抗9-7_8-典尚设计

9.7 轴向钢筋的断开 为了增加桥墩的韧性，提高极限抗力，原则上轴向钢筋不宜断开。 不得已断开轴向钢筋的场合，可根据式(9.7.1)决定断开位置。 (9.7.1)其中，hi：从桥墩墩身下端开始至第i号轴向钢筋的断开位置的高度(m)；h：桥墩墩身下端开始至上部结构惯性力的作用位置的高度(m)；Myi：桥墩墩身下端开始第i号断开位置的断面的屈服弯矩(tfm)；MyB：桥墩墩身下端的断面的屈服弯矩(tfm)；D：桥墩的顺桥向及横桥向的宽(m)中的值小者，圆形断面的场合取直径。 轴向钢筋断开的场合，必须考虑以下的结构细节。 1) 4倍塑性铰长度的区段之内的断面范围，不得进行轴向钢筋的断开。 2) 1个断开位置中轴向钢筋量的减少率原则上取1/3以下。但是，顺桥向及横桥向以不同高度断开的场合，则在各自的面上考虑减少率。 3) 在断开位置上，由此上下各自的桥墩断面的短边长或相当直径1.5倍的断面领域中，箍筋间隔取15cm以下。并且，按照9.2节的规定箍筋间隔不得急变。解说 当受到很强的地震力时，如果桥墩基部的多余抗力高，可想而知断开部会产生损伤，所以原则上轴向钢筋不做断开。 高桥墩的场合，要使整个高度轴向钢筋通常不断也不可能，有时不得不将轴向钢筋断开，所以示出了那种情况下断开位置的计算方法。同时，所谓高桥墩，高度超过30m的桥墩是标准之一。 对高桥墩轴向钢筋的断开场合应注意的结构细节作了规定。 1) 规定了4倍塑性铰长度的区段内的断面范围内，不设断面抗力的变化点。 2) 为避免断面抗力急变，在某一个断开位置上轴向钢筋量的减少率最大为1/3。此处，在顺桥向及横桥向以不同高度断开的场合，考虑各自面上的减少率。 3) 在断开位置，为增加箍筋的约束，箍筋间隔取15cm以下。由于要是箍筋间隔急变，剪切抗力也会急变，所以要使其缓缓变化。9.8 钢筋混凝土刚架桥墩的地震时保有水平抗力及容许塑性率 钢筋混凝土刚架桥墩的地震时保有水平抗力及容许塑性率对面外方向及面内方向按如下方式算出。 对钢筋混凝土刚架桥墩的面外方向，既算出各柱构件分担的惯性力，也把各柱构件看作一根柱形式的钢筋混凝土桥墩，根据9.2节9.5节的规定算出地震时保有水平抗力及容许塑性率。 对于钢筋混凝土刚架桥墩的面内方向适用地震时保有水平抗力法的情况下，按照以下1)项判断的破坏形态，根据2)项及3)项的规定算出地震时保有水平抗力及容许塑性率。 1) 破坏形态的判断 在受到与极限水平抗力相当的惯性力作用下，钢筋混凝土刚架桥墩的破坏形态，从各塑性铰位置中产生的剪切力Si和各塑性铰位置的剪切抗力Psi及Ps0根据式(9.8.1)进行判断。 SiPsi： 弯曲破坏型 Psi SiPs0：从弯曲损伤向剪切破坏转移型 (9.8.1) Ps0 Si： 剪切破坏型其中，Si：与极限水平抗力相当的惯性力作用下各塑性铰位置产生的剪力(tf)；Psi：根据9.5节的规定求出的各塑性铰位置的剪切抗力(tf)；Ps0：根据9.5节的规定求出的正负交替作用的影响的修正系数为1.0而算出的各塑性铰位置的剪切抗力(tf)。 2) 屈服位移y，极限水平抗力Pu及极限位移u的算出 屈服位移y，极限水平抗力Pu及极限位移u的计算，除了根据9.3节的规定之外，还要根据以下的条件算出。 解析时，必须使用能够考虑到作用于各柱子构件轴向力的变化及多个场所的塑性铰的形成的解析模型。 所谓极限时，指多个场所形成的塑性铰全部达到9.3节中规定的极限状态。 3) 地震时保有水平抗力Pa及容许塑性率a的算出 判断为弯曲破坏型之后，采用2)节算出的极限水平抗力Pu，屈服位移y的极限位移u，根据9.2节的规定分别算出地震时保有水平抗力Pa及容许塑性率a。 判断为弯曲损伤向剪切破坏转移型之后，采用2)节算出的极限水平抗力Pu，根据9.2节的规定分别算出地震时保有水平抗力Pa及容许塑性率a。 判断为剪切破坏型之后，算出在塑性铰位置产生的剪力大于剪切抗力时的水平力Ps，再根据9.2节的规定算出地震时保有水平抗力Pa及容许塑性率a。 钢筋混凝土刚架桥墩的各构件中，在形成塑性铰的柱子上端部、柱子下端部及横梁两端，以式(9.3.2)算出的塑性铰长度的4倍的区段内的断面范围内，必须进行满足9.6节规定的为提高钢筋混凝土韧性的结构细节的配筋。解说 在以前的抗震设计篇（90年2月）中，像钢筋混凝土刚架桥墩这样超静定的结构物，一般有充分的抗力及变形性能，所以地震时保有水平抗力的校核被省略。在1995年的兵库县南部地震时，钢筋混凝土刚架桥墩中也有产生震害的桥墩，所以在迄今为止的有关超静定结构物的非线性领域的调查研究成果的基础上规定了对超静定结构物的地震时保有水平抗力法的适用方法。这里所谓的超静定结构物指1层的刚架桥墩，对于2层的刚架桥墩和形态复杂的刚架桥墩请另做研究。 刚架桥也可援用本规定进行抗震设计。但是，桥墩间固有周期特性很不相同的刚架桥等地震时行为复杂的场合，除了在此规定的用地震时保有水平抗力法进行静态解析外，最好根据动态解析进行抗震性的校核。同时，刚架桥援用本规定的场合，与横梁构件相当的上部结构不要达到9.3节的规定的初屈服。 此外，刚架桥墩中横梁构件引入预应力的场合，宜避开这里产生塑性铰的问题。因为对于引入预应力后的构件屈服时以后的行为还有许多搞不清楚的地方。 对于钢筋混凝土刚架桥墩的面外方向，地震时上部结构的惯性力是通过复数的柱子构件分担的。因此，对于面外方向，算出各柱子构件分担的上部结构重量，并把它支撑的各柱子构件看作各自一根柱形式的钢筋混凝土桥墩，按9.29.5节的规定计算决定地震时保有水平抗力及容许塑性率。这里各柱子构件分担的上部结构的惯性力可根据柱构件的屈服刚度比制定。但是，横梁支撑的上部结构极端偏心的场合，各柱构件的分担率可另做研究。 在钢筋混凝土刚架桥墩的面内方向适用地震时保有水平抗力法的场合要注意以下事项。 随着作用水平力的增减，作用于柱构件的轴向力也变化。因此要考虑各柱构件的弯曲力矩曲率关系对水平力的影响。 在柱子构件的上端部、下端部及横梁构件的端部等处有可能发生塑性铰。塑性铰发生的场所取决于各构件的刚度、配筋，所以要对它们做恰当的评价。 不要使柱子构件的上端部、下端部及横梁构件端部以外的场所产生塑性铰。尤其是柱子构件和横梁构件交叉的节点部位应避免使其产生塑性铰。因为节点部位的损伤成为剪切破坏形态，这样就易产生脆性破坏。 考虑上述的节及节，为了计算钢筋混凝土刚架桥墩的极限水平抗力，把桥墩分割成钢筋要素和混凝土要素，基于这些应力应变关系进行非线性解析，但设计时实施复杂的非线性解析并不实用。于是，这里根据构件的弯矩曲率关系而定义的回复力特性的构架模型示出了钢筋混凝土刚架桥墩的地震时保有水平抗力及容许塑性率的计算法。 1) 要根据式(9.8.1)来判断钢筋混凝土刚架桥墩的破坏形态。这是因为希望钢筋混凝土刚架桥墩具有以弯曲损伤为前提的变形特性，即便在与极限水平抗力相当的惯性力作用下的状态中，也不产生各构件的剪切破坏。 即便变更箍筋等提高剪切抗力，用式(9.8.1)判断为弯曲破坏型那样不能进行设计的情况下，钢筋混凝土刚架桥墩有必要以剪切破坏为前提进行设计。但是，这样的设计尽量避免为宜。 2) 钢筋混凝土刚架桥墩的地震时保有水平抗力的计算，先把桥墩如图-解9.8.1所示置换为构架解析模型，然后求逐渐增加静态水平荷载于上部结构的惯性力的作用位置时的水平力水平位移关系，从关系曲线算出。 还有，极限时就是取几处形成的所有塑性铰达到9.3节规定的极限时的状态，将这时的位移作为极限位移算出容许塑性率。这是从如下几点判断决定的；即从土木研究所实施的模型试件的重复载重实验结果看，即使超过了按此处规定的方法算出的极限位移，钢筋混凝土刚架桥墩也有不至失去变形性能的足够的韧性；正如后面要说的，在塑性铰范围的4倍的区段内的断面范围要是按9.6节规定的结构细节进行配筋，最初达到极限的塑性铰即使超过极限曲率也与破坏没有相互关联。 钢筋混凝土刚架桥墩的屈服时，极限时的水平位移及水平抗力按以下顺序求出。 i) 塑性铰有可能产生在柱构件的上端、下端横梁构件的端部，所以在钢梁混凝土刚架桥墩模型化时，如图-解9.8.1所示，在以下所示的位置上设置能够考虑图-解9.8.2示出的完全弹塑性型的弯矩曲率关系的塑性铰。 在一根柱子中，9.3节规定的弯矩曲率关系由裂缝时、屈服时、极限时的3点决定，此处省略裂缝时，使用完全弹塑性型的弯矩曲率关系。原因是钢筋混凝土刚架桥墩中裂缝时对地震时保有水平抗力的影响小。 在柱下端部设置塑性铰的位置，如图-解9.8.1所示，取从桥墩底部开始9.3节规定的塑性铰长度Lp的1/2上的一点。 梁、柱接合部设置塑性铰的位置，按照有无梁腋，原则上取图-解9.8.3所示之处。如图-解9.8.3的(a)的柱子和(b)的横梁那样梁腋的倾斜度在1:1以上具有急断面变化的一侧中，塑性铰从梁腋之外离塑性铰长度Lp1/2距离处设置。相反，如图-解9.8.3的(a)的横梁和(b)的柱子那样在梁腋的倾斜度不足1:1，具有缓断面变化的一侧，可忽视梁腋的影响。 此处，作为根据式(9.3.2)算出Lp时的H，对柱子取桥墩基部至横梁轴线高度的1/2，对横梁取一头柱子的中心至另一头柱子的中心为止的距离的1/2。D可取断面高度，但像图-解9.8.3(a)的横梁的场合那样，梁腋中有塑性铰的情况下宜取节点部分的根部的断面高。 ii) 在图-解9.8.1所示的表示除了刚度相当大的构件之外的柱子、横梁的刚度，则取屈服时的抗挠刚度，根据式（解9.8.1）算出。这里作为算出抗挠刚度时的轴向力，取静载时各构件产生的轴向力，初屈服时的弯矩My0及曲率y0根据式（解9.3.4）式（解9.3.6）求解。由水平荷载的作用产生的轴向力的变动之所以忽视，是因为轴向力对屈服时的刚度Ely的影响一般较小、解析简单。 (解9.8.1)其中，Ely：屈服时抗挠刚度(tfm2)；Mu：极限弯矩(tfm)；u：极限曲率(I/m)；My0：初屈服时的弯矩(tfm)；y0：初屈服时的曲率(1/m)。 iii) 塑性旋转弹-塑性化之前的初期刚度根据式（解9.8.1）求出。通过后述的计算，作用于塑性转动弹力的弯矩超过屈服弯矩时（=极限弯矩Mu），判定为其塑性转动弹力进入了塑性域。对极限弯矩Mu，由于轴向力影响大，在式（解9.3.4）式（解9.3.6）的基础上，计算使轴向力Ni（包括负伸拉值）发生各种变化时的极限弯矩，求图-解9.8.4所示的轴向力极限弯矩相关关系。 iv) 使用ii)及iii)中所示的初期刚度，在上部结构的惯性力的作用位置中使水平力静态渐增。这时，按照塑性转动弹力位置产生的轴向力从图-解9.8.4求极限弯矩Mu，塑性转动弹力产生的弯矩达到Mu时，其之后的塑性转动弹力的切线刚度如图-解9.8.2所示取为0。 如此，使水平力渐增，求图-解9.8.5示出的上部结构的惯性力的作用位置上水平力与水平位移关系。这样，可以特定图-解9.8.1中所示的6个塑性转动弹力中的4个塑性铰。形成4个塑性铰时，各塑性铰中产生的剪力为Si。 同时，塑性铰产生的塑性转动角水平位移的关系可按图-解9.8.6求解。 v) 将图-解9.8.5所示的水平力最大值为极限水平抗力Pu。并且，把最初形成塑性铰时的水平位移作为y0，把水平力作为Py0，根据式（解9.8.2）求屈服位移y。 (解9.8.2)其中，y：屈服时的水平位移(m)；y0：第1个塑性铰形成时的水平位移(m)；Pu：极限水平抗力(tf)；Py0：第1个塑性铰形成时的水平力(tf)。 vi) 在iv)节中求出的剪力Si在全部塑性铰位置中低于剪切抗力Psi时，判断为弯曲破坏型。在1处以上的塑性铰位置中，剪力大于剪切抗力，当低于按9.5节规定求出的与正负交替作用的影响有关的修正系数cc为1.0而算出的剪切抗力Ps0时，按1根柱子形式判定为弯曲损伤向剪切破坏转移型。在1处以上的塑性铰位置中，剪力Si大于按9.5节规定求出的与正负交替作用的影响有关的修正系数cc为1.0而算出的剪切抗力Ps0时，判断为剪切破坏型，根据3)节的规定求地震时保有水平抗力和容许塑性率。这时，在任何一个塑性铰中把最初剪力Si大于剪切抗力Ps0时的水平力看作钢筋混凝土刚架桥墩的剪切抗力Ps。 vii) 各塑性铰的极限塑性转动角pu根据式（解9.8.3）算出。 (解9.8.3)这里，pu：塑性铰中的极限塑性转动角；y：为屈服时曲率，按照9.3节的规定求解(1/m)；u：为极限时曲率，按照9.3节的规定求解(1/m)；Lp：塑性铰长度，按照9.3节的规定求解(m)。 只是与ii)节不同，此处按照9.3节的规定，应估入达到极限水平抗力Pu时各塑性铰位置上产生的轴向力，再算出y、u。 viii) 4个塑性铰都要比较用极限塑性转动角pu与iv)节求出的塑性转动角水平位移关系（图-解9.8.6）。把全部的塑性铰达到全部pu时的水平位移看作钢筋混凝土刚架桥墩的极限位移u。 ix) 横梁构件发生屈服，当横梁构件中产生塑性铰的场合，把横梁构件按照主荷载时横梁构件上产生的剪力进行校核。 柱子构件的下端部及上端部，还有横梁构件的两端，有可能发生塑性铰。因此，对于钢筋混凝土刚架桥墩的柱子构件及横梁构件中的柱子构件的下端部，其桥墩基部至塑性铰长度的4倍的区段内的断面范围，或者，对于柱子构件的上