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第11章基础的地震时保有水平抗力法抗震设计11.1 一般原则 当静载及与由式（5.2.6）算出的设计水平地震力系数相当的惯性力作用于桥墩基础时，根据11.2节的规定算出基础所产生的断面内力，地基反力系数及位移，以不达到11.3节规定的基础的屈服为原则进行抗震设计。但基础产生主要非线性时根据11.4节的规定算出基础的反应塑性率，而抗震设计要使反应塑性率在11.4节规定的塑性率的限值以下。 而且，要做到桥的安全性不因基础产生的位移而受到损害。 一般原则表明了基础抗震设计的基本方针。因为基础位于地表下，与下部结构主体相比损伤难以发现，而其修补又不得不大规模进行。因此，在抗震设计时，按地震系数法设计的桥墩基础在具有与桥墩墩身的极限水平抗力同等以上的水平抗力的同时，还要有足够的变形性能。这是因为，根据地震时保有水平抗力法的抗震计算法中，正如图-解11.1.1(a)所 示，主要是使桥墩基部形成与弯曲破坏相伴随的塑性铰，此时，通过使基础的行为停留在屈服范围内，不使基础产生大的损伤和主要非线性。 在横桥向，如同壁式桥墩那样，对于地震时保有水平抗力法用的设计水平地震力系数，桥墩墩身具有足够大的极限水平抗力时，使基础的抗力在桥墩的极限水平抗力以上进行设计并不一定是合理的。还有，产生液化时，由于基础周围地基的强度和支撑力降低，因此基础整体的抗力也降低，在这种场合，要是使基础的抗力比桥墩墩身的极限水平抗力更大，可以认为结构段面过度增大、桥整体的设计有时就会不合理。因此，在这种场合的基础的设计中，在基础的抗力低于桥墩墩身的极限水平抗力、基础本体不发生过度损伤的范围内，允许基础产生主要非线性、期待基础的能量吸收进行设计是合理的。在这种场合，对与5.3.2节规定的地震时保有水平抗力法用的设计水平地震力系数相当的水平力，算出11.4节规定的基础的反应塑性率，而且要校核其在限制值以下(参照图-解11.1.1(b)）。在此，在横桥向对地震时保有水平抗力法用的 设计水平地震力系数，桥墩墩身具有足够大的极限水平抗力这种情况可以是符合式(解11.1.1)的情况或者是判断为由9.8节规定的剪切破坏型及弯曲损伤向剪切破坏转变型。 Pu1.5kheW (解11.1.1)式中，Pu：基础支撑的桥墩的极限水平抗力(tf)；Khe：5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法用的等效水平地震力系数；W：地震时保有水平抗力法用的等效重量(tf)，由式(5.2.3)算出。 而且，为了使桥整体系统的安全性不因桥墩基础产生的位移而受到损害那样来进行抗震设计，要校核基础的位移。基础的位移的极限值可以以5.2(2)节的解说中所示的水平位移40cm，转动角0.025rad为目标。 在对液化的抗震设计中，因在7.2(3)节中对于不产生液化时也进行抗震设计，在不降低因液化的土质常数的条件下，设计要使基础的抗力在桥墩的极限水平抗力以上。 基础除了有桥墩基础外还有桥台基础，一般桥台基础可以不作为根据地震时保有水平抗力法的抗震设计的对象。这是因为在桥台的设计中背填土的地震时动土压力的影响占支配地位及因背填土的存在象桥墩那样难以振动反应。 直接基础一般由良好的支持层所支撑，地基的支撑力有余裕。因此，地震时基础的一部分因转动而发生浮起，可以认为因显示出非线性行为能期待能量吸收。 而且，直接基础即使在显示非线性行为时因为可认为地基不发生过度的损伤，直接基础可以不根据地震时保有水平抗力法进行设计。因基础的浮起，由于基脚与根据地震系数法设计时相比产生更大的断面内力，对此，有必要校核构件的安全性。 根据地震时保有水平抗力法设计基础的步骤为图-解11.1.2。在以往采用的地震系数法之外把地震时保有水平抗力法也新适用于桥墩基础，但对于根据地震时保有水平抗力法设计桥墩基础的方法，没有足够的经验，且仍有未阐明之处。因此，用地震系数法进行抗震设计的结构断面不满足地震时保有水平抗力法时要变更结构断面以满足地震时保有水平抗力法，使不低于地震系数法规定的断面进行设计。 此外，本章所示的是基础的地震时保有水平抗力法的基本内容，对于用地震系数法的基础的抗震设计和结构细节及用于设计的地基常数的推算方法，必须按照下部结构篇的规定。11.2 基础产生的断面内力、地基反力系数及位移的算出 5.2节规定的荷载作用时基础各构件产生的断面内力、基础周围地基的地基反力系数及基础的位移的算出要考虑按照基础形式的地基阻力及基础主体的非线性，或者基础的浮起。 地震系数法中基础的设计由于要把基础的位移及构件的应力限制在容许值以内，基础主体一般为刚体或者弹性体，而且地基阻力可以以线性进行模型化。在计算基础的抗力和大变形时的行为时，因为地基阻力及基础本体的非线性的影响不能忽视，在用地震时保有水平抗力法进行基础的设计中，对这些现象必须适当地进行模型化。 基础的阻力特性和设计中应该考虑的非线性的影响依据基础形式会有很大不同，可以分别如如下进行模型化。另外，对各基础地基反力系数的计算方法等详细情况按照下部结构篇的规定。 1) 沉箱基础 沉箱基础是作为单根的柱状物进行模型化。 作为地基阻力，考虑图-解11.2.1所示的6种阻力要素。在此，各个 阻力要素定为具有图-解11.2.2所示的 弹塑性型的地基反力特性。 基础主体的轴向弯矩曲率关系为线性。但是，在容许基础主体中塑性化时，为图-解11.2.3所示的三线性型。 2) 桩基础 桩基础是把基脚作为刚体，把桩头作为与基脚刚性连接的刚架结构进行模型化（图-解11.2.4)。 桩的轴向阻力特性，桩周围地基及基脚前面地基的水平阻力特性为图-解11.2.5所示的弹塑性型。 桩体的弯矩曲率关系对就地灌注桩、PHC桩、RC桩，设为图-解11.2.6(a)节所示的三线性型，对钢管桩则为(b)所示的双线性型。 3) 钢管板桩基础，地下连续墙基础 以沉箱基础为标准，作为单根的柱状体基础进行模型化。11.3 基础的屈服 基础的屈服规定为由于基础主体构件的屈服、地基阻力的塑性化、基础的浮起之一，在上部结构的惯性力的作用位置的水平位移开始急增之时。 作用于基础的水平荷载一旦变大，由基础主体构件的屈服、地基阻力的塑性化、基础的浮起等中之一项，荷载与位移的关系成为非线性。此处，一旦超过某一状态，由于作用水平力的增加，基础的位移开始急增，造成构成基础的构件的损伤，以及永久位移变大。定义这样的状态为基础的屈服。在根据地震时保有水平抗力法的基础设计中，为了抑制地震时基础的损伤，原则是即使5.2节规定的荷载作用也不达到基础的屈服。 基础的屈服，依基础的阻力特性而有很大不同，可以按照基础形式如下求之。 另外，这些值表现出作为从标准的各基础形式中的试算结果在上部结构的惯性力作用位置的水平位移开始急增的状态的目标。由这一目标规定的屈服，从基础的解析得到的荷载位移曲线中水平位移开始急增时与显著不同时，可以把水平位移开始急增时作为基础的屈服。 1） 沉箱基础 沉箱基础的屈服，可以是最初达如下之一的状态。 沉箱主体屈服 基础前面的水平地基阻力已塑性化的范围，达到基础的埋设深度 的60%。 在基础底面发生浮起的面积达到基础底面积的60%。埋设深度浅的沉箱基础，大多是由于(3)而达基础的屈服，但由于这时未达到基础主体的损伤和大的永久位移，按照11.4节的规定算出反应位移，并可以校核其在基础的位移的限制值以内。 2） 桩基础 桩基础的屈服，可以是最初达如下之一的状态。 所有的桩的桩体都屈服。 一列桩的桩头反力达到轴向承载力的上限值。 3） 钢管板桩基础 钢管板桩基础的屈服，可以是最初达如下之一的状态。 井桶外围的压入侧的1/4范围的钢管板桩的边缘应力达到屈服点。 在1/4以上的钢管板桩的桩尖，垂直地基反力达到钢管板桩桩尖 的极限轴向承载力。 4） 地下连续墙基础 地下连续墙基础因其形状多样，有关基础的屈服的目标未设定。因此，推算出作用于基础的水平力与在上部结构的惯性力的作用位置的水平位移间的关系，以水平位移开始急增的状态为基础的屈服.11.4 基础产生主非线性时的基础的反应塑性率、反应位移的算出及塑 性率的限制值 (1) 基础产生主非线性时的基础的反应塑性率、反应位移可以由式(11.4.1)及式(11.4.2）算出。 (11.4.1) dFR =mFRdFy (11.4.2)式中，mFR：基础的反应塑性率dFR：由基础的变形引起的上部结构的惯性力作用位置中的反应位移(cm)dFy：基础达到屈服时的上部结构的惯性力作用位置中的水平位移(cm)r：对基础的屈服刚性的二次刚性比khyF：基础达屈服时的水平地震力系数khcF：用于基础的地震时保有水平抗力法的设计水平地震力系数，由式(11.4.3)计算KhcF=cD khc (11.4.3)Khc：5.3.2节规定的地震时保有水平抗力法中使用的设计水平地震力系数cD：衰减常数的修正系数 (2) 基础的反应塑性率的限制值以基础主体不产生过大的损伤来规定 (1) 基础周围各种地基阻力的滞后特性及其常数的设定法、地基的动态特性等还有未阐明之处，在此，以图-解11.4.1所示的能量守衡法则算 出反应塑性率及反应位移。OUY线是根据11.2节规定的方法求出的水平地震系数kh水平位移dF的关系设定的。此处，基础的屈服点Y为11.3节定义的基础的屈服。极限点U，如沉箱基础等那样在定义了基础主体的极限情况下，以基础主体达到极限时作为达到在其他的基础中(2)节规定的塑性率的限制值之时。 在5.3.2节中，地震时保有水平抗力法用的设计水平地震力系数规定了I类和II类，但因荷载的反复次数对基础整体系统的抗力的影响仍未充分把握，此处可以采用两者中惯性力大者。但是，关于液化，对 I类及II类地震动，有必要采用按照7.6节的规定求出的土质常数的减低系数DE中的值小者。 基础主体或者基础周围的地基产生塑性化时，在基础及周围地基中衰减的影响就变大。并且产生液化时，地基的加速度本身减小。由这些算出基础的反应塑性率时，根据衰减常数的修正系数来减低设计水平地震力系数。关于衰减常数的修正系数，虽还未充分阐明，可以取约2/3。 另外，根据这一方法抗震设计出的基础的尺寸对由地震系数法设计的基础有显著不同时，可以根据也考虑非线性的效果的动态解析来校核安全性。 (2) 在横桥向，桥墩墩身有足够大的水平抗力时，根据基础屈服以后的塑性化，期待吸收地震的能量，但即使在这种情况下，为了防止构成基础的构件产生过大的损伤，要限制反应塑性率。各基础的塑性率的限制值，考虑基础主体的损伤程度，可如下进行。 如沉箱基础那样在定义了基础主体的极限时，可以按照9.2节规定的钢筋混凝土桥墩的容许塑性率来规定。 在桩基础中，即使桩体的一部分达到作为构件的极限状态，但因为不能直接与作为基础整体系统的抗力低下相联系，所以难以定义作为基础整体的极限状态。因此，参考满足下部结构篇规定的结构细节的桩的载重实验结果等，塑性率的极限值可以4为标准。 关于钢管板桩基础，因为可以认为构成基础的钢管板桩具有与钢管桩同样的变形性能，按照桩基础，塑性率的极限值可以4为标准。地下连续墙基础的塑性率的限制值，可