中交二院FPQZ摩擦摆球型支座选型指南

出： ∆h ≈ R − R 2 − d 2
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 θ（rad）
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
场地类型划分
周期（s）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
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 C C A
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：T = 2π R
g
6
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
本系列支座根据设计需求，半径 R 分为 7 个等级：
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
桥梁分类
表 7.2 抗震重要系数 Ci
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。
8
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
表 7.3 场地系数 Cs
抗震设防烈度
6
7
8
9
长度类型
0.05g
0.1g
0.15g
0.2g
0.3g
0.4g
Ⅰ
1.2
1.0
0.9
0.9
0.9
0.9
Ⅱ
1.0
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
2013 年 4 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
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/T 17955-2009)，
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 上支座板 不锈钢板 耐磨板 球冠组件 球面耐磨板 下支座板 限位装置 锚棒，锚栓
材料 Q345B / ZG270-500 1Cr18Ni9Ti/0Cr17Ni12Mo2
改性超高分子量聚乙烯 Q345B / ZG270-500
改性超高分子量聚乙烯 Q345B / ZG270-500
Q345B，40CrMo，10.9 级 45#/35#,12.9 级
3
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 FPQZ 系列摩擦摆球型支座减隔震原理 FPQZ 系列摩擦摆球型支座是利用单摆原理设计开发的，如图 4.1 所示，单摆周
0.54 100
0.57 100
0.585 150
表7.5 FPQZ系列支座地震参数
0.3 0.35 0.4 0.45 0.55 0.65
/
/
/
/
100 100
/
/
/
100 100 100
/
/
/
100 100 100
/
/
100 100 100 100
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，分别适用于不同桥梁工程场地类别。
半径 R 2.3
型号
1000~10000
Ⅰ
12500~20000
22500~40000
0.146
/
0.161
/
0.176
/
0.191
/
0.21
/
0.225
/
0.23
/
0.304
/
0.315 100
0.338 100
0.38 100
0.383 100
0.395 100
0.405 100
0.41 100
0.439 100
0.45 100
0.497 100
0.516 100
0.527 100
期仅与摆长半径 R 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 自振周期由球面半径 R 决定。 单摆周期公式： T = 2π R （α≤±5°）
g
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 如图 4.3 地震加速度反应谱所示，只要将桥梁自振周期延长至 3s、4s 或更长，就 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 4.4 摩擦摆球型支座的水平力滞回曲线
5
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
5 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
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》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） ···
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。
屈服后刚度： K = V R
振动周期为： T = 2π
1
g
×
1 R
+
µ d
等效刚度为： K e
=V
×
1 R
+
µ d
等效阻尼比为:
β eff
=
2 π
×
1
d µR
+
1
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。
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。
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
Ⅲ
1.1
1.3
1.2
1.2
1.0
1.0
Ⅳ
1.2
1.4
1.3
1.3
1.0
0.9
抗震设防烈度 A
表 7.4 水平向设计基本地震加速度峰值 A
6
7
8
0.05g
0.10（0.15）g 0.20（0.30）g
9 0.40g
Tg 0.25
Smax
0.113
/
0.124
/
0.135
/
本系列支座设计转角不小于±0.02rad。
6.5 温度适用范围 -40℃～+60℃。
7
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
6.6 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）、
45000~60000
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3
4
5
6
7.5 9
Ⅱ ⅢⅣ Ⅰ ⅡⅢⅣ
ⅠⅡⅢ Ⅳ ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ
上表中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ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 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
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。
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
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。
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
图 4.3 地震加速度反应谱
4
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
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： F = V × d + µ ⋅V R
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。
2
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
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；