FDSB钟摆式隔震支座产品介绍

地震保护装置之——FDSB钟摆式隔震支座

产品介绍

武汉鑫拓力工程技术有限公司

2011年5月

地震灾害

地震是因地球内部缓慢积累的能量突然释放引起的地球表层的振动；强烈的地面振动，会直接和间接造成桥梁、建筑物的倒塌及破坏，成为灾害。

◆1999年8月，土耳其伊兹米特，7.8级，死亡人数2万，损失200亿美元；

◆2004年12月, 印尼苏门答腊岛,8.9级,死亡人数28万；

◆2008年5月, 我国汶川，8.0级, 死亡人数6.9万；损失8451亿元；

◆2010年1月，海地太子港，7.3级, 死亡人数31.6万，损失78亿美元；

◆2011年3月，日本宫城，9.0级，死亡人数2.6万；损失2097亿美元

地震带的分布

全世界地震主要分布于以下两个带：环太

平洋地震带、喜马拉雅——地中海地震带。根

据国家地震局统计，我国烈度等于或大于7度

的面积达403万平方公里，占国土总面积的近

40%，有近半数的城市位于7度或7度以上的地

震区。

对地震的研究

20世纪以来，大量学者投入于地震的科学研究，直到上世纪50年代基本建立了“地震工程理论体系”，正意义上认识地震的成因、机理。70年代以后，抗震理论得到迅速发展，特别是减、隔震技术提出，对结构工程抗震设计起到革命性的作用。减、隔震技术采用了以柔克刚，突破了传统的“肥梁胖柱”硬抗的理念，提升了结构工程整体抗震能力的同时大大降低工程造价。

1973年新西兰建成第一座隔震桥梁，1987年3月发生烈度为9度的地震，只是个别支座产生较大的位移，震后很快得以修复；1992年4月美国加州大地震（峰值加速度0.55g），Eel River Bridge采用减、隔震设计，震后桥梁完好无损。至今，已有成千上万的工程采用减、隔震设计理念。

关于我们

我们是从事于桥梁工程、建筑工程减隔震产品开发企业，成功开发了弹塑性钢阻尼装置、粘滞性阻尼器、弹塑性阻尼器、钟摆式隔震支座等系列产品，

FDSB钟摆式隔震支座

1.关于FDSB钟摆式隔震支座

FDSB钟摆式隔震支座是根据单摆的原理研发用于桥梁工程、建筑工程的隔震支座；传统的桥梁或建筑结构的自振周期是取决于结构的刚度、质量，若其自振周期与地震波特征周期一致时将会发生结构共振导致结构地震损坏；为避免这一现象，通过在桥梁与桥墩之间的钟摆式隔震支座（替代常规桥梁支座），调整桥梁结构系统自振周期来降低桥梁结构地震响应。

此类隔震支座早在上世纪八十年代美国工程上应用，现已成为欧美发达地区主要选用的减、隔震产品。

2.FDSB钟摆式隔震支座结构型式

鑫拓力公司结合桥梁工程、建筑工程，并借鉴国内、外同类产品的经验，开发出“单滑动曲面FDSB-S”、“双滑动曲面FDSB-D”及“圆柱面FDSB-C”三种系列钟摆式隔震支座。FDSB钟摆式隔震支座主要由上摆动板、中间球冠板、下支座板及耐磨材料构成；该支座可以在上摆动板与下支座板间设置限位卡环，支座在日常工况下便是固定支座，地震时限位卡环剪断转变为钟摆式隔震支座。

FDSB-S钟摆式隔震支座

单滑动曲面型支座主要的特点，球冠板上滑动面（大半径球面）主要摆动减震、下滑动面（小半径球面）主要起到支座转动，其结构与常规球型支座类似，因此该结构具有良好的转动性，适用于对转角要求比较高的桥梁或建筑工程上。

单滑动曲面钟摆式隔震支座

●FDSB-D钟摆式隔震支座

双滑动曲面型支座主要的特点，有两个滑动面摆动减震，可以提供较大位移，适用于位移量较大，对转角要求不太高的桥梁或建筑工程上。

双滑动钟摆式隔震支座

●FDSB-C钟摆式隔震支座

圆柱面型支座主要的特点，上摆动板是圆柱形曲面，只在圆柱径向方向上起到隔震作用，而在圆柱轴线方向上与常规支座相同，不能起到隔震作用，适用于单方向有隔震要求或对梁体竖向位移有限制的桥梁或建筑工程上。

柱面钟摆式隔震支座

3. 减、隔震原理

下图为单摆的示意图与隔震原理图，桥梁结构安装隔震支座后其自振周期就由半径R 决定。 周期g R

T π2= （α≤±5°） 刚度R V

K =

单摆运动模型

滑动摆运动模型

下图为地震加速度反应谱，可以看出当结构周期大于场地周期Tg 时，结构的地震响应大大降低。

钟摆式隔震支座通过结构自重沿滑动曲面的切线方向的分力提供回复力，帮助上部结构回到原来的位置。有效延长减隔震结构的自振周期，支座的侧向力F等于回复力与摩擦力之和F=Vd/R+μV。

式中：V为上部结构的竖向荷载；d为支座的侧向位移；R为滑动球面与转动球面之间的球心距，等于两个球面曲率半径之和减去球冠厚度；μ为滑动面的摩擦系数。

该支座的滞回曲线线形基本上是规则的平行四边形，侧向滞回曲线的基本形状如图2所示。

图2钟摆式隔震支座的侧向滞回曲线 支座屈服后刚度：R V

=K 振动周期为：⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=d R g μπ11

2T 支座的等效刚度为：⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=d R V μ

1

K e 支座的等效阻尼比为: 11

2βe f f +⨯=R d μπ 式中：d 为设计位移，dx 为实际位移。

可见，对于相同的设计位移，等效阻尼比随着球心距和摩擦系数的增加而增加。另外，对于一个R 和μ都已经确定的钟摆式隔震支座，等效刚度随着位移量的增加而减小，等效阻尼比也随着位移量的增加而减小。可见，钟摆式隔震支座具有结构紧凑、物理模型简单、抗震机理可靠的优点。只要合理选取支座的设计位移d 、球心距 R 和摩擦系数μ，就能满足不同的减隔震设计要求。

4.试验验证

本产品试验在同济大学建设工程质量检测站进行，试验内容包括：1）竖向承载能力测试；

2）摩擦阻力测试；

3）静摩擦系数测试；

4）水平承载力测试；

5）滑动测试，包括动态曲线、摩擦阻力（动摩擦系数）、阻尼能力、滞回曲线稳定性测试。

试验试样设计性能参数如下：

试验前试样试验中试样