中交二院-FPQZ摩擦摆球型支座选型指南

公路、城市桥梁工程建设桥梁减隔震系列产品FPQZ系列摩擦摆球型支座选型指南中交第二公路勘察设计研究院有限公司2012012012013333年年年年4444月月月月中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南2选型指南1概述FPQZ系列摩擦摆球型支座是按照国家标准《桥梁球型支座》(GB/T17955-2009)，同时参照并满足欧洲标准《Anti-seismicdevices》（EN15129-2009）、《Structuralbearings–Part7：SphericalandcylindricalPTFEbearings》（EN1337-7：2005）及其他相关行业规范研发的桥梁减隔震系列产品，通过了省部级科技成果鉴定（鄂科鉴字[2013]第04073023号），适用于公路、城市的各类型桥梁，尤其是震区桥梁。2设计依据
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
《桥梁球型支座》（GB/T17955-2009）
《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）
《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）
《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）
《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T722-2008）
《Structuralbearings》滑动元件部分（EN1337-2：2005）
《Structuralbearings》盆式支座部分（EN1337-5：2005）
《Structuralbearings》球型和圆柱型PTFE支座部分（EN1337-7：2005）
《Anti-seismicdevices》（EN15129-2009）
············3产品结构
FPQZ系列摩擦摆球型支座分为固定型、单向型、双向型、柱面型，一般由上支座板、不锈钢板、上耐磨板、球冠、下耐磨板、橡胶密封环、下支座板、限位装置及锚固组件等组成。中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南3
FPQZ-GD型，通常设置于固定墩，其在正常工况下为固定支座，地震时限位环剪断，支座双向减隔震；
FPQZ-DX型，该支座可用作纵向活动型或横向活动型，当用于纵向活动型时，其在横桥向设有限位板，纵桥向可自由位移，地震时横桥向限位板剪断，支座双向减隔震；
FPQZ-SX型，其在正常工况下可以任意方向活动，地震时双向减隔震；
FPQZ-ZM型，通常用于跨度较大的连续梁的活动墩，其在纵向活动为柱面，因此热胀冷缩支座高度不变化，地震时横向减隔震。固定型(FPQZ-GD)单向活动型(FPQZ-DX)双向活动型(FPQZ-SX)柱面单向活动型(FPQZ-ZM)图3.1FPQZ系列摩擦摆球型支座产品结构示意图支座部件名称材料上支座板Q345B/ZG270-500不锈钢板1Cr18Ni9Ti/0Cr17Ni12Mo2耐磨板改性超高分子量聚乙烯球冠组件Q345B/ZG270-500球面耐磨板改性超高分子量聚乙烯下支座板Q345B/ZG270-500限位装置Q345B，40CrMo，10.9级锚棒，锚栓45#/35#,12.9级中交第二公路勘察设计研究院有限公司4FPQZ系列摩擦摆球型支座FPQZ系列摩擦摆球型支座期仅与摆长半径R有关自振周期由球面半径R单摆周期公式：图如图4.3地震加速度反应谱所示可以大大降低桥梁结构地震响应Tπ2=中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南4系列摩擦摆球型支座减隔震原理系列摩擦摆球型支座是利用单摆原理设计开发的，如图有关，与质量块m大小无关，因此桥梁结构安装摩擦摆支座后的R决定。（α≤±5°）图4.1单摆运动模型图4.2桥梁结构利用摩擦摆支座减隔震模型地震加速度反应谱所示，只要将桥梁自振周期延长至可以大大降低桥梁结构地震响应，这就是桥梁结构安装FPQZ支座减隔震原理图4.3地震加速度反应谱gRπ摩擦摆球型支座选型指南如图4.1所示，单摆周因此桥梁结构安装摩擦摆支座后的结构利用摩擦摆支座减隔震模型只要将桥梁自振周期延长至3s、4s或更长，就支座减隔震原理。中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南5FPQZ系列摩擦摆球型支座除能有效延长桥梁结构周期、降低地震响应外，还可以通过自身的摩擦耗散地震能量，进一步降低结构地震响应，其力学行为本构关系式如下：水平力为：VdRV⋅+×=μF屈服后刚度：RV=K振动周期为：+×=dRgμπ112T等效刚度为：+×=dRVμ1Ke等效阻尼比为:112βeff+×=Rdμπ式中：V为支座承受竖向载荷；R为摆球面半径；d为支座摆动位移；µ为支座的摩擦系数。FPQZ系列摩擦摆球型支座的滞回曲线线形基本上是规则的平行四边形，水平力滞回曲线的基本形状如图4.4所示。图4.4摩擦摆球型支座的水平力滞回曲线中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南65支座型号FPQZ-4000-DX-e100-R3球面半径（m）；支座减隔震位移量（mm）；DX表示单向活动型支座；SX表示双向活动型支座；GD表示固定型支座；ZM表示柱面单向活动型支座竖向承载力（kN）摩擦摆球型支座类型代号。本例表示竖向承载力为4000kN，减隔震位移量为±100mm，球面半径为3m，常温单向活动型摩擦摆球型支座。当为柱面单向活动型支座时，位移量由减隔震位移及单向活动位移两部分组成，表示为e100/50，即减隔震位移量为±100mm，单向活动位移量为±50mm。该系列支座根据使用环境分普通型（一般大气环境）和耐腐蚀型（海洋大气环境与重度污染大气环境），耐腐蚀支座型号后加注（NS）以做标识；如上述示例耐腐蚀型支座表示为：FPQZ-4000-DX-e100-R3-NS。支座厂家应根据桥梁设计防腐要求选择相应的防腐体系。6主要技术性能6.1竖向承载力竖向承载力竖向承载力竖向承载力本系列支座根据设计需求，竖向承载力分为30个等级：1000kN、1500kN、2000kN、2500kN、3000kN、3500kN、4000kN、4500kN、5000kN、6000kN、7000kN、8000kN、9000kN、10000kN、12500KN、15000kN、17500kN、20000kN、22500kN、25000kN、27500kN、30000kN、32500kN、35000kN、37500kN、40000kN、45000kN、50000kN、55000kN、60000kN。根据工程需求，可以根据用户要求进行特殊规格的设计和制造。6.2球面球面球面球面半径半径半径半径球面半径是FPQZ系列球型支座的关键减隔震参数，其决定了产品、桥梁自振周期，两者间的关系如下：gRTπ2=中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南7本系列支座根据设计需求，半径R分为7个等级：球面半径（m）2.334567.59周期（s）33.544.555.56考虑桥梁工程实际需求及产品自身构造特殊，根据本系列支座的竖向力分成四档，每一支座型号设计了四种球面半径，分别适用于不同桥梁工程场地类别。半径R2.334567.59型号1000~10000ⅠⅡⅢⅣ12500~20000ⅠⅡⅢⅣ22500~40000ⅠⅡⅢⅣ45000~60000ⅠⅡⅢⅣ上表中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ隔震等级分别与《公路桥梁抗震细则》（JTG/TB02-1-2008）第4.1.8节中场地类别对应。6.3设计位移设计位移设计位移设计位移FPQZ-GD系列支座的位移量：地震时，限位环剪断，支座球面摆动所能达到的最大值；FPQZ-DX系列支座的位移量：限位方向，地震时，限位装置剪断，支座球面摆动所能达到的最大值；活动方向，无限位，热胀冷缩支座会摆动滑移，支座高度会发生较小的变化，地震时，支座球面摆动所能达到的最大值；FPQZ-SX系列支座的位移量：纵、横桥向，无限位，热胀冷缩支座会摆动滑移，支座高度会发生较小的变化，地震时，支座球面摆动所能达到的最大值。FPQZ-DX、FPQZ-SX系列支座在热胀冷缩时，高度变化Δh可以由下面公式计算得出：式中：R指本系列支座的球面半径，d指桥梁热胀冷缩时产生实际位移量。FPQZ-ZM系列支座的位移量：e150/200，前面150为横桥向球面摆动位移量；后面的200为纵向热胀冷缩的位移量，纵向位移不会引起高度变化。设计位移分为6级：±100mm，±150mm，±200mm，±300mm，±400mm，±500mm。6.4设计转角设计转角设计转角设计转角θ（（（（rad））））本系列支座设计转角不小于±0.02rad。6.5温度适用范围温度适用范围温度适用范围温度适用范围-40℃～+60℃。22dRRh--≈Δ中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南86.6摩擦系数摩擦系数摩擦系数摩擦系数µ本系列支座，设计摩擦系数为0.03。7支座隔震参数选取FPQZ系列摩擦摆球型支座的隔震参数包括：摩擦系数、隔震半径（或周期）、地震位移量。为了准确的得到上述三个参数需要建立整桥有限元分析模型，并进行非线性时程分析；但这个通常复杂，计算要花费大量时间。为此，我们通过反应谱的方法，计算出不同烈度、不同特征周期的FPQZ系列摩擦摆球型支座的隔震参数表，详见表7.5，供桥梁设计人员初步设计时参考使用。FPQZ系列摩擦摆球型支座的隔震参数表由加速度反应谱的Tg及最大谱值Smax共同决定。其中Tg根据《公路桥梁抗震细则》中的表5.2.3取值(表7.1)，对于特殊工程做了地质安评，以安评报告为准。表7.1反应谱特征周期区划图上的特征周期（s）场地类型划分ⅠⅡⅢⅣ0.350.250.350.450.650.400.300.400.550.750.450.350.450.650.90根据《公路桥梁抗震细则》设计加速度反应谱最大值为：S2.25CCCA式中：Ci为抗震重要系数；Cs为场地系数；Cd为阻尼调整系数，取值1.0；A为水平向设计基本地震加速度峰值。图7.1水平设计加速度反应谱表7.2抗震重要系数Ci桥梁分类E1地震作用E2地震作用A类1.01.7B类0.43（0.5）1.3（1.7）C类0.341.0D类0.23-注：高速公路和一级公路上的大桥、特大桥，其抗震重要性系数取B类括号内的值。中交第二公路勘察设计研究院有限公司FPQZ摩擦摆球型支座选型指南9表7.3场地系数Cs抗震设防烈度6789长度类型0.05g0.1g0.15g0.2g0.3g0.4gⅠ1.21.00.90.90.90.9Ⅱ1.01.01.01.01.01.0Ⅲ1.11.31.21.21.01.0Ⅳ1.21.41.31.31.00.9表7.4水平向设计基本地震加速度峰值A抗震设防烈度6789A0.05g0.10（0.15）g0.20（0.30）g0.40g表7.5FPQZ系列支座地震参数单位：g-s-mmTg0.250.30.350.40.450.550.650.750.9Smax0.113/////1001001001000.124////1001001001001000.135////1001001001001000.146///1001001001001001000.161///1001001001001501500.176///1001001001001501500.191//1001001001001001501500.21//1001001001001501502000.225/1001001001001001501502000.23/1001001001001001502002000.304/1