mm/min đến 305 mm/min. Xác định hệ số ma sát ở chu kỳ 101. Ghi lại các biến dạng và chảy nguội của PTFE.

5.3.4  Lực đẩy ngang

Chỉ áp dụng cho gối chỏm cầu cố định và gối chỏm cầu đơn hướng.

Gia tải lên gối đến lực nén thiết kế lớn nhất đồng thời tác dụng mốt lực ngang bằng 15 % lực nén thiết kế lớn nhất (hoặc 1,5 lần lực đầy ngang thiết kế) và giữ trong 1 min.

Các dấu hiệu hư hỏng bề mặt của PTFE không phải là nguyên nhân để loại bỏ gối. Các tấm PTFE bị hư hỏng do thử nghiệm sẽ được thay thế bằng vật liệu có chất lượng tương đương với vật liệu PTFE ban đầu.

Sau khi thử nghiệm lực đầy ngang không được có vết nứt, phân tách hoặc biến dạng vĩnh cửu của thép không gỉ, các thành phần khác hoặc mối hàn.

5.3.5  Tính chất cơ lý của tấm dệt PTFE

Áp dụng cho tất cả các loại gối chỏm cầu (gối chỏm cầu cố định, gối chỏm cầu đơn hướng, gối chỏm cầu đa hướng).

Xác định các tính chất cơ lý của các sợi chế tạo tấm dệt PTFE phù hợp với các điều nêu trong Bảng 1.

5.3.6  Tính chất cơ lý của tấm PTFE

Chỉ áp dụng cho gối chỏm cầu di động.

Xác định các tính chất cơ lý của PTFE dạng tấm phù hợp với các điều nêu trong Bảng 2.

5.3.7  Yêu cầu chung sau khi thử nghiệm

Không được có vết nứt, phân tách hoặc biến dạng vĩnh cửu của PTFE, thép không gỉ, các thành phần khác hoặc mối hàn.

Hệ số ma sát không được vượt quá 0,04 cho gối sử dụng tấm dệt PTFE

Hệ số ma sát không được vượt quá 0,03 cho gối sử dụng tấm PTFE.

6  Ghi nhãn

6.1  Tất cả các gối phải được ghì nhãn bằng tấm tôn dập trừ khi có quy định khác của hợp đồng hoặc khách hàng, nhãn phải được ghi trên mặt bên có thể nhìn thấy sau khi lắp đặt vào cầu.

6.2  Nhãn cần có các thông tin về sản phẩm, tối thiểu bao gồm:

- Tên nhà sản xuất hoặc tên thương mại;

- Dấu hiệu nhận biết gối;

- Các chi tiết về vị trí và hướng.

6.3  Để thiết lập vị trí đặt chính xác cho các tấm trượt của gối di động, tấm trượt phải có đường tâm ghi trên một mặt có thể nhìn thấy được sau khi lắp dựng, một thang chia độ thể hiện giới hạn dịch chuyển thiết kế ở hai bên đường tâm của nó. Một đường tâm gối cũng phải được ghi trên phần dưới của gối.

7  Phương pháp thử

7.1  Lấy mẫu đại diện

7.1.1  Kích cỡ lô

Việc xem xét lấy mẫu, thử nghiệm và chấp thuận gối sẽ được thực hiện trên một lô cơ sở.

Một lô phải bao gồm các gối được sản xuất trong một ngày hoặc một thời gian cụ thể.

Một lô không được vượt quá 25 gối.

Một lô phải bao gồm các gối cùng loại và có thể có khả năng chịu tải thẳng đứng khác nhau nhưng không vượt quá 1300 kN.

7.1.2 Ngoại trừ khi có chỉ dẫn của hợp đồng hoặc yêu cầu của khách hàng, các thử nghiệm và số lượng mẫu thử được quy định tại Bảng 3.

Bảng 3 - Chỉ tiêu thử nghiệm và số lượng mẫu thử

7.2  Thiết bị, dụng cụ thử nghiệm gối

7.2.1  Thiết bị gia tải

Thiết bị gia tải bao gồm máy nén, khung gia tải và mặt bàn nén.

Máy nén

Là thiết bị chuyên dụng để gia tải và duy trì lực trên mẫu thử, có thể dùng kích chuyên dụng được thiết kế phù hợp để gia tải lên mẫu. Máy nén phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Máy nén phải được kiểm tra, hiệu chuẩn và có cấp chính xác tối thiểu là cấp 1;

- Máy nén được lựa chọn sao cho khi gia tải lên mẫu, lực nằm trong phạm vi 15 % đến 85 % tải trọng cực đại của máy;

- Khi phải sử dụng nhiều máy nén, phải bố trí sao cho tải trọng được truyền dọc trục, chính tâm lên mẫu thử. Tổng tải trọng tác dụng lên mẫu thử không được sai khác quá 1 % so với lực yêu cầu.

Khung gia tải

Là bộ phận của thiết bị gia tải, có khả năng tác dụng và duy trì lực yêu cầu trên mẫu thử mà không bị biến dạng, bộ phận duy trì lực có thể là kích thủy lực.

Mặt bàn nén

Là bộ phận của máy nén, được thiết kế để lực tác dụng lên mẫu thử qua hai mặt bàn nén song song. Mặt bàn nén phải phẳng, nhẵn, sạch và đảm bảo luôn duy trì ở trạng thái ngang khi tác dụng lực theo phương thẳng đứng và phân bố lực đồng đều, độ lệch theo phương nằm ngang không vượt quá 1 mm/m. Độ không phẳng không được vượt quá 0,1 mm. Bề mặt của mặt bàn nén không được lệch khỏi mặt phẳng ngang lớn hơn 0,025 mm.

Chiều dày của mặt bàn nén phải đủ để mặt bàn nén không bị uốn hay biến dạng trong quá trình thử. Chiều dài của mặt bàn nén phải bằng hoặc lớn hơn chiều dài mẫu thử, chiều rộng không được nhỏ hơn chiều rộng mẫu thử.

7.2.2  Đệm vát

Một tấm đệm vát bằng thép có độ dốc 0,02 rad hoặc theo góc xoay thiết kế của gối tùy theo số liệu nào lớn hơn. Tấm đệm vát phải được gia công ở cả hai mặt đến độ phẳng 0,01 mm trên 100 mm chiều dài, độ cứng của nó phải lớn hơn hoặc bằng 55 HRC (Hình 7).

CHÚ THÍCH 3: HRC là độ cứng Rockwell được đo theo thang c theo TCVN 257-1:2007.

CHÚ THÍCH 4: 1° = π/180 rad.

trong đó:

θ là độ dốc, rad;

b là chiều dài của đệm vát,

t là chiều cao của đệm vát.

Hình 7 - Đệm vát

7.2.3  Thiết bị đo chuyển vị

Thiết bị đo phải có khả năng thích hợp để đo khoảng cách giữa hai điểm cố định trên mẫu thử tại bất kỳ thời điểm nào trong suốt quá trình thử và ghi lại số liệu liên tục với tất cả lực được chỉ định. Thiết bị đo phải đảm bảo độ chính xác đến 0,01 mm.

7.2.4  Tấm đệm

Được làm bằng thép, có độ dầy đủ lớn để đảm bảo lực được phân bố đồng đều mà không bị biến dạng. Tấm đệm phải được gia công đến độ phẳng 0,01 mm trên 100 mm chiều dài.

7.2.5  Hệ con lăn

Hệ con lăn bao gồm các tấm đệm và hệ con lăn đáp ứng yêu cầu (Hình 8): Độ cứng tối thiểu 500 HV20 cho con lăn và tấm lăn.

Số lượng con lăn, đường kính và chiều dài con lăn được thiết kế đảm bảo:

- Lực tác dụng được truyền đồng đều trên toàn gối;

- Lực ngang và độ cứng của thiết bị không làm ảnh hưởng đến tốc độ trượt theo bất kỳ cách nào.

Hình 8 - Hệ con lăn

7.3  Thử nghiệm nén thẳng đứng

7.3.1  Quy định chung

Thử nghiệm nén thẳng đứng được áp dụng cho tất cả các loại gối chỏm cầu bao gồm: gối chỏm cầu cố định, gối chỏm cầu di động đơn hướng và gối chỏm cầu di động đa hướng.

7.3.2  Nguyên tắc

Gối thử nghiệm sẽ được tác dụng một lực nén đến 150 % lực nén thiết kế lớn nhất và giữ trong 1 h để xác định các đặc trưng cơ học của gối. (Sơ đồ thử nghiệm như Hình 9).

Hình 9 - Sơ đồ thử nghiệm nén thẳng đứng

7.3.3  Thiết bị, dụng cụ

Thiết bị và dụng cụ thử nghiệm phải tuân theo các quy định tại Điều 7.2.

7.3.4  Mẫu thử

Mẫu thử nghiệm phải tuân theo các quy định tại Điều 7 1.

7.3.5  Cách tiến hành

Lắp đặt gối chỏm cầu lên bàn nén. Gia tải từ từ để tác dụng một lực nén bằng 10 % lực nén thiết kế lớn nhất lên gối, sau đó ngừng gia tải và giảm tải về giá trị “0”. Lắp đặt 04 thiết bị đo chuyển vị tại bốn góc của gối và chỉnh số đọc trên thiết bị về “0” (sơ đồ lắp đặt tại Hình 9).

Tăng tải đến 150 % lực nén thiết kế lớn nhất lên gối theo từng cấp, tối thiểu là 5 cấp tăng tải với tốc độ tăng tải 0,05 N/mm²/s. Tại mỗi cấp lực, lực sẽ được duy trì trong 5 min để đo lại các giá trị lực và biến dạng.

Giữ lực nén tại giá trị bằng 150 % lực nén thiết kế lớn nhất trong 1 h. Sau 1 h thử nghiệm, hạ tải về “0”.

Quan sát, mô tả tình trạng của gối và các bộ phận cấu tạo gối, ghi lại các biến dạng, các vết nứt hoặc chảy dẻo, phân tách của PTFE.

7.3.6  Báo cáo kết quả thử nghiệm

Báo cáo kết quả thử nghiệm bao gồm các thông tin sau (chi tiết xem tại Phụ lục A):

- Loại, nguồn gốc gối chỏm cầu;

- Ngày lấy mẫu, ngày thử nghiệm;

- Các khuyết tật của gối trước khi thử nghiệm (nếu có);

- Tải trọng thẳng đứng thiết kế lớn nhất;

- Mỏ tả tình trạng gối sau khi thử nghiệm;

- Người thử nghiệm, cơ sở thử nghiệm.

7.4  Thử nghiệm góc xoay

7.4.1  Quy định chung

Thử nghiệm góc xoay được áp dụng cho tất cả các loại gối chỏm cầu bao gồm: gối chỏm cầu cố định, gối chỏm cầu di động đơn hướng, gối chỏm cầu di động đa hướng.

7.4.2  Nguyên tắc

Tác dụng một lực nén lên gối đến 75 % lực nén thiết kế lớn nhất đồng thời định vị nó ở một góc xoay 0,02 rad hoặc ở góc xoay thiết kế, tùy theo số liệu nào lớn hơn. Giữ trong 1 h. Ghi lại tất cả các dấu hiệu của sự phân tách, nứt, phồng rộp của gối, bề mặt PTFE. (Sơ đồ thử nghiệm như Hình 10).

7.4.3  Thiết bị, dụng cụ

Thiết bị và dụng cụ thử nghiệm phải tuân theo các quy định tại Điều 7.2.

7.4.4  Mẫu thử

Mẫu thử nghiệm phải tuân theo các quy định tại Điều 7.1.

Hình 10 - Sơ đồ thử nghiệm góc xoay

7.4.5  Cách tiến hành

Lắp đặt gối chỏm cầu lên bàn nén sao cho tâm gối nằm đúng tâm mặt bàn nén.

Đặt tấm đệm vát lên trên gối sao cho tâm của tấm đệm vát nằm đúng tâm mặt bàn nén và tâm gối.

Gia tải để tác dụng một lực nén bằng 75 % lực nén thiết kế lớn nhát lên gối với tốc độ gia tải 0,05 N/mm²/s (như trên Hình 5).

Giữ lực nén 75 % lực nén thiết kế lớn nhất trong 1 h, sau 1 h thử nghiệm hạ tải về “0”.

Quan sát, mô tả tình trạng của gối và các bộ phận cấu tạo gối, ghi lại các biến dạng, các vết nứt hoặc phân tách, chảy dẻo của PTFE.

7.4.6  Báo cáo kết quả thử nghiệm

Báo cáo kết quả thử nghiệm bao gồm các thông tin sau (chi tiết xem tại Phụ lục A):

- Loại, nguồn gốc gối chỏm cầu;

- Ngày lấy mẫu, ngày thử nghiệm;

- Các khuyết tật của gối trước khi thử nghiệm (nếu có);

- Lực nén thiết kế lớn nhất;

- Lực nén thử nghiệm;

- Góc xoay thiết kế và góc xoay thử nghiệm;

- Mô tả tình trạng gối sau khi thử nghiệm;

- Người thử nghiệm, cơ sở thử nghiệm.

7.5  Thử nghiệm hệ số ma sát

7.5.1  Quy định chung

Thử nghiệm hệ số ma sát được áp dụng cho gối chỏm cầu di động bao gồm: gối chỏm cầu di động đơn hướng và gối chỏm cầu di động đa hướng.

7.5.2  Nguyên tắc

Tác dụng lên gối một lực nén bằng lực nén thiết kế lớn nhất và giữ tải trọng này tối thiểu 12 h. Sau đó, xác định hệ số ma sát của gối. (Sơ đồ thử nghiệm như Hình 11, Hình 12).

CHÚ THÍCH 4: Không được sử dụng dầu bôi trơn trên bề mặt trượt của gối, ngoại trừ nó được nhà sản xuất chế tạo.

7.5.3  Thiết bị và dụng cụ

Thiết bị và dụng cụ thử nghiệm phải tuân theo các quy định tại Điều 7.2.

7.5.4  Mẫu thử

Mẫu thử nghiệm phải tuân theo các quy định tại Điều 7.1.

7.5.5  Cách tiến hành

Lắp đặt gối chỏm cầu lên bàn nén sao cho tâm gối nằm đúng tâm mặt bàn nén, phương của lực đẩy ngang trùng với chiều dịch chuyển của gối (như trên Hình 11, Hình 12).

Gia tải lên gối với lực nén bằng 100 % lực nén thiết kế lớn nhất và giữ trong 12 h.

Tác dụng một lực theo phương ngang vào tấm đệm với giá trị thích hợp để tạo ra dịch chuyển ngang của gối với tốc độ dịch chuyển trong khoảng từ 2,5 cm/min đến 30,5 cm/min và với cự li dịch chuyển ngang tối thiểu là 2,5 cm (Nếu có thể, cự li dịch chuyển ngang sẽ được tiến hành trên toàn bộ thang dịch chuyển của gối). Ghi giá trị lực đẩy ngang thỏa mãn quy định trên.

Lặp lại thử nghiệm theo Điều 7.5.5 tối thiểu 100 chu kỳ dịch chuyển. Ghi giá trị lực đẩy ngang yêu cầu để tạo ra dịch chuyển liên tục của gối ở mỗi chu kỳ.

Kết thúc thử nghiệm, quan sát, mô tả tình trạng của gối và các bộ phận cấu tạo gối, ghi lại các biến dạng, các vết nứt, phân tách hoặc chảy dẻo của PTFE, thép không gỉ.

Hình 11 - Sơ đồ 2 gối thử nghiệm hệ số ma sát

Hình 12 - Sơ đồ 1 gối thử nghiệm hệ số ma sát

7.5.6  Tính toán kết quả

Hệ số ma sát của mỗi chu kỳ dịch chuyển sẽ được tính toán bằng lực ngang yêu cầu để duy trì sự trượt liên tục của gối chia cho lực đứng thiết kế theo công thức 3, 4:

Khi thí nghiệm theo sơ đồ 2 gối:

Khi thí nghiệm theo sơ đồ 1 gối:

trong đó:

μ_i  là hệ số ma sát trượt tại chu kỳ thứ i;

H_i  là lực đẩy ngang để tạo ra dịch chuyển liên tục ở chu kỳ thứ i, kN;

V  là lực nén thiết kế lớn nhất, kN.

7.5.7  Báo cáo kết quả thử nghiệm

Báo cáo kết quả thử nghiệm bao gồm các thông tin sau (chi tiết xem tại Phụ lục A):

- Loại, nguồn gốc gối chỏm cầu;

- Ngày lấy mẫu, ngày thử nghiệm;

- Các khuyết tật của gối trước khi thử nghiệm (nếu có);

- Lực nén thiết kế lớn nhất;

- Hệ số ma sát ở từng chu kỳ;

- Mô tả tình trạng gối sau khi thử nghiệm;

- Người thử nghiệm, cơ sở thử nghiệm.

7.6  Thử nghiệm lực đẩy ngang

7.6.1  Quy định chung

Thử nghiệm lực đẩy ngang được áp dụng cho gối chỏm cầu cố định và gối chỏm cầu di động đơn hướng để kiểm tra khả năng chịu tải của thanh dẫn hướng và vành chặn.

7.6.2  Nguyên tắc

Tác dụng lên gối một lực nén bằng lực nén thiết kế lớn nhất và giữ tải trọng này trong suốt quá trình thử nghiệm. Sau đó, gối sẽ được tác động một lực ngang đến giá trị 15 % lực nén thiết kế lớn nhất hoặc 1,5 lần lực đẩy ngang thiết kế. Sau đó giữ tải trọng đẩy ngang này trong vòng 1 min để quan sát mức độ phá hoại. (Sơ đồ thử nghiệm như Hình 13 và Hình 14).

7.6.3  Thiết bị và dụng cụ

Thiết bị và dụng cụ thử nghiệm phải tuân theo các quy định trong Điều 7.2.

7.6.4  Mẫu thử

Mẫu thử nghiệm phải tuân theo các quy định trong Điều 7.1.

7.6.5  Cách tiến hành

Lắp đặt gối chỏm cầu lên bàn nén sao cho tâm gối nằm đúng tâm mặt bàn nén, phương của lực đẩy ngang vuông góc với chiều dịch chuyển của gối như trên Hình 13 và Hình 14.

Hình 13 - Sơ đồ 2 gối thử nghiệm đẩy ngang

Hình 14 - Sơ đồ 1 gối thử nghiệm đẩy ngang

Gia tải lên gối với lực nén bằng 100 % lực nén thiết kế lớn nhất.

Tác dụng một lực theo phương ngang vào tấm đệm với tốc độ không đổi, hướng trực giao với chiều dịch chuyển của gối đến giá trị 15 % lực nén thiết kế lớn nhất hoặc 1,5 lần lực đẩy ngang thiết kế. Sau đó giữ tải trọng đẩy ngang này trong vòng 1 min để quan sát mức độ phá hoại.

Lặp lại thử nghiệm theo Điều 7.6.5 tối thiểu 3 chu kỳ tác dụng lực đẩy ngang. Sau đó, hạ tải về “0”, quan sát đánh giá tình trạng hư hỏng của gối và các bộ phận cấu tạo gối.

7.6.6  Báo cáo kết quả thử nghiệm

Báo cáo kết quả thử nghiệm bao gồm các thông tin sau (chi tiết xem tại Phụ lục A):

- Loại, nguồn gốc gối chỏm cầu;

- Ngày lấy mẫu, ngày thử nghiệm;

- Các khuyết tật nếu có;

- Lực nén thiết kế lớn nhất;

- Lực đẩy ngang yêu cầu, lực đẩy ngang thử nghiệm;

- Mô tả tình trạng gối sau khi thử nghiệm;

- Người thử nghiệm, cơ sở thử nghiệm.

7.7  Thử nghiệm vật liệu chế tạo gối

7.7.1  Thử nghiệm vật liệu thép chế tạo gối, thanh dẫn hướng

Thí nghiệm vật liệu thép theo TCVN 197-1:2014, TCVN 198:2008, TCVN 8998 và các tiêu chuẩn tương đương phù hợp yêu cầu ở Điều 5.1.1.

7.7.2  Thử nghiệm vật liệu thép không gỉ

Thí nghiệm vật liệu thép theo TCVN 197-1:2014, TCVN 198:2008, TCVN 8998 và các tiêu chuẩn tương đương phù hợp yêu cầu ở Điều 5.1.2.

7.7.3  Thử nghiệm vật liệu PTFE

Thí nghiệm vật liệu PTFE theo TCVN 4501, ASTM D2256, ASTM D792 và các tiêu chuẩn tương đương phù hợp yêu cầu ở Điều 5.1.3, Điều 5.1.4.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Ví dụ một số biểu mẫu

A.1  Báo cáo kết quả thí nghiệm nén

A.2  Báo cáo kết quả thí nghiệm xoay

A.3  Báo cáo kết quả thí nghiệm đẩy ngang

A.4  Báo cáo kết quả thí nghiệm hệ số ma sát

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] Standard specifications and code of practice for road bridges - Section X: Bearings, Indian roads congress, 2014;

[2] BS EN 1337-2, Structural bearings - Part 2: Sliding elements (Gối cầu - Phần 2: Cấu kiện trượt);

[3] BS EN 1337-7, Structural bearings - Part 7: Spherical and cylindrical PTFE bearings (Gối cầu - Phần 7: Gối cầu PTFE hình chỏm cầu và hình trụ);

[4] European Technical Assessment ETA-06/0131, Spherical and cylindrical bearing with special sliding material made of UHMWPE (Ultra high molecular weight polyethylene);

[5] TCVN 10268:2014, Gối cầu kiểu chậu - Yêu cầu kỹ thuật;

[6] TCVN 10269:2014, Gối cầu kiểu chậu - Phương pháp thử;

[7] TCVN 12885:2020, Thi công cầu đường bộ;

[8] TCVN 11244-1:2015, Đặc tính kỹ thuật và chấp nhận các quy trình hàn vật liệu kim loại - Thử quy trình hàn - Phần 1: Hàn hồ quang và hàn khí thép, hàn hồ quang Niken và hợp kim Niken;

[9] TCVN 258-1:2007, Vật liệu kim loại - Thử độ cứng Vickers - Phần 1: Phương pháp thử;

[10] TCVN 5120:2007, Đặc tính hình học của sản phẩm (GPS) - Nhám bề mặt: Phương pháp Profin - Thuật ngữ, định nghĩa và các thông số nhám bề mặt.