抗12-典尚设计

第12章 支座部结构12.1一般规定 支座部主要是对与5.3.1规定的等效水平地震力系数相当的惯性力也能够传递上部结构的惯性力的结构。尤其在采用减震结构、地震时水平力分散结构时的支座部必须满足以上要求。但因桥台的约束，梁难以产生大的振动时及支座部的结构上无奈时，也可以看成是与防止落梁系统互补，能抵抗惯性力的结构。以下，把以支座部单独抵抗与等效水平地震力系数相当的惯性力时采用的支座称为B型支座，把与防止落梁系统互补，能抵抗这一惯性力时采用的支座称为A型支座。而且，进行减震设计时除本章的规定外，也遵从第8章的规定。解说： 所谓支座部，是说支座本体、与地脚螺栓、螺栓等的上下部结构连接的构件以及与有支座底板灰浆的支座相连接的上下部结构部分。作用于上部结构的顺桥向及横桥向的惯性力为了通过支座部传达到下部结构，支座部必须是确实能够把地震力传达到下部结构的结构。尤其，减震结构、或者以地震时水平力分散结构为前提设计桥时，即使对与等效水平地震力系数相当的惯性力，支座部也必须保持其功能。以前有这么一种所谓支座保险论的看法，即若支座部太强，就会有过大的地震力从上部结构作用于下部结构，而让支座弱一些就能减少对桥整体系统的损伤。但若从兵库县南部地震造成的被害状况来看，支座损伤引起上下部结构大损伤的情况也不少。从这点来看，支座部作为构成桥的主要结构构件之一，基本上可认为对与5.3.1节规定的等效水平地震力系数相当的惯性力也是确实起作用的结构。 为了达到上述目的，主要是支座部单独应能够抵抗与等效水平地震力系数相当的惯性力，但因桥台的约束，梁难以产生大的振动时及支座部的结构上无奈时，也可以看作是与第13章中规定的防止落梁系统互补，能抵抗这一惯性力的结构。用于前者的支座称为B型，称后者为A型。这就不仅仅是支座的设计，也照顾到了第13章中落梁预防系统的选定的明确化。而且，对于13.1(1)节的解说中所示的有必要特别仔细研究落梁防止系统的桥原则上采用B型支座。 可以采用与落梁防止系统互补、抵抗惯性力的A型支座，是两端有桥台的梁长在50m以下的桥，这种桥比较难以发生由地震引起的振动。但是，桥台刚性低的所谓支柱桥台()型的情况，必须使用B型支座。而且，因支座部的结构上的制约不得不使用A型支座时，必须充分研究地震时桥的行为，设置适当的防止落梁系统。 图-解12.1.1示出了以上的选择支座的基本思路。 而且，在希望减低上部结构作用于下部结构的惯性力来设计支座，即进行减震设计时，遵照第8章的规定、在采用期望减低其他的地震的影响的结构时，遵照第14章的规定。12.2 支座部的抗震设计中采用的设计地震力 (1) 采用B型支座时，采用5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法中用的等效水平地震力系数，算出惯性力，再把与此相当的水平力作为支座部的设计水平地震力。 (2) 采用A型支座时，采用4.1节规定的地震系数法中用的等效水平地震力系数，算出惯性力，再把与此相当的水平力作为支座部的设计水平地震力。 (3) 对A型、B型的支座部，都要考虑用式(12.2.1)及式(12.2.2)算出的上下方向的地震力。但，采用B型支座时，用式(12.2.1)算出的RU超过-0.3RD时，把RU作为-0.3RD。在此，RL及RU都以向下为正。 (12.2.1) (12.2.2)式中，RL：支座部的抗震设计中采用的向下地震力(tf)RU：支座部的抗震设计中采用的向上地震力(tf)RD：因上部结构的静载，支座产生的反力(tf)。向下的反力为正。RHE：(1)及(2)中规定的设计水平地震力作用于横桥向时，支座产生的上下方向的反力(tf)。RVEQ：因设计垂直地震系数kV产生的上下方向的地震力(tf)，由式(12.2.3)算出。RVEQk VRD (12.2.3)kV：设计垂直地震系数，其值为用地震系数法进行抗震设计时，把4.1规定的设计水平地震力系数、用地震时保有水平抗力法进行抗震设计时，把5.3.2规定的地基面上的设计水平地震力系数分别乘以表-12.2.1中规定的系数。表-12.2.1 与设计水平地震力系数相乘的系数地震系数法地震时保有水平抗力法类 型 I类 型 II系 数0.50.50.67解说： (1) 在B型支座的抗震设计中要规定应考虑的设计地震力。对B型支座，支座部能抵抗地震时保有水平抗力法中采用的设计地震力是必要的，因此要把与桥墩设计中采用的等效水平地震力系数相当的惯性力作为该支座部的设计水平地震力。此处，支座的设计是根据对桥墩的地震时保有水平抗力进行校核的结果而进行的，对连续桥等，用各桥墩的容许塑性率进行支座的设计时，就要对每个桥墩给出不同的设计条件，可以设想这会产生实际的困难问题。而且对于韧性小的壁式桥墩、桥台的横桥向等，支座的设计事实上是存在困难的。在如上的情况下，在求取顺桥向及横桥向的等效水平地震力系数时所用的桥墩及桥台的容许塑性率一般可以假定为3。根据这一假定，对一般的桥墩，在大多数设计条件下就会给出安全的值。又，对于壁式桥墩、桥台的横桥向等，设计上支座的屈服强度就低于下部结构主体的屈服强度，往横桥向发生落梁的可能性很小，即使对13.8节中规定的桥，因在横桥向设置位移限制结构，可以企望这是完全的防止落梁对策。 (2) 关于A型支座，把与地震系数法中所用的设计水平地震力系数相当的惯性力作为该支座部的设计水平地震力。这是因为对于发生概率比较高的地震系数法所用的与设计水平地震力系数相当的地震力，要最低限度确保支座部不受损伤。此外，对于在这之上的地震力，A型支座有可能损伤，在这样的情况下，也必须讲究适当的对策，通过防止落梁系统，防止上下部结构间产生大的相对位移，不发生大的阻碍车辆通行的垂直错位。 (3) 先前的抗震设计篇(平成2年2月)在支座部的设计中，原则上是在不考虑由水平方向的惯性力及主载引起的垂直反力这种条件之下，考虑与静载引起的垂直反力乘以设计地震系数0.1的值相当的上升力。但是，在梁高度高时，正如图-解12.2.1中所示的，即使水平地震力作用于横桥向也会有产生上下方向反力RHEQ的情况，因此，此时如条文那样应估计这一影响。支座中因上下方向的地震力产生上下方向反力RVEQ和因水平方向的地震力产生上下方向反力RHEQ同时取最大值的概率是很低的，因此此处取两者的平方和的平方根。 RHEQ一般可以由式(解12.2.1)算出。RHEQ即使在1支座线上也根据支座的位置而变化，这时1支座线上的支座内采用绝对值最大的值作为RHEQ。 (解12.2.1)式中，RHEQi：设计水平地震力作用于横桥向时第i个支座中产生的反力(tf)khe：5.3.1节中规定的等效水平地震力系数Rdi：作用于第i个支座的静载反力(tf)hB：从支座底面到上部结构重心的垂直方向距离(m)。1号支座线上的支座底板面有高低差时，取1号支座线上的hB中的最大值。xi：从上部结构重心位置到第i个的支座的水平方向距离(m)。考虑正负。K：表示在合适条件下所用的比例关系。通过解式(解12.2.1)而求得。x0：给出RHEQi的平衡位置的常数(m)。但，在横桥向左右对称的断面上，重心位置在其中心时为零。 而且，如同图-解12.2.1，含支座线的断面左右对称时，式(解12.2.1)的RHEQi在式(解12.2.2)中给出。其中，绝对值最大的值作为RHEQi。又，如图-解12.2.1，在横桥向支座的配置左右对称、由3支座组成时的RHEQi在式(解12.2.3)中给出。 (解12.2.2) (解12.2.2) 设计垂直地震系数，在用地震时保有水平抗力法时，设定为估计5.3.2节中规定的地基面上的水平地震力系数乘以表-12.2.1的系数的值。此处，在地震时保有水平抗力法中的类型II的设计水平地震力系数的情况下，把系数设为0.67就是考虑了平成7年兵库县南部地震的神户地区那样离震源区近的地区上下地面振动变大这样的可能性。 而且，在B型支座中，对向上的地震力规定了最小值。这是为了在B型支座的设计中充分确保对垂直方向的地面振动的安全。此外，即使使用A型支座，在采取设置约束垂直方向的位移的结构等上升力对策时，作为向上的地震力的最低值可以用-0.1RD。12.3 支座部的安全性校核 (1) 用B型支座时，支座本体、连接构件及与支座连接的上下部结构部分的屈服强度必须高于12.2(1)节规定的设计水平地震力及12.2.(3)节规定的上下方向的设计地震力。在此，支座本体、连接构件及与支座连接的上下部结构部分的屈服强度可以从考虑了加成系数1.5的容许应力强度算出。 又，用橡胶支座时，让12.2(1)节规定的设计水平地震力作用于支座的水平方向时橡胶支座本体中产生的剪切应变及局部剪切应变必须分别在250%及橡胶的断裂应变除以安全系数所得的值以下。在此，安全系数设为1.2。 (2) 用A型支座时，通过12.2(2)节规定的设计水平地震力及12.2.(3)节规定的上下方向的设计地震力，在支座本体、连接构件及与支座连接的上下部结构部分中产生的应力强度必须在考虑了加成系数1.5的容许应力强度以下。 又，用橡胶支座时，让12.2(2)节规定的设计水平地震力作用于支座的水平方向时橡胶支座本体中产生的剪切应变必须在150%以下。 (3) 在B型支座中，必须这样进行设计，即连接构件及与支座连接的上下部结构部分对矩是安全的，而矩由12.2(1)节规定的设计水平地震力乘以支座高度求出。解说： 应该分别规定A型及B型支座对于12.2节规定的地震力的作用必须满足的条件。此处，所谓连接构件是指使支座本体与上下部结构结合的螺栓构件。 (1) 用B型支座时，支座本体、连接构件、与支座连接的上下部结构部分的屈服强度之所以要从考虑了加成系数1.5的容许应力强度算出，是因为对这种构件，规定、评价基于构件的塑性变形的韧性、能量吸收还是很难的。因此，对于与地震时保有水平抗力法用的等效水平地震力系数相当的地震力，以不容许支座部屈服为目标。而且，根据充分的研究，在计算决定屈服强度可能时，可以据此进行安全性的校核。 用橡胶支座时，用式(解12.3.1)求出的剪切应力必须在250以下。而且，因桥梁用橡胶支座的变形性能在剪切应力的350400以上，这一临界值应是估计了安全系数而规定的。 (解12.3.1)式中，g：橡胶支座中产生的剪切应力uB：因地震力橡胶支座中产生的水平位移(cm)tei：第i层橡胶层的厚度(cm)n：橡胶层数 再者，作用于橡胶支座的垂直荷载，以及因水平力支座端部产生的局部剪切应力必须在容许值以内，对此要进行校核。在此，橡胶的断裂应力可参考表-解8.4.1的值。 (2) 对A型支座部，用地震系数法求出的12.2(2)节及(3)节的水平方向以及上下方向的地震力作用时，支座本体、连接构件及与支座连接的上下部结构部分中产生的应力强度应规定必须在考虑了加成系数1.5的容许应力强度以下。 用橡胶支座时，由式(解12.3.1)算出的支座本体的剪切应力必须在150以下。 (3) 固定上钢板与梁所用的螺栓的设计，以往一直考虑相当于垂直地震系数0.1的上升力，但在平成7年兵库县南部地震中，可见到许多这种螺栓发生断裂的例子。因此，在B型支座，要象支座与上下部结构连接的螺栓那样，对水平地震力及与其相伴、起因于支座高度的力偶起作用的构件及其连接部，要考虑这一影响来进行设计，对螺栓也与地脚螺栓同样要确保足够的断面。这时，希望12.2节规定的地震力由固定支座与上下部结构的螺栓来承担。12.4 支座部的结构12.4.1 一般规定 (1) 用B型支座时，通过连接构件要使支座本体与上下部结构结合牢固。 (2) 对与支座连接的上下部结构，根据钢桥篇、混凝土桥篇及下部结构篇，为了能抵抗地震力，要充分加固。解说： (1) 用B型支座时，为了使支座本体与上下部结构结合牢固，原则上，上钢板与上部结构要用螺栓连接。连接部，根据12.3(1)节及12.3(3)节的规定，应是能抵抗向上及水平方向的地震力的结构。 (2) 关于与支座连接的上下部结构，因要能完全抵抗支座设计中采用的地震力，按照上下部结构及支座部的结构，遵从有关各篇的规定，应该规定有必要进行加固。12.4.2 橡胶支座 (1) B型支座中所用的橡胶支座的上下面，要设置厚度22mm以上的上钢板及下钢板。 (2) 垫板及支座底板的板厚原则上应在22mm以上。 (3) 为了防止橡胶支座内部的钢板的腐蚀、老化等，橡胶支座本体的表面要设置厚度5mm以上的覆盖橡胶。解说： B型支座中所用的橡胶支座的结构实例示于图-解12.4.1，而A型支座中所用的橡胶支座的结构实例示于图-解12.4.2。而且，在用A型支座的场合，判定为由式(12.2.2)的上升力起作用时，要是这值不是特别大，则必须使地脚螺栓的长度在30cm以上等来设置使长度有足够的宽余，以便不易发生支座、梁的拔起。但，上升力大时要采用B型支座。 (1) B型支座所用的橡胶支座，必须是能使上部结构的惯性力确实能传递至橡胶本体。而且，必须做到不因与橡胶剪切变形相伴产生的旋转变形、弯翘等使橡胶本体与上下支座的间隙变大。 (2) 橡胶支座因在其内部和外周部承压应力分布易变为不均匀，使用橡胶支座时，有必要加固支座部周边的上下部结构。因此，钢桥的垫板板厚原则上要在22mm以上。混凝土桥的支座底板厚度也定为与垫板相同的值。 (3) 橡胶支座的外表面必须做到不发生内部钢材的腐蚀、橡胶的老化等，为此在支座本体上设置厚度5mm以上的覆盖橡胶。而且，橡胶与上下钢板的结合面附近必须采取可靠的防锈对策。12.4.3 钢制支座 (1) 钢制支座必须使用韧性高的钢材。而且必须采用各部位难以产生高应力集中的结构。 (2) 钢制支座的高度须尽可能减低。解说： (1) 有不能预期的大地震力作用于支座的情况，这时，要使用韧性高的材料，以免引起无韧性()的破坏。而且，在平成7年兵库县南部地震中，因