抗1-典尚设计

V抗震设计篇第1章 总则1.1 适用范围 该篇适用于桥的抗震设计解说： 此条用于明确抗震设计篇适用范围。 适用的桥及准用的处理，如通论篇1.1适用范围中所规定的。对计算跨径超过200米的桥，按照地形、地质、地基的条件，桥的结构特性及规模，桥和地基的以往震灾经验，桥的重要程度及布局条件等，可准用该篇进行必要而适当的修正。1.2 术语的定义 该篇使用的术语意义如下：(1) 地震系数法 考虑结构物的弹性范围的振动特性，使地震荷载静态作用进行设计的抗震设计法。(2) 地震时保有水平抗力法 考虑结构物的非线性变形性能、动态抗力，使地震荷载静态作用进行设计的抗震设计法。(3) 动态解析法 把地震时结构物的行为进行动力学的解析后进行设计的抗震设计法。(4) 减震设计法 使用减震支座、适度延长桥的固有周期的同时，增大衰减性能、减低惯性力的抗震设计法。(5) 地震的影响 抗震设计用的惯性力、土压、水压、地基的液化、流动化等根据地震动进行桥梁工程学评价后的地震影响的总称。(6) 设计振动单位 与地震时同一振动的结构系统。(7) 固有周期 桥在自由振动时的振动1次的周期。(8) 设计水平地震力系数 抗震设计中，为计算水平方向的惯性力，乘以桥的重量的系数。(9) 地区修正系数 以经常发生大规模地震的地区为标准情况下的其他地区的设计水平地震力系数的修正系数。(10) 抗震设计上的地基类别 按照地震时地基的振动特性，进行工程学分类的地基类别。(11) 抗震设计上的地基面 抗震设计中假设为地面的地基面。(12) 基岩面 为对象地点上具共同分布的，存在于抗震设计上看作振动的地基之下的十分坚固的地基顶面。(13) 加速度反应谱 对特定的地震动具有任意的固有周期及衰减常数的1个自由度(单质点)振动系统的加速度响应的最大值。(14) 液化 因地震动，孔隙水压急剧上升，饱和的沙质土层失去剪切强度，土的结构产生破坏的现象。(15) 流动化 随着液化，地基向水平方向的移动的现象。(16) 地震时保有水平抗力 反复受到地震力时结构构件具有的水平抗力。 (17) 等效水平地震力系数 把用于地震时保有水平抗力法的设计水平地震力系数按照容许塑性率减低后的水平地震力系数。(18) 反应塑性率 结构构件中上部结构的惯性力的作用位置上产生的反应位移与屈服位移之比。(19) 容许塑性率 为限制结构构件的损伤或反应位移，结构构件的容许塑性率。(20) 塑性铰 结构构件受到正负交替的变形情况下，为发挥稳定的能够保持抗力的塑性变形性能的铰结构。产生塑性铰的部分称为塑性铰领域，塑性铰领域的构件轴向的长度称为塑性铰长。(21) 防止落梁系统 以防止因地震造成上部结构脱落为目的而设置的结构，由梁搭接长度、防止落梁结构、限制位移结构、及防止垂直错位结构构成。(22) 梁搭接长度 设于防止落梁系统的梁端部，为梁端部至下部结构顶部边缘的 梁长度。在上下部结构之间产生未想到的较大相对位移的情况下，为防止梁从下部结构顶部脱离、确保防止落梁而设。(23) 防止落梁结构 设于防止落梁结构的梁端部，在上下部结构之间产生未想到的较大相对位移情况下，使位移不超过梁搭接长度的结构。 (24) 限制位移结构 与支座相互补充、以抵抗地震时的惯性力为目的、即使支座受损也要防止上下部结构间产生较大相对位移的结构。(25) 防止垂直错位结构 为防止支座高度高的钢支座等破损后、在路面上发生垂直错位、车辆行驶困难而设的结构 。(26) 接头保护板 为防止桥在使用过程中发生概率较高的地震致使伸缩装置损坏而设置的结构。(27) 减震支座 为减震设计桥梁所采用的支座，是一种有适度延长桥的固有周期功能和增大衰减功能的支座。(28) 地震时水平力分散结构 把地震时的上部结构的惯性力用复数的下部结构分担的结构，采用橡胶支座、减震支座的情况下，有用多点固定方式的。1-4第2章 抗震设计的基本方针 (1) 桥梁的抗震设计是按照桥的重要程度以确保必要的抗震性能为目的而进行的。桥的重要程度按照道路类别及桥的功能、结构划分为标准重要度桥和极高重要度桥(以下称之为A种桥及B种桥)2种。A种桥的抗震设计目标是在桥梁使用期间发生概率高的地震时无损伤、而且发生概率虽低，强度大的地震动时，无致命损害。B种桥的目标是在桥梁使用期间发生概率高的地震时无损伤，在桥的使用期间发生概率低、强度大的地震动只许有限的损伤。这里，桥梁在使用期间发生的概率低、强度大的地震动是指，考虑设想为板块边界型大规模地震的类型I地震动及设想为内陆直下型地震的类型II地震动两种类型。 (2) 抗震设计原则上按照地震系数法及地震时保有水平抗力法进行。对于桥梁使用期间发生概率高的地震动，根据地震系数法、通过容许应力强度、容许承载力、容许位移、安全率或它们的组合来进行抗震设计。对桥梁使用期间发生概率低、强度大的地震动，根据地震时保有水平抗力法、通过地震时保有水平抗力、容许塑性率、残余变位或它们的组合来进行抗震设计。 (3) 地震反应复杂的桥，宜进行动态解析并将其结果反映到设计之中。 (4) 抗震设计要考虑地形、地质、地基条件、布局条件等，在选定抗震性高的结构形式的同时，在上下部各部位的设计时必须考虑包括支座部及防止落梁结构及桥梁整体的抗震性能。解说： (1) 在抗震设计中规定了抗震性能目标。桥梁作为震后的避难路、救助、救护、医疗、灭火及避难者紧急物质的运输路，起着非常重要的作用。这里，按照道路类别及桥的功能结构，桥的重要程度划分为标准重要度桥(A种桥)和极高重要度桥(B种桥)2种，是以确保各自的抗震性能为目标而制定的。表-解2.1示出了抗震设计中考虑的地震动和桥的抗震性能目标及研究这些的抗震设计法。表-解2.1抗震设计考虑的地震动与桥的抗震性能目标抗震设计考虑的地震动桥的抗震性能目标抗震计算法标准重要程度的桥(A种桥)重要程度极高的桥(B种桥)静态解析法动态解析法(地震时行为复杂的桥)桥在使用期间发生概率高的地震动不损健全性地震系数法时程反应解析法波谱法桥在使用期间发生概率低、 但强度大的地震动类型I的地震动(板块边界型大规模地震)防止致命的损害只许有限度的损伤地震时保有水平抗力法类型II的地震动(类似兵库县南部地震的内陆直下型地震) 作为抗震设计考虑的地震动包括了桥在使用期间发生概率高的地震动及桥在使用期间发生概率低、强度高的地震动的2个阶段。此处，在桥使用期间作为发生概率高的地震动，是根据发生可能性较高的中等规模地震的地震动，又沿袭了以往抗震设计中地震系数法中用的作为设计地震系数规定的地震力。作为在桥使用期间发生概率低、强度高的地震动，是根据90年的抗震设计篇中规定的类似1923年关东地震时东京周边的地震动、发生频度低的板块边界型地震的地震动，加上根据类似95年兵库县南部地震的、发生频度极低、震级7级的内陆直下型地震的地震动考虑的。把板块边界型的大规模地震引起的地震动和类似兵库县南部地震的内陆直下型地震引起的地震动，各自称为类型I地震动和类型II地震动。类型I的地震动表示了大振幅、长时间、重复作用的地震动，类型II 的地震动表示持续时间短、但强度极大的地震动。 而且，地震的发生状况因地区不同而不同，地震发生频度低的地区中使用与地震发生频度高的地区相同的地震动强度是不合理的，所以如3.5节中规定所示，桥的抗震设计用的地震动强度要按地区变化。 此外，对内陆直下型地震，有一种应将每个活断层的特性直接反映到设计中的意见，为此必须特别规定活断层的位置、活动时期，而基于活动性、活断层的地震动预测是以全国规模展开，现状是还存在许多尚未搞清的地方。关于此点，按照今后的调查研究要适当补充。以内陆直下型地震对结构物影响的观点，考虑了目前为止观测到的最强地震动的95 年兵库县南部地震的地震动。 如上按照地震动与桥的重要度，桥梁以无损健全性、不受致命损害及只许有限的损伤为目标，进行了抗震设计。以钢筋混凝土桥墩为例，如果水平方向的地震力重复作用，屈服后水平抗力达到最大抗力(极限水平抗力)，然后水平位移进一步增大、开始产生保护层混凝土剥落、主钢筋断裂，随之水平抗力开始降低。若以这样的关系为例，所谓无损健全性，就是地震时产生于结构构件的应力强度、位移，根据容许应力强度法，不超过容许应力强度和容许位移以内，即不产生超过屈服状态的损伤。同时，所谓防止致命损害，说的是为不产生落梁，主要结构构件的水平抗力处于开始减低状态之前的事，所谓只许有限损伤，是说具有比迅速恢复桥的功能更有余地的状态。这样的界限状态对以目前为止的震灾经验和各种实验、解析加以确认的结构构件、桥整体的极限状态来说必须考虑合适的安全率后再行决定。 因此，在这从类型地震动对结构物的影响的观点，迄今为止观测到的是世界上最强的兵库县南部地震产生的地震动，但不能排除将来局部地区还会超过如此强的地震动的可能性。现阶段观测强震的历史还短，要正确推断这种地震动的特性，并反映到桥梁的抗震设计中则仍有许多未搞清的问题。因此在估计设计上的安全系数的同时，要考虑设置防止落梁结构。事实上，对未知的任何地震动都能安全地设计桥梁，现实中还有许多制约。对于这样的地震动重要的是提高道路网的宽余，为达到能够早期恢复的体制配备和技术开发。 (2) 公路桥的耐震设计，须在提高结构构件强度的同时提高变形性能、以桥整体抗震为目标。因此，抗震设计不仅要按地震系数法、还要根据地震时保有水平抗力法进行。地震系数法规定的结构断面在不能满足地震时保有水平抗力法的安全性判定标准时，应选择能满足的断面形式。 关于地震时保有水平抗力法，在平成2年(90年)的抗震设计篇中，作为钢筋混凝土桥墩的地震时保有水平抗力的校核规定已考虑进去，但从95 年的兵库县南部地震的损害状况，强烈认识到确保结构系统韧性的重要性，所以它不仅限于钢筋混凝土桥墩，也适用于地震影响大的桥墩、基础、支座部、防止落梁系统，同时作为设计法明确了它应有的地位，而不仅是校核法。 图-解2.1示出了抗震设计的标准操作程序。图-解 2.1 标准的抗震设计流程图 (3) 地震系数法和地震时保有水平抗力法，对于地震反应不复杂的桥梁来说，在实用上能以足够的精度简便表示地震时桥的行为。因此，原则上按照地震系数法及地震时保有水平抗力法进行抗震设计。 然而，有特殊形状、结构的桥梁，在地震系数法和地震时保有水平抗力法里，有时不能充分表示桥的行为。为此，对这种地震反应复杂的桥梁，宜把根据地震系数法和地震时保有水平抗力法进行抗震设计的结果，通过动态解析进行校核。 对多处产生非线性的桥等，在能量守恒定律适用性被限制的情况下，由于桥在地震时的行为复杂，根据地震时保有水平抗力法的抗震设计法的适用性被限制，此时以动态解析结果为基础进行合适的抗震设计。 所谓在地震系数法和地震时保有水平抗力法中不能以足够的精确度表现地震反应的桥，还有，地震时保有水平抗力法的适用性被限定的、地震反应复杂的桥一般属以下几种情况： 对桥的反应产生主要影响的振型，与以地震系数法和地震时保有水平抗力法设想的振型明显不同时。 对桥的反应产生主要影响的振型有2种以上时。 设想塑性铰在几处的情况下、或因结构复杂不知道塑性铰产生于何处时。 基于结构构件和桥全体的非线性滞后特性的能量守恒定律的适用性未充分得以研究的情况下。 相反，如图-解2.2所示，结构体系简单、第1振型激烈，而且主要塑性铰产生的地方明确，能量守恒定律能够适用的情况下，可省略动态解析(参照图-解2.1)。 (4) 在桥的抗震设计中考虑地形、地质、地基条件、布局条件，选择合适的结构形式是重要的。现将抗震设计上希望的结构形式和不希望的结构形式记叙如下： 1) 为确实防止落梁，希望尽量用多跨连续结构。但是，在多跨连续结构1点固定方式下、支撑固定支座的下部结构的负担也易过大，所以希望用地震时水平力分散结构。 2) 软弱粘性土层的滑移和沙质地基的液化、伴随液化的流动化等，在有可能产生地基变形的填埋地基和冲积地基上，或选择水平刚性高的基础，或选择多点固定方式和刚架形式等、上部的结构与下部结构的接点尽量通过多数的支座支撑的结构体系，同时，梁搭接长度等防止落梁系统中也要考虑它们的影响。 3) 地基条件良好、固有周期短的多跨连续式桥梁，希望采用减震设计。 4) 钢支座易受冲击性地震力的损伤，因较大地震力、支座遭到震害时，会出现预想不到的情况。甚至，以前结构的可动支座容许位移的空隙有时取的不充分，一般只适应设计设定方向的位移。由此，希望采用橡胶支座和有吸收能量性能的减震支座。 5) 部分的破坏有可能引起整体的崩塌的结构体系，必须考虑限定该部分的损伤。 6) 单柱形式的桥墩中间高度位置上产生了塑性铰的场合下，地震时有不能稳定地达到能源吸收的情况。为此，必须设计为塑性铰产生于确实能够达到能量吸收的桥梁基部。 7) 对于大地震，须区别如能够防止整体系统的崩塌可容许非线性的结构构件、和这种情况下需要基本停留在弹性域的结构构件，组成合适的结构体系。同时，受几何上非线性的影响大的结构和因静载受到较大偏心矩的结构，遭受地震时易不稳定，希望不要采用。 8) 地基条件和结构条件显著变化的地方，桥墩上是分开上部结构有利，还是采用连续结构有利，须好好研究。1个桥墩上支撑2个上部结构的端部的桥墩，按结构条件易作用较大的地震力，不是抗震设计上希望的结构。不得已采用这样的结构时，须参考动态解