AASHTO指导性规范隔震设计(中文版)

1、致AASHTO隔震设计第二版指导性规范的读者说明AASHTO隔震设计指导性规范第二版已作了临时修订。本期包含修订页。本书已设计有可替换页面，并有相应的编号。页边空白处的垂直线表明在2000年已经通过AASHTO桥梁和结构小组委员会批准。为了保证您的规范是正确且实时更新的版本，请用本期的页面在书中做相应更换。隔震设计指导性规范由美国州公路和运输协会出版华盛顿套房249西北区国会大厦街444号，20001电话（202）624-5800隔震设计指导性规范由美国州公路和运输协会出版华盛顿西北区国会大厦街444号，20001电话（202）624-5800版权，2000年和1999年，归美国州公路和运输协

2、会所有保留所有权。在美国印刷。本书或其中的部分内容未经出版方同意不得以任何形式复制。美国州公路和运输协会执行委员会1997-1998有投票权成员口官员：会长：DavidL.Winstead,马里兰州副会长：DanFlowers,阿肯萨斯州秘书/财务部长：ClydeE.Pyers,马里兰州区域代表：区域：IAnneCanby,特拉华州GlennGershaneck,佛蒙特州IIElizabethMabry,南卡罗莱纳州JamesC,Codell,III,肯塔基州IIICharlesThompson,威斯康星州JamesDenn,明尼苏达州IVDwightM.Bower,爱达荷州ThomasR.W

3、arne,犹他州无投票权成员前任主席：DarrelRensink,爱荷华州执行总监：FrancisB.Francois,华盛顿1998年AASHTO桥梁和结构小组委员会主席：DavidPope,怀俄明州副主席：JamesE.Roberts,加利福尼亚秘书：DavidH.Densmore,联邦公路局阿拉巴马，WilliamF.Conway阿拉斯加，SteveBradford亚利桑那，F.DanielDavis阿肯萨斯，DaleF.Loe加利福尼亚，JamesE.Roberts科罗拉多，StephenW.Horton康涅狄格,GordonBarton特拉华，ChaoH.Hu华盛顿，DonaldCo

4、oney佛罗里达，JerryPotter佐治亚，PaulLiles夏威夷，DonaldC.Ornellas田纳西，EdWasserman德克萨斯，RichardWilkison美国运输局，DavidDensmore（联邦公路局NickE.Mpras（美国海岸警卫队）犹他，P.K.Mohanty佛蒙特,WarrenB.Tripp弗吉尼亚，MalcolmT.Kerley华盛顿，MyintLwin西弗吉尼亚，JamesSothen威斯康星，StanleyW.Woods怀俄明，B.PatrickCollins爱达荷，MatthewM.Farrar伊利诺，RalphE.Anderson印第安纳，Mary

5、JoHamman亚伯达，DilipK.Dasmohapatra英属哥伦比亚，PeterBrett马尼托巴，WalterSaltzberg爱荷华，WilliamA.Lundquist堪萨斯，KennethF.Hurst肯德基，StephenE.Goodpaster路易斯安那，NorvalKnapp,WayneAymond缅因，JamesE.Tukey马里兰，EarleS.Freedman马萨诸塞，AlexanderK.Bardow密歇根，SudhakarKulkami明尼苏达，DonaldJ.Flemming密西西比，WilburF.Massey密苏里，AllenF.Laffoon蒙大拿，Wil

6、liamS.Fullerton内布拉斯加，LymanD.Freemon内华达，WilliamC.Crawford,Jr.新罕布什尔，JamesA.Moore新泽西，HarryA.Capers,Jr.新墨西哥，JimmyD.Camp纽约，JamesM.OConnell北卡罗莱纳，WilliamJ,Rogers北达科他，StevenJ.Miller俄亥俄，BradW.Fagrell俄克拉何马，RobertJ.Rusch俄勒冈,TerryJ.Shike宾夕法尼亚，R.ScottChristie波多黎各，HectorL.Camacho罗得岛，KazemFarhoumand南卡罗莱纳，RandyR.Ca

7、nnon南达科他，JohnC.Cole马里亚纳群岛JohnC.Pangalinan新不伦瑞克,GarthRushton纽芬兰，PeterLester西北领土，JivkoJivkov新斯科舍，StanNguan安大略，RanjitS.Reel萨斯喀彻温省,Herve,Bachelu马萨诸塞城市区委员会，DavidLenhardt新泽西州高速公路管理局，ThomasE.Margro纽约，新泽西港口管理局，JosephK.Kelly，JosephZitelli纽约州桥梁管理局，WilliamMoreau印第安纳事务管理局，WadeF.Casey美国农业-森林服务部，NelsonHernandez军事

8、交通管理局指挥，RobertD.Franz美国陆军工程兵部队，PaulC.T.Tan美国海岸警卫队总部，JacobPatnaik北安普敦郡郡理事会，R.T.HughesAASHTOT-3工作组JamesE.Roberts-主席，加利福尼亚运输部RobertoLacalle/Li-HongSheng-工委主席/联合主席，加利福尼亚运输部MyintM.Lwin-华盛顿运输部RalphE.Anderson-伊利诺运输部专家JohnF.Stanton华盛顿大学专家MichaelC.Constantinou-纽约州立大学，布法罗校区专家JamesM.Kelly/IanAiken博士-加利福尼亚大学，伯克

9、利RonaldL.Mayes博士，会长-动态隔离系统VictorA.Zayas博士，会长-抗震系统PaulBradford-R.J.沃森有限公司HamidGhasemi博士-联邦公路管理局页码目录前言7引言9适用范围9定义和符号15加速系数20TOC o 1-5 h z抗震性能类别（SPCs）22场地影响和场地系数23响应修正系数（R）23分析步骤24均匀载荷法277.2单模谱法317.3多模谱法327.4时程分析法33隔震系统设计特性358.1标准设计特性358.2（；）系统特性修正系数-36间隙37SPCA设计力38SPCsB，C和D设计力39其他要求40非地震横向力4012.2横向恢复力

10、41TOC o 1-5 h z12.3垂直载荷稳定性-4312.4转动能力-43隔震系统所需试验44系统特性试验4413.2样件试验4613.3系统特征确定49弹性橡胶支座53 HYPERLINK l bookmark102 概述5314.2隔震设计剪切应力部件5414.3载荷组合55弹性橡胶支座-结构56总要求5615.2质量控制试验56滑动支座-设计-58概述58 HYPERLINK l bookmark134 16.2材料-5816.3几何结构59载荷及压力60其他细节6216.7材料指南6217.滑动支座-结构63总要求63质量控制试验6318.其他隔震系统6518.1范围65系统特性

11、试验65设计步骤66TOC o 1-5 h z18.4建造，安装，检查以及维护要求6618.5样件试验6718.6质量控制试验68参考书目69附录AA/1A.1滑动隔震系统A/1A.2弹性橡胶支座-A/4前言在1995年，美国州公路和运输协会（AASHTO）桥梁和结构小组委员会委托新的T-3隔震设计技术委员会负责修改1991年隔震设计指导性规范。为执行此项任务，T-3隔震设计技术委员会成立了由三名州桥梁工程师，三名工业代表，三位专家和一位联邦公路管理局代表组成的项目组。该项目组根据对当前各州实际情况的考虑、已有和正在开发的技术成果、以及在隔震领域的研究活动来完成对新规范的编制。新版隔震设计指导

12、性规范对以下内容作了修改：很多文体上的更改，增加了注解，使这些指导性规范与AASHTO的公路桥梁标准性规范第16版出的内容一致。修改了分析方法，尤其是均衡载荷法。这个方法现在主要用于说明下部结构活动性。并且提出了一些关于分析注入粘滞阻尼装置的隔震桥梁的指导方法。原来对有效横向恢复力只有一项要求，现改为两项要求。其中，第一项（设计位移横向力必须至少为w/80,大于设计位移的百分之五十）是为了适应隔震装置安装时存在的缺陷。第二项（在设计位移切线刚度基础上对周期的要求）是为了防止（1）地震输入详细情况对位移的极度敏感；（2）累计位移、重大永久位移的发生以及（3）由于轴向转动产生负刚度。反应修正系数（

13、R-系数）的值已经降到1.52.5之间。这表明R-系数延性基础部分已经统一或接近统一。剩下的系数主要用于大多数结构材料强度过大和内在结构冗余的情况。规范中降低后的R-系数已经考虑了以下内容：G）隔震系统的固有性能；（ii）反应变化性已考虑设计地震特征内在变化性降低后的R-系数从根本上确定了在预测地震中弹性下部结构的反应。然而，他们既没有从本质上确定隔震系统的适用性能，也没有确定在最大地震情况下下部结构的合格性能（如，250年有10%被超过的可能性）。在设计重要桥梁时要考虑到这类地震。加利福尼亚运输部门目前就是用这种方法来设计隔震桥梁。为滑动隔震支座的设计提供了详细的资料。自从1991年出版了指

14、导性规范后，滑动支座的使用数量剧增，因此有必要编制此版本。6还有一份确定隔震装置特性范围值的程序，用于分析和设计。此程序是以确定系统特性修正系数、确定系数为基础，乘以隔震装置特性的公称设计值。系统特性修正系数用于温度、老化、移动、污染影响以及其他情况下。10/指导性规范指导性规范/9活动装置-弹性橡胶支座和滑动支座是能给注释结构建筑带来活动性的两种方式。周期渐增情况下（活动装置）标准力的反应如图C1-1,说明标准加速度反应曲线图。地基剪力减小，因写这些标准是对AASHTO公路桥梁标准性规范第为建筑结构振动的周期变长。这些力减小的第l-A部分：隔震设计以及与隔震设计有关的要求的一个于最初地震地面

15、运动的类型以及补充。为防止地震损坏性影响所作的隔震结构已固不定是结新构概的周期。然而，如上所述，增加建念。第一个基础隔震方案的专利权早在130年前筑就结已构有振人动周期所需的附加活动装置会使获得，但直到前二十年，才有少数建筑用这个概活念动建装造置。相应的位移量增加。图C1-2显示早期的顾虑主要是隔震接触面会产生位移。机械了能标损准耗位装移响应曲线，从中我们可以看出位置的成功开发，克服了这个问题。如果结合活动移可随变着装周期的增加而增加（活动装置）。置一起使用，如弹性橡胶支座，能量损耗装置可以通过控制位移和力的方式来控制隔震结构产生的反应。作为防止桥梁因地震倒塌的一项有效手段-隔震，近年来又恢复

16、了对它的兴趣。至今，在新西兰、日本、意大利以及美1国有好几百桥梁都是用这种隔震原理和理论进行隔震标设准计加的速。度反应曲线隔震建筑，如南卡罗莱纳州大学、洛杉矶医规范1.适用范围本文件介绍了有关公路桥梁隔震设计的指导性规范，也是对AASHTO公路桥梁标准性规范第16版，第I-A部分：隔震设计的一个补充。关于隔震设计的基本要求，只做了概述。本文提供的与隔震设计用到的支座有关的信息是对AASHTO公路桥梁标注性规范第16版中第I部分14和15条以及第II部分18条的一个补充。这些规定有必要对隔震系统（包括由于地震影响造成的位移）提供合理的设计程序。如果本指导性规范中的规定与标准性规范中的规定有冲突，

17、以本规范中的规定为准。这些规范适用于水平面的隔震系统-即，这些系统在垂直方向上是固定的。另外，本指导性规范目前只适用于被动隔震系统。院以及日本神户的日本西部邮政储蓄计算机中心在不久前的地震中都达到了预期的性能。从这些隔震建筑的记录，显示了分析预测和实际表现之间有明显联系。隔震结构的基本目的在于增加振动的基本周期，如建筑在遭遇较低地震力时。然而，力度的降低往往伴随位移的增加，因此必须安装活动架。此外，活动桥梁可以承受工况载荷。至今在隔震系统上用到的三个基本原理是：（a）垂直载荷承载装置，提供横向活动装置，因此在整个系统振动期间延长，有效降低反应力。（b）减震器或能量耗损器，经过活动装置的相关偏转

18、力可以降低到实际设计水平，并且（c）是一种在低（工况）载荷下（如风和制动力）提供刚性的方法DISPLACEMENTRESPONSESPECTRUM位移反应普能量损耗-在建筑结构中增加阻尼可控制隔震层的相对位移。如图C1-3所示。图C1-3增加阻尼反应曲线ACCELEF?ATIOMRESPONSESPECTRUM加速度反应普有效提供阻尼的方法有两种，即滞后能量损耗和粘滞能量损耗。粘滞这个术语是指能量损耗，取决于速度等级。滞后这个术语是指在循环负荷情况下负载和卸载曲线之间的偏差抵消。图C1-4显示了理想化的力的位移滞后循环，封闭部分是在一个运动循环过程中能量损耗的量（EDC）。图C1-4双线性隔震

19、支座的特性Finrcc=位移力Qd=特征力Fy=屈服强度Fmax=最大力小=弹性后效刚度Ku=弹性（卸载）刚度61?1=有效刚度二皿=最大支座位移EDC=每循环的能量损耗量=滞后回线面积（阴影部分）低横向载荷下的刚度-若在强地震载荷情况下需要装横向活动装置，那么此时建造的桥梁肯定不希望在频繁的载荷下发生明显振动，例如有风或制动情况下。但可以利用外部能量损耗装置或改良后的橡胶装置本身的高弹性刚度来增加对工况载荷的稳固性。此外，滑动隔震装置的摩擦也可提供所需的稳固性。例-隔震原理如图C1-5所示。虚线是弹性地面反应普，这在AASHTO标准（第I-A部分）对地震高发区有详细描述。实线表示的是隔震桥梁

20、的综合普。隔震系统活动装置产生的时间周期把谱加速度从A1降低到A2。由隔震系统增加的阻尼把谱加速度从A2降低到了A3。注意，A1和A3在设计环境和隔震桥梁时分别用于确定力。亶昌uTVaiDQdS偏移偏移用于样件试验以及设计隔震元件。2.定义和符号AASHTO公路桥梁标准性规范第二章第I-A部分：隔震设计中所用的定义和符号，以及下列定义和符号都适用于本文。设计位移是指在刚度中心的横向地震位移，隔震系统设计对此有要求。有效阻尼是指粘滞阻尼的等效值，等于隔震结构在循环反应过程中设计位移的能量损耗。有效刚度是指在隔震系统瞬间最大横向位移时受到的最大横向力的值，或其一部分，根据最大横向位移来分。弹性限制

21、系统是指防止隔震结构受到的非地震横向载荷的各种结构件的集合。弹性限制系统有可能是整个隔震系统的一部分，也有可能是一个独立的装置。隔震系统是指给隔震接触面提供纵向稳定性，横向活动性以及给系统提供阻尼的所有元件的集合。包括隔震元件以及弹性限制系统，即使只用一个。C2.定义和符号隔震系统隔震系统不包括下部结构和桥面隔震元件是指隔震系统的横向活动支座和纵向稳定支座，在地震载荷下可承受较大横向变形。隔震元件有可能会损耗能量，也有可能不会。偏移是指隔震装置由于塑性变形、收缩以及50%热位移等原因造成的横向位移。总设计位移是指隔震元件由于分析和隔震系统设计要求，产生的最大横向地震位移，包括在刚度中心的平行位

22、移di,以及在所考虑方向扭转位移的部件。A=加速度系数（从第3节开始）Ab=弹性橡胶接合面积Ar=已位移的支座上下端橡胶搭接的面积（图C2-1）B=与隔震系统有效阻尼有关的数字系数，前面表2有设定（第7节）B=矩形支座负荷方向的接合尺寸或接合直径，或圆形支座的直径（第14节）（图C2-1）Ar是指已位移的支座上下端橡胶搭接的面积（图C2-1）矩形图C2-1圆形粘合尺寸Cs=弹性地震反应系数。1=恒载d=相对地面的总表面位移（di+dsub）di=隔震系统所考虑方向刚性中心的设计位移ds=隔震元件的偏移，包括塑性变形，收缩,以及50%的热位移dsub=下部结构位移小上=总设计位移E=杨氏橡胶系数

23、EDC=每次循环所损耗的能量（滞后回环的面积）F=从统计学上对等于地震力FA-抗震类型桥梁连接处的设计力（SPCA）Fi=在位移处隔震元件的力di。Fn=在样件试验的单循环过程中隔震元件的最大负向力Fn,max=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最大负向力Fn,min=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最小负向力Fp=在样件试验的单循环过程中隔震元件的最大正向力Fp,max=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最大正向力Fp,min=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最小正向力G=橡胶剪切系数g=重力加速度呂=橡胶材料恒定性材料硬度

24、的恒定性（参考值见Roeder，Stanton和Taylor1987）keff=样件试验过程中测定的隔震元件有效刚度K=橡胶体积弹性模量（第14节）Kd=双线性滞后曲线第二个斜面刚度Keff-支撑上部结构截面的所有支座和下部结构的有效线性刚度的总和，di为支座位移，dsub为下部结构位移。kmax=隔震元件在所考虑的横向方向上在设计位移时的最大有效刚度。Kmin=隔震元件在所考虑的横向方向上在设计位移时的最小有效刚度。LL=活载荷LLs=地震活载荷LLs工程师应该以适用于设计的总活载荷的百分比的形式来计算地震活载荷。AASHTO标准规范（第I部分）第VII载荷小组并未考虑到标准活载荷。然而，随

25、着隔震结构越来越灵活多变，须考虑活载荷的附加质量。OT=支座受到水平载荷翻转力矩影响时的附加垂直载荷卩=由于恒载加上用g系数为1的活载荷组合产生的最大垂直载荷（包括地震活载荷，如果有）。Qd=隔震元件的特征强度。当支座0位移时，在滞后回路的纵坐标上。如图C1-4Si=场地土壤的数字系数，如表5-1所列的隔震结构S=场地系数，在AASHTO标准性规范第3.5.1条有详细描述（第l-A部分，第5节）S-形状因数（第14节）SA=谱加速SD=谱位移Teff-隔震结构的周期，单位为秒，在所考虑的方向Tr=总橡胶厚度ti=橡胶层数i的厚度，等于术语hri，AASHTO标准性规范第14.3条有描述（第I部

26、分）W=隔震系统总设计垂直载荷（DL+LLs）亠=在样件试验阶段的每个循环过程中隔震元件的最大负向位移山左=在样件试验阶段的每个循环过程中隔震元件的最大正向位移厲=支座与上部结构之间因非地震位移造成的剪切变形卫匸=等于隔震元件粘滞阻尼率用=垂直载荷造成的剪切应力呛刊=d1（总地震设计位移）剪切应力F=由于塑性变形、后张力、收缩以及根据安装温度和最不利极限温度计算出的热影响等因素造成的最大横向位移，由此产生的剪切应力T=强制转动剪切应力H=强加于支座的转动沐圈爲伽=系统修正特性因数，说明温度、老化、冲击、速度以及材料的变化性。（第8.2节）卩=等于隔震系统粘滞阻尼率表C3-13.加速度系数地面加

27、速度峰值对比表相同的加速度系数，A,既是指隔震设计，也是指传统设计。在AASHTO标准性规范中图3.2a和3.2b（第I-A部分：隔震设计）对这个系数有说明。然而,A值不能小于0.1。C3.加速度系数桥梁结构设计的抗震输入要求通常包括三个方面：（1）一个能表示设计的地面运动震动级别的加速度系数，（2）一个显示场地土壤详细情况或衰减影响的场地系数，（3）一个显示地面运动在显著期间加速变化的弹性反应谱。加速度大多用于美国桥梁设计，AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）中有说明。此图显示的是在岩石中的横向加速度，在50年内超过概率有10%。其他几个法规和准则同样明确了复发的周期，有可能用于

28、设计。在1994年的AASHTOLRFD桥梁设计规范的注释中有提到，地震最有可能复发的周期是2400年。注释中提出的建议是在设计重要建筑结构时要考虑这个周期。1997年国家降低地震危害项目（NEHRP）图（1997建筑地震安全理事会）显示在50年和250年后超过概率为10%，结合复发周期，分别约500年和2400年。AASHTO法规中隔震设计主要以设计项目的使用为基础，项目重现周期定义为475年。很多设计专家认为在设计过程中使用均衡危害度会导致相同的危险，而且这种危害与危险的关系与地区性地震无关。在50,150和250年周期超过概率按10%计算（Reaveley和Nordenson1992年）

29、，美国各城市地面加速度峰值（PGAs）之间的关系见表C3-1（复发周期分别为500年，1400年和2400年）。城市UBC地震带50年PGA10%(g)在50年内加速率正常在10%50年10%150年10%250年10%三藩市40.401.001.041.06圣博娜迪诺40.401.001.321.41安克雷奇40.401.001.351.53圣地亚哥30.301.001.151.28新马德里30.301.002.042.70瓦萨奇区30.301.001.842.60西雅图30.301.001.321.43孟斐斯30.301.001.972.33波斯顿2A0.151.001.972.33查尔斯

30、顿2A0.151.001.822.10圣路易斯2A0.151.001.531.83为作比较，表C3-1中三个超过概率PGAs在50年的值为10%。最大可能事件（MCE）的特征通常是在反应谱的纵坐标，在100年和250年的超过概率为10%，无论是在地震高发区还是低发区。用表C3-1中的数据，在250年和50年的项目平均PGA率都为10%，在地震高发区（4度区）和低发区（2A度区）分别为1.3和2.1请注意，4度区的波谱需求从50年10%到250年10%区间大约为30%，按推理，在4度区按照50年超过概率为10%的安全寿命设计的桥梁在250年超过概率为10%也不会塌垮。然而，2A度区50年10%和

31、250年10%之间的谱需求有很大不同，因此在2A度区修建50年10%安全寿命的桥梁在250年10%区间里不太可能合格。就风险方面来说，按250年10%安全寿命在2A度区修建的桥梁倒塌的风险比在4度区修建的要高。1997年NEHRP文件合编了复发周期为500年和2400年的最新版美国地理调查（USGS）地震风险图。最新的2400年地图的加速度系数和1990年AASHTO475年地图很接近。这点对隔震设计相当重要。首先，隔震装置需能够抵抗2400年设计位移。第12.3节尝试要求地震低发区进行更大的位移试验。第二，设计过程的关键特点是用R-因数设计时应提供重要的弹性反应。如果按第6节用R-因数1.5

32、,那么新的2400年USGS地震风险图（1997NEHRP文件有）的顺序和目前AASHTO475年的地图是一样的。这些隔震规定将为弹性反应做基本准备。抗震性能类别SPCs和传统设计相同，在AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）表3.4中有说明。SPC描述了分析方法和最低设计要求。场地影响和场地系数用于隔震设计的场地系数Si是指场地条件对弹性反应系数的影响，表5-1有说明。土壤类型在AASHTO标准性规范第3.5条（第I-A部分：隔震设计）有定义。表5-1隔震设计场地系数（Si）SoilProfileTypeIIIIllIVSi1.011.52.02.7C5.场地影响和场地系数场地土壤

33、条件对地面反应谱的影响在AASHTO标准性规范第C3.2条（第I-A部分：隔震设计）有讨论。请注意在地面反应谱（AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）图12）中的等速度区域（1.1-3.0秒）。不同类型土壤的谱关系为1.0到1.5到2.0到2.7。第C7.1节对不同的土壤系数有详细讨论，同时在AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）中的注释部分也有对土壤类别和反应普有详细描述。IV类土壤：软质粘土或淤泥深度超过40英尺（12米）。当场地系数超过0.29时建议对场地做特别研究。反应修正系数（R）所有下部结构的反应修正系数都应该是AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）表

34、3.7给出的值的一半，但不能小于1.5。C6.反应修正系数较低的R-系数用于确定隔震系统的准确性能。为了证明这个概念，可以考虑没有任何重复结构的桥梁。（例如，所有的桥墩和隔震元件都有同一变形特征）。另外，用Qd=0.06W并且Fmax=0.2W（以图C1-4的描述为基础），其中W是隔震元件的重力载荷。Fmax代表的是下部结构受到的静等效地震力，它是通过迪欧他们西欧美国下部结构行为的假设来计算的。现在来考虑下部结构在设计时R系数为5,即把下部结构设计强度设计为0.04W。实际强度，当因为材料强度超强时，为0.06W。因此，下部结构的非弹性行动在隔震元件发生非弹性形变的同时就开始了。因为通常下部结

35、构的后屈服刚度比上述隔震元件低，因此下部结构会发生变形，隔震元件被视为无效。这使下部结构要求有延性。指定的R系数在1.5到2.5范围内，其中延性地基部分接近一致。其余的为材料强度过大和结构冗余。低R系数平均能确保在设计地震中主要的弹性下部结构行为。应该注意的是，按照本文件规定的程序计算得到的反应都是平均值，有可能：超过设计地震特征的内在变化性。关于对隔震桥梁R系数的具体研究（证明了低数值的使用），在Constantinou和Quarshie（1998）中有描述。7.分析步骤用AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）表4.2来定义分析步骤。步骤1：均衡载荷法步骤2：单模谱法步骤3：多模谱

36、法步骤4：时程分析法24/指导性规范对桥梁的分析应当根据隔震系统的设计特性。可用双线性简化系统来简化隔震原件的非线性行为。要进行重复分析，用上限性能（Qd,maxKd,max）进行一次分析，用下限性能（Qd,minKd,min）进行另一次分析，其中，上下限的定义见第8.1.2节。分析上下限的目的是为了测定下部结构元件承受的最大力以及隔震系统的最大位移。如果位移用的是方程式3，等效地震力用的是方程式1和2a，且与隔震元件特性的最大最小值的差异不超过15%，则不需要进行上下限分析。这类简化的计算当中，B值相当于30%以上的阻尼，可用于建立15%的限制。C7.分析程序隔震设计规定（与建筑和医院的一致

37、）程序1，2和3的基本前提有两个。第一，隔震系统的能量损耗可以用等效粘滞阻尼来表示；第二，隔震系统的刚度可以用有效线性刚度来表示。这两个假设都可以用于隔震设计的单模和多模分析法。双线性隔震系统（图C1-4）的偏转力特征有两个重要可变因素，有些是受环境和温度的影响。关键可变因素Kd,是双线性曲线第二个坡度的刚度，Qd是强度特征。滞后回线面积，EDC以及此处的阻尼系数主要都是Qd的影响。Keff有效刚度受Qd和Kd影响。隔震系统的两个重要设计可变因素是Keff和B,阻尼系数（从影响时间开始，方程式4），位移（方程式3）以及底座剪切力（方程式2）。但Keff和B（阻尼系数）因受Kd和Qd影响差异很大

38、，因此须评估Kd和Qd对关键设计可变因素的影响差异。（图C7-1）。第8节提供了确定Kd和Qd的九min和九max值的方法。图C7-125/指导性规范规范结构需进行有效周期超过三秒钟的非线性时程分析。对于其有效阻尼用关键阻尼30%来表示的隔震系统，当超过关键阻尼的30%时，要求用隔震系统滞后曲线进行三维非线性时程分析。注解当Kd和Qd处于最大值时，桥柱和桥墩的设计力可以达到最大值。因此，要求用Qd，max和Kd，max来确定有可能会作用自爱下部结构上的最大力。当Qd和Kd处于最小值时，设计位移有可能达到它的最大值。因此，要求用Qd，min和Kd，min来确定隔震元件会发生的最大位移。要使用隔震

39、元件的设计性能，Qd和Kd（图C1-4和C7-1）,设计力Fi和位移di首先要用方程式1，2a和3来计算。然后用设计性能Kd和Qd乘以Xmax，Kd,Xmax,Qd,Xmin,Kd和Xmin,Qd（di8.1.2节有描述）从而得到kd和Qd的上下限值。然后重复用上限值kd，max和Qd，max来确定Fmax,重复用下限值Kd，min和Qd，min来确定dmax。隔震系统会受温度、老化、预应变、速度或移动以及污染的影响，上下限值已涵盖了所有能预测到的设计性能可变因素。但有一个例外，如果力和位移的最大最小值在设计值的15%以内，只要求用设计性能做一个分析。六大可变因素其每项Xmax和Xmin系数都

40、是由系统特征试验（第13.1节有描述）或附录A给的默认值决定。要求用第13.2节的样件试验来验证隔震系统的设计性能。特征试验中影响隔震系统设计性能的可变因素不包含在样件试验内，因为在使用系统性能修正系数的过程中，已为设计过程的一部分。样件试验阶段可接受的系统性能差异（Keff,EDC）为设计性能的10%。为给现有系统提供指导，现列出一些潜在变化的关键指数：含铅橡胶元件-Qd值主要受铅心影响。在天冷时，天然橡胶会引起Qd值较大的变化，Kd值取决于橡胶性能。橡胶性能受老化、试验频率、张力和温度的影响。高阻尼橡胶隔震元件-Qd值是橡胶添加剂的一种表达式。Kd值也是橡胶添加剂的一种表达式。高阻尼橡胶的

41、性能受老化、试验频率、张力、温度以及冲击等因素的影响。摩擦摆系统-Qd值是摩擦动态系数的一个主要表达式。Kd值是滑动表面曲度的表达式。摩擦力的动态系数受老化、温度、试验速度、污染物以及移动或磨损长度影响。Eradiquake（R-Qd值是盘式支座和预载摩擦力（如果使用）的动态系数的一个表达式。Kd值是装置里任何一种弹簧的表达式。摩擦动力系数受老化、温度、试验速度、污染物和移动或磨损的长度。弹簧性能的随所用的材料的变化而变化。粘滞阻尼装置-可以结合其他橡胶支座或滑块一起使用，Qd值是粘滞阻尼和支座元件两者的表达式。Kd值主要是支座元件的表达式。27/指导性规范规范7.1均衡载荷法静态等效地震力由

42、以下公式得来：F=CsW（1）弹性地震响应系数，Cs，用于确定等效力,由无因次关系得来：注解C7.1均衡载荷法传统桥梁设计的弹性地震系数形式是1.56二产S值范围在1.0至I1.2至I1.5至I2.0，根据不同土壤。尽管地面反应谱在较长的时间里减少大约1/T,上述公式得出的结果没有1/T快。事实上，在2.0秒时间内，Cs会比地面加速度反应谱咼50%。在长周期（咼桥墩、大跨径）传统桥梁设计中引用这个保守数据有两大原因，在AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）中有描述，如下：（a）长周期的传统桥梁，高延性要求都会集中在几个桥墩上。（b）由于周期的延长，传统桥梁更多的问题是不稳定性。关于隔

43、震设计，弹性隔震系数直接与弹性地面反应谱有关。这是因为隔震设计的目的是在特殊设计和试验过的元件上引入活动装置和阻尼，从而达至消除或很大程度上降低下部结构的延性需要。因此，长周期传统桥梁所要求的稳定抗震系数，在隔震结构上并没有需要。隔震系数的形成与有5%阻尼的传统桥梁设计有一点点不同，它是由以下公式得来：此时，A是加速度系数，Si是C5所说的隔震系统场地系数，1/Teff系数解释了地面反应谱坐标下降，Teff上升。土壤类型I，II，III和IV的谱加速度分别为1.0到1.5到2.0到2.7（AASHTO标准性规范（第I-A部分:隔震设计）图1.2）。再次，Cs应该不超过2.5A的值。i=-一(i

44、ncksj)H=亍o町(勺忖注意:这个方法不适用于IV类型的土壤。对于有粘滞阻尼的系统，其最大力并不相当于位移的最大点（方程式1）。应该用注解中给出的步骤。表7.1-1阻尼系数B阻尼（临界值的百分比）*251020304050B0.81.01.92.0*临界阻尼的百分比取决于隔震系统对能量的损耗和储存（这是由隔震系统特性试验和下部结构决定的）。阻尼系数应以阻尼强度线性插入为基础，而不是假设。请注意隔震系统有效阻尼超过30%的，须利用系统滞后曲线进行非线性时程分析法。注解如果已包括阻尼影响，那弹性地震系数为:规范位移d（英寸）来自于:其中B是表7.1-1中给出的阻尼系数。请注意

45、阻尼为5%时，B=1.0。Cs的量是无因次设计系数，用其乘以g得出谱加速度。根据以下公式，谱加速度（SA）与谱位移（sD）有关：机构的构造、活动性、单独的刚度。起重为循环自然频率，且通过得来。因此，因为SA=Csg并且其中合计工延伸至所有下部结构。相应的等效阻尼有可能按下列公式计算:隔震装置的滞后能量损耗=4Q（d-d）diy图C7.1-1（图例只显示了一个隔震装置和一个下部结构）Isotfilof伽moiZcan豳础ubstruchjiieanc*丘齐/TimBjff把sd视为d（第7节），桥面相对地面的位移由下列公式得出：_ToiaJrfFrwrjfjB英寸；毫米部结构Cs有可能会有替代形

46、式。Cs的量由以下公式确定：其中F是地震设计力，W是结构的重量，因此：JWIV其中Keff是所有支撑下部结构的支座的有效线性弹簧的总和。这个公式和前一个公式具有等效性，因为用啰二其中，cE=住乂岂=泌乂丄严竺=生g3B6.4SBTrJf一业注=泌亠严砂足竺笛略哪朋*隔振器（1个或更多支座）注意：这些方程式不包括下部结构的阻尼。阻尼系数取自1994年统一建筑法规。倘若阻尼是真正的线性粘滞，那么表7.1-1中的阻尼系数有可能会扩大到百分之五十（B=2）。倘若阻尼超过百分之三十，则B值取1.7，且无需做时程分析。方程式1和2非常适用于未附加真正的粘滞型阻尼（如粘滞阻尼器）的滞后系统。对于附加了粘滞阻

47、尼装置，比方说弹性橡胶或带粘滞阻尼器的滑动系统，假如阻尼系数B是以隔震系统所有元件（包括粘滞阻尼器）耗损的能量为基础，可用方程式3a和3b。等效阻尼由方程式19确定。地震力的确定分三个不同的阶段：在计算有效刚度时，要考虑隔震元件和下部在支座最大位移阶段。地震力由方程式1确定。请注意在这个阶段，粘滞阻尼力为0.在最大速度且支座位移为0阶段。地震力由隔震支座的特殊强度以及滞后阻尼力的峰值确定。后者是在速度等于2二dd/Teff,其中dd是阻尼装置位移峰值。（注意位移dd与支座位移dj有关）。在总惯性力最大的阶段（即上部结构加速度）。地震力饿确定公式是：尸=的斗2目心甸G州其中Cs由方程式2确定。K

48、eff是由隔震系统所有元件的集合来确定的，而不是像粘滞阻尼。d是隔震桥梁各种粘滞阻尼总和的有效阻尼率的百分比。/1=PCStaif2血=轴ILanPfe）修正方程式可以预估桥梁上部结构最大总惯性力。分配到各个下部结构元件的力以支座位移为基础，等于fldi，下部结构位移等于fldsub，阻尼速度等于f2dd/Teff），其中dd是阻尼位移的峰值。31/指导性规范规范7.2单模谱法按照第7.1节所确定的与隔震支座的位移有关的静态等效力，应该用AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）第4.4条规定的单模分析法，分别作用于在两根垂直轴，并按AASHTO标准性规范（第1-A：隔震设计）第3.9条

49、组合。分析时用到的隔震装置有效刚度，在设计位移情况下计算。通常，垂直轴就是桥梁的纵向和横向轴，但是这由设计者决定。弯梁桥的纵轴有可能作为连接两座桥墩的弦。注解C7.2单模谱法AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）第4.4条规定的单模分析法适用于隔震设计。事实上，这个方法用于隔震设计时已经简化了。第1，2和3步已经不需要，因为隔震系统的使用就已经可以确保简单的上部结构刚性主体变形模式。在第4步，等效静态地震负载的强度pe（x）值由以下公式确定：pe（x）=w（x）XC其中C按方程式2计算，w（x）是桥梁上部S结构每单元恒载长度。在第5步，载荷pe（X）用于确定上部结构构件的力和位移。3

50、2/指导性规范规范7.3多模谱法等效线性反应谱是按照AASHTO标准性规范（第I-A部分：隔震设计）第4.5条的要求来执行的，其中图12给出的地面运动反应谱阻尼约5%。这些谱会根据相应的加速度系数（A）以及阻尼系数（B）的变化而变化（见第7.1条规定），以显示实际地震危害以及隔震系统隔震模式的有效阻尼。随着阻尼系数B的变化，只适用于周期大于0.8Teff的情况。5%地面运动反应谱适用于其他模式。隔震装置的有效线性刚度应符合设计位移。垂直地震力的共同作用在AASHTO标准型规范（第I-A部分：地震设计）第3.9条有详细描述。注解C7.3多模谱法AASHTO标准型规范（第I-A部分：地震设计）第4

51、.5条给出的规则适用于隔震结构反应谱分析，但要做以下修改：（a）隔震支座的制作须使用设计位移di条件下确定的有效刚度特性（图C1-4）。（b）地面反应谱修改为结合隔震结构的有效阻尼（图C1-5）。分析时所需的响反应谱得改为结合较高隔震系统阻尼值。反应谱修正的部分只能用于桥梁隔震模式，形式如图C1-5.结构系统的有效阻尼应该是用于多模谱分析法。结构系统阻尼应该包括所有结构元件，并通过合理方法获取，这在第C7.1条有论述。33/指导性规范规范7.4时程分析法对于要求进行时程分析的隔震系统，有以下要求：（a）隔震系统的建造应该采用隔震装置非线性变形特性（按照第13节的要求通过试验来确定和验证）。（b

52、）成对的横向地面内运动时程零部件应该从经历过三次以上地震的零部件中选择。他们的持续时间应该和震级、设计地震的来源特征。他们有可能会频繁变化，以便更准确更接近现场地面运动波谱。其振幅可按下列程序分级：对于每一对横向地面运动零部件，每个零部件都要产生5%阻尼反应谱。地震的SRSS谱应该由两个垂直部件谱平方之和的平方根构成。那么总谱则由单次地震的SRSS谱平均值构成。那么总谱会有变化，这样按5%阻尼为基础设计的谱在0.5Tff到1.5Tff的范effeff围内就不会低于1.3倍。变化系数适用于单独地面运动零部件。注释C7.4时程分析法如果要求用时程分析法，地面运动的时程有可能会频繁变化，以便更准确更

53、接近场地地面运动谱。二维非线性分析可以用于不偏不弯的标准桥梁。（c）时程分析法至少是在三对适当的横向时程零部件上进行。每一对时程在模型上都是同时进行的。隔震系统的最大位移应该按照每个时间阶段垂直位移的矢量之和来计算。每次时程分析都要计算效应参数。如果进行了三次时程分析，把效应参数的最大反应用于设计。如果进行了七次或以上分析，效应反应参数的平均值可用于设计。35/指导性规范规范8.隔震系统的设计性能标准设计性能隔震系统的最小和最大有效硬度（Kmin和Kmax）应该由Kd和Qd的最小和最大值决定。Kd和Qd的最小和最大值由以下决定:恶11=x九命氐如mar=Qtl再入mgi”QlOjlnun-=Q

54、dxXjrtih.Qd(8)Qrttinjl,Q/jxAfl魄此加XXXnain.比囱X心缶(IDrnatOtp爲djUQJ叢尬dX此0d*入1*侧；甘爲其中用于设计的系统性能修正系数（第8.2条有定义）应该通过系统特性试验来确定，并通过工程师批准。试验值lieu中，有可能会用到附录A中的入值。=老化影响系数（包括腐蚀）8.2系统性能修正指数飢）隔震元件的机械性能受温度、老化、预应变、速度、移动和污染影响。4=在有关速度或频率下的特征值/在试验速度或频率下的特征值8.2.1最小和最大系统性能修正指数S=移动（磨损）影响系数(10)36/指导性规范规范调整系数应该适用于不统一的那部分入值。注解X

55、九ia时比X入E讯占心x九ni%xrJ蟹”临（刘尸人KM.屁址入WiT”q曲fNPiojr.nd乂Xmo护砧Xhmax总心注释C8.1.2关于对系统性能修正参数的概念的解释见Constantinouetal.（1999）C8.2.1此时所有丘值都是统一的。T-3任务小组确定入min值的有效试验数据导致的力和位移在设计值的15%范围。如果工程师认为个别系统会产生超出土15%范围的位移，那么Anin分析就会发挥作用。亠=污染影响系数（在滑动系统中）啪=支座冲击影响系数（在橡胶系统中）8.2.2系统性能调整系数调整系数适用于独立的入值，用于说明发生的可能性。以下调整系数适用于除心以外的所有鼻系数。1

56、.0forcriticalbrides0.75for亡酣亡fiti创亦站刖0.66fwaliotherbridges1.0用于关键桥梁0.75用于重要的桥梁0.66用于所有其他桥梁C8.2.2系统性能调整系数T-3任务小组认为，只有关键桥梁需要同时考虑所有丘系数的最大值。对于必不可少的桥梁和其他桥梁，系数降低多少取决于工程判定。举例爲匹J1.2，无调整系数心皿=1+（1.2-1）0.75=1.15,调整系数为0.7537/指导性规范规范隙。另外，支座的设计转动能力须超过最大地震转动。最小间隙默认值的目的主要是为了避免分析过程中产生过低的间隙。隔震装置由于受纵向力、风力、离心力以及热影响产生的位

57、移是隔震装置转向力特征的作用之一。所有膨胀接头处都要为这些移动留够间隙。38/指导性规范规范9.0间隙10.SPCA设计系数两个垂直方向的间隙应该为从分析上每个方向的最大位移。间隙应该不小于：每个支座上下部结构之间的连接处地震设计力按下列公式计算：C9间隙两个垂直方向中的任何一个方向用7.1，7.2，7.3或7.4进行隔震分析时得出的位移都要有适当的间隙。作为纵向设计，要给桥墩和桥面之间的地震位移提供完整的桥墩信息。桥梁和桥墩之间要给地震位移留够间39/指导性规范规范11.SPCsB，C和D设计力空血j(1闾叫(1助或1英寸（25毫米），无论哪个较大。AASTO标准性规范规定，隔震元件由于受L

58、F、W、WL、CF和T共同载荷的影响，应计算其位移，并留出适当的间隙。最小设计力应该与方程式13计算出的间隙一致。注解呐（14?其中dt以最小加速度系数A为基础，不少于0.10.注释C10.SPCA设计系数这里可以使用隔震后的实际弹性力。但要注意的是,SPCA桥梁0.09的最大加速度系数在隔震后最小值为0.10.桥梁和桥墩的地震设计力应该不小于由软化系统屈服程度、滑动系统摩擦程度，或保护限制系统极限能力引起的力。任何情形都可用静态或动态条件。如果弹性地基力小于因桥梁铰接产生的力，那么可以用于AASHTO标准性规范（第I-A：隔震设计）第7.2.6条中描述的地基设计。用于地基设计的R值等于1.0

59、.每个支座上下部结构之间的连接处地震设计力按下列公式计算：孔匕肿t（15）注解C11.SPCsB，C和D设计力AASHTO关于SPCsB以及SPCsC和D的要求分别在AASHTO标准性规范（第I-A：隔震设计）第6.2条和第7.2条。虽然设计和分析过程没有明确包括纵向地面运动，但要把它对关键结构元件的影响结合起来，这点很重要。包括支座的纵向稳定性以及桥梁立柱额外产生的横向负载。40/指导性规范规范12.其他要求非地震横向力隔震系统还必须能抵抗作用于隔震界面的所有非地震横向载荷组合。这些组合包括AASHTO标准型规范规定的W，WL，LF，CF和T。工作阻力风力、离心力、制动力以及房主热位移等的阻

60、力要按照13.2节通过试验来建立。12.1.2CcJd12.1.2低温天气要求Coldweatherpcrforn惟ticxshallbeconsideredinEh亡designofailcypesofisolationsystems.Low-icmpccanitiighalEconfortHwithfigure14.5.1ofllieAASHTOSrandaniSpecificaiions（Diviaion打inthebseiKCofmoresite-specificdaia.任何一种隔震系统在设计时要考虑低温天气。低温区要与AASHTO标准性规范（第I部分）中图14.3.1致。缺少很多现