FPQZ系列摩擦摆球型支座选型指南

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1、 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 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中交第二公路勘察设计研究院有限公司 CCCC Second Highway Consultants Co Ltd 2013 年 4 月 2013 年 4 月 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 FPQZ 系列摩擦摆球型支座选型指南 目 录 1 概述 01 2 设计依据 01 3 产品结构 01 4 支座减隔震原理 03 5 支座型号 05 6 主要技术性能 05 7 支座隔震参数选取 07 8 支座布置原则 09 9 支座安

2、装尺寸 11 9 1 固定型摩擦摆球型支座安装尺寸 11 9 2 单向型摩擦摆球型支座安装尺寸 18 9 3 双向型摩擦摆球型支座安装尺寸 25 9 4 柱面型摩擦摆球型支座安装尺寸 32 10 支座安装工艺 39 10 1 垫石构造要求 39 10 2 灌浆工艺 40 10 3 现浇梁支座安装工艺流程 41 10 4 预制梁支座安装工艺流程 42 11 附属构件说明 预埋钢板 锚棒 锚栓等 43 12 科学技术成果鉴定证书 44 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 FPQZ 系列摩擦摆球型支座选型指南 1 选 型 指 南 选 型 指 南 1 概述 FPQZ 系列摩擦摆球型支座是按照国家标准

3、桥梁球型支座 GB T 17955 2009 同时参照并满足欧洲标准 Anti seismic devices EN15129 2009 Structural bearings Part 7 Spherical and cylindrical PTFE bearings EN 1337 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 JTG D60 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 公路

4、桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 桥梁球型支座 GB T 17955 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 GB 50017 2003 铁路工程抗震设计规范 GB 50111 2006 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件 JT T 722 2008 Structural bearings 滑动元件部分 EN 1337 2 2005 Structural bearings

5、盆式支座部分 EN 1337 5 2005 Structural bearings 球型和圆柱型 PTFE 支座部分 EN 1337 7 2005 Anti seismic devices 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 系列摩擦摆球型支座选型指南 2 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

6、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 1 FPQZ 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 0Cr17Ni12M

7、o2 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 4 F 仅与 周期 以大 中交第二公路 FPQZ 系列摩 FPQZ 系列 与摆长半径 期由球面半径 单摆周期 如图 4 3 地 大大降低桥梁 路勘察设计研究 摩擦摆球型 列摩擦摆球 R 有关 与 径 R 决定 期公 图 4 地震加速度反 梁结构地震 T 2 究院有限公司 型支座减隔 型支座是利 与质量块 m 式 图 4 2 桥梁结 反应谱所示 震响应

8、这就 图 4 g R 司 3 隔震原理 利用单摆原 m 大小无关 5 4 1 单摆运 结构利用摩擦 示 只要将桥 就是桥梁结 3 地震加速 理设计开发 因此桥梁 运动模型 擦摆支座减 桥梁自振周 结构安装 FP 速度反应谱 FPQZ 系列摩 发的 如图 梁结构安装 减隔震模型 周期延长至 PQZ 支座减 谱 摩擦摆球型支 4 1 所示 装摩擦摆支座 3s 4s 或更 减隔震原理 支座选型指南 单摆周期 座后的自振 更长 就可 期 振 可 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 FPQZ 系列摩擦摆球型支座选型指南 4 FPQZ 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

9、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 Vd R V F 屈服后刚度 R V K 振动周期为 dR g 1 1 2T 等效刚度为 dR V 1 Ke 等效阻尼比为 1 12 eff R d 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 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 系列摩擦摆球型支座选型指南 5 5 支座型号 FPQZ 4000 DX e

10、100 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

11、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 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 4000

12、0kN 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 g R T 2 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 FPQZ 系列摩擦摆球型支座选型指南 6 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 3 3 4 5 6 7 5 9 周期 s 3 3 5 4 4 5 5 5 5 6 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

13、不同桥梁工程场地类别 半径 R 2 3 3 4 5 6 7 5 9 型号 1000 10000 12500 20000 22500 40000 45000 60000 上表中的 隔震等级分别与 公路桥梁抗震细则 JTG T B02 1 2008 第4 1 8节中场地类别对应 6 3 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

14、 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 h 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 前面的 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 rad 本系列支座设计转角不小于 0

15、 02rad 6 5 温度适用范围 本系列支座温度使用范围 40 60 22 dRRh 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 FPQZ 系列摩擦摆球型支座选型指南 7 6 6 摩擦系数 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 FP

16、QZ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 0 35 0 25 0 35 0 45 0 65 0 40 0 30 0 40 0 55 0 75 0 45 0 35 0 45 0 65 0 90 根据 公路桥梁抗震细则 设计加速度反应谱最大值为 S 2 25C CSC A 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 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 FPQZ 系列摩擦摆球型支座选型指南 8 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 0 1 7 B 类 0 43 0 5 1 3 1 7 C 类 0 34 1 0 D 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 表 7 3 场地