日本道路桥示方书.docx
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日本道路桥示方书
V抗震设计篇
第1章总则5
1.1适用范围5
1.2用语的定义5
第2章抗震设计的基本方针7
2.1抗震设计的基本7
2.2抗震设计的原则8
2.3划分桥梁的重要度10
第3章抗震设计时必须考虑的载荷12
3.1抗震设计时必须考虑的载荷和其组合12
3.2地震的影响12
第4章设计地震运动14
4.1一般14
4.21级地震运动15
4.32级地震运动17
4.4按地域区分的修正系数20
4.5抗震设计上的地基种类25
4.6抗震设计上的地基面26
第5章抗震性能的检查29
5.1一般29
5.2对于抗震性能1的桥梁的界限状态31
5.3对于抗震性能2的桥梁的界限状态31
5.4对于抗震性能3的桥梁的界限状态36
5.5抗震性能的检查方法38
5.6防止上部构造掉落的对策41
第6章抗震性能的静态检查方法42
6.1一般42
6.2适用静态检查法的情况的载荷计算方法43
6.2.1一般43
6.2.2惯性力43
6.2.3固有周期的估计方法48
6.2.4地震时的土压56
6.2.5地震时的动水压力60
6.3检查1级地震动的抗震性能64
6.3.1一般64
6.3.2惯性力的计算方法65
6.3.3设计水平地震烈度72
6.3.4抗震性能1的检查74
6.4检查2级地震动的抗震性能76
6.4.1一般76
6.4.2惯性力的估算方法77
6.4.3设计水平地震烈度77
6.4.4构造物特性修正系数81
6.4.5抗震性能2或抗震性能3的检查84
6.4.6钢筋混凝土桥墩的检查85
6.4.8桥台基础的检查90
6.4.9上部构造的检查91
6.4.10支承部的检查91
第7章抗震性能的动态检查方法92
7.1一般92
7.2用于动态解析的地震动93
7.3解析模型以及解析方法94
7.3.1解析模型以及解析方法94
7.3.2部件的模型化96
7.4检查抗震性能98
第8章地震时不稳定的地基的影响101
8.1一般101
8.2被判断为抗震设计上的极松软土层或产生对桥梁造成影响的液状化的砂质
土层的土质常数102
8.2.1一般102
8.2.2判断抗震设计上的极松软土层102
8.2.3判断砂质土层的液状化102
8.2.4使抗震设计上土质常数减小的土层及其处理方法105
8.3有确认会造成对桥梁产生影响的流动化的地基存在时的抗震性能的检查
107
8.3.1一般107
8.3.2流动力的估算方法109
第9章抗震桥的抗震性能检查112
9.1一般112
9.2抗震桥的抗震性能检查115
9.3抗震支承的模型化117
9.3.1一般117
9.3.2抗震支承的非线性历史模式117
9.3.3抗震支承的等价线形模型118
9.4抗震支承的基本性能121
9.5期待可以减小地震的影响的其他构造122
第10章钢筋混凝土桥墩的地震时保有水平耐力及容许塑性率123
10.1一般123
10.2破坏形态的判断和地震时保有水平耐力及容许塑性率124
10.3水平耐力及水平变位的计算127
10.4混凝土的应力度一变形曲线132
10.5抗剪耐力136
10.6为了提高钢筋混凝土桥墩的韧性而需要注意的构造细目139
10.7轴向钢筋之分段146
10.8钢筋混凝土Rahmen桥桥墩的地震时保有水平耐力及容许塑性率.....147
10.9上部构造等的死载荷导致的偏心力矩起作用的钢筋混凝土桥墩156
第11章钢制桥墩的反应值和容许值160
11.1一般160
11.2通过动态检查法进行检查161
11.3构造细目167
11.4锚栓部位的检查171
第12章桥墩基础的反应值和容许值173
12.1一般173
12.2计算桥墩基础上产生的断面应力、地基反力及变位176
12.3基础的屈服179
12.4计算考虑桥墩基础的塑性化时的桥墩基础反应值180
12.5桥墩基础的容许塑性率及容许变位182
12.6桥墩基础的部件的检查183
第13章位于产生液化状的地基的桥台基础的反应值和容许值184
13.1一般184
13.2用于桥台基础检查的设计水平地震烈度185
13.3计算桥台基础的反应塑性率187
13.4桥台基础的容许塑性率188
13.5桥台基础的部件的检查188
第14章受到地震影响的上部构造的容许值和上部构造端部构造189
14.1一般189
14.2钢上部构造190
14.2.1耐力和容许变形量190
14.2.2构造细目190
14.3混凝土上部构造191
14.3.1耐力和容许变形量191
14.3.2构造细目193
14.4上部构造端部构造194
14.4.1上部构造端部的游间194
14.4.2伸缩装置197
14.4.3伸缩装置保护罩198
第15章支承部的检查200
15.1一般200
15.2用于支承部检查的设计地震力202
15.3支承部检查205
15.4支承部位的构造208
15.5变位限制构造209
第16章落桥防止系统212
16.1一般212
16.2横梁结合长度215
16.3落桥防止构造223
16.4高度差别防止构造226
16.5变位限制构造226
第1章总则
1.1适用范围
本文章适用于桥梁的抗震设计。
明确抗震设计篇的适用范围。
适用的桥梁和操作与共通篇1.1适用的范围相同
1.2用语的定义
本文章中使用的用语的意义如下。
(1)抗震性
桥梁承受地震影响的性能
(2)界限状态
桥梁整体及各部分能满足抗震性的界限的状态
(3)液状化
土壤间隙中的水压因地震运动急剧上升,导致饱和砂土层失去断裂强度,对土壤的构造产生破坏
(4)流动化
伴随着液状化产生,地基向水平方向移动
(5)抗震设计上的地基类别
按照地震时地基的振动特性而进行的工程分类的地基类别
(6)抗震设计上的地基面
在抗震设计上的地表面和假设的地基面
(7)抗震设计上的基础面
针对对象地点具有共同的宽度范围,处于在抗震设计中被看作是振动的地基下方存在的非常坚硕的地基上方
(8)地震烈度法
把由于地震的影响对结构物及地基产生的作用置换成用地震烈度表示的静荷
载,进行检查抗震性能的方法
(9)地震时保有水平耐力法
在结构物的塑性范围内地震时的保有水平耐力和变形性能,考虑能量吸收的静态抗震性能检查方法
(10)静态检查法
用静态的分析进行检查抗震性能的方法
(11)动态检查法
用动态的分析进行检查抗震性能的方法
(12)设计振动单位
在地震时被看作是做同一振动的结构系列
(13)塑性化
部件由于地震力产生的变形超过了部件自身的弹性界限
(14)地震时保有水平耐力
结构部件在塑性范围内反复受到地震力时发挥出的水平耐力
(15)塑性变形性能
结构部件在塑性范围内反复受到地震力时能够稳定地保持地震时保有水平耐力而变形的性能
(16)塑性皎
在钢筋混凝土部件里,受到正负交替的反复变形时限定发挥塑性变形性能的部位。
为算出最终水平变位而设定的塑性皎部件沿轴方向的长度称为塑性皎的长,塑性皎长度内的断面范围称为塑性皎范围。
(17)地震时水平力分散结构
地震时为了让量大的下部结构分担上部结构的惯性力,把上部结构和量大的下部结构结合在一起的结构。
作为上下结构相结合的方法,用在橡胶支撑,免震支撑等弹性固定方式的场合和用固定支撑的多点固定方式的场合等。
(18)抗震桥
随着适度延长使用免震支撑的固有周期,具有以增大衰减性能,拥有预期能够减轻地震时的惯性力的结构的桥梁。
(19)防止上部构造掉落系统
以防止上部结构因地震而掉落为目的而设置的结构系统,由横梁连接、防止上部构造掉落结构、限制移位结构及防止高度差结构组成。
第2章抗震设计的基本方针
2.1抗震设计的基本
(1)桥梁的抗震设计的目的在于,根据设计地震运动的级数和桥梁的重要性,确保桥梁具有必要的抗震性能。
(2)在进行抗震设计时,除了考虑地形、地质、地基条件、布局条件等,选择抗震性能较好的构造形式外,还必须注意构成桥梁的各种部件以及桥梁的整个体系均须具备必要的抗震性。
(1)桥梁在地震后作为避难道路及通往救助、急救、医疗、消防活动及向受灾区输
送紧急物资的运输道路等担任了非常重要的作用。
因此,在桥梁的抗震设计上,必
须有确保地震时的桥梁安全观念的同时,按照桥梁的重要度,尽可能控制因桥梁的功能下降而导致的对地区社会生活造成的障碍。
根据桥梁作用的重要性,在桥梁的抗震设计中的基本在于根据设计地震运动的震级和桥梁的重要性来确保桥梁必要的抗震性能。
(2)通过考虑地形、地质、地基条件、布局条件等后,选择具有适当地抗震性的桥梁构造形式是很重要的。
另外,必须以在增强构造部件强度的同时提高变形性能,以建造桥梁整体可以抵抗地震构造系统为目标。
据此观点,将抗震设计上较好的构造形式与抗震设计上欠妥的构造形式记述如下。
1)为确实防止上部构造的掉落,最好选择尽可能大的跨度连续构造的桥梁构造形式。
大跨度连续构造的支承条件有单点固定方式和地震时水平力分散构造等,通常在单点固定方式的大跨度连续构造中,因为支撑固定支承的下部构造的负担容易变得过大,所以这时最好选择地震时水平力分散构造。
另外,若有山丘部的高桥墩的桥梁等、桥台部的地基条件良好时,因位从此时的构造来看,由桥墩负担地震时水平力比使用桥台负担更为合理,所以为了提高桥梁整体的抗震性,最好根据桥梁的构造条件和基础地基的支撑条件等恰当地选择支承条件。
2)在可能产生软质粘性土层的滑动性和沙质地基的液状化、及其伴随液状化的流动化等地基变化的填拓地基和冲积地基上,选择水平刚性较高的基础、和多点固定方式和Rahmen桥形式等,上部构造和下部构造的接点尽可能多的构造体系。
3)地基条件良好、固有周期短的大跨度连续形式的桥梁最好采用抗震设计。
4)在可能因部分的损坏导致整个体系崩溃的构造系统中,必须考虑如何限定该部分的损坏。
5)对大的地震而言,必须区分容许非线形反应的构造部件和即使在其状况下仍限制在基本弹性域的必要构造部件,适当地构成构造系统。
另外,最好不要采用受几何学的非线形性影响较大的构造和因死载荷而受到大的偏心力矩的构造这样的在受到大的地震运动时容易变得不稳定的构造。
6)在地基条件和构造条件有明显变化的地方,必须充分探讨将上部构造从桥墩处切
离更有利还是采用连续构造更有利。
2.2抗震设计的原则
(1)在桥梁的抗震设计中,一般将设计地震运动区分为桥梁的使用期间发生概率较
高的地震运动(以下称“跟地震运动”)和桥梁的使用期间发生概率较低但强度较大的地震运动(以下称“级地震运动”)这两个级别。
在此,2级地震运动包含预计的板块部位型大规模地震类型I的地震运动以及预计内陆直下型地震的类型II的地震
运动这两种。
(2)根据道路类别和桥梁的功能、构造桥梁的重要度分为重要度一般的桥梁和重要
度特别高的桥梁(以下分别称为“A类桥梁”和“B类桥梁”)这两种,其区分方式请参
考2、3。
(3)基于桥梁整体的状态,桥梁的抗震性能如下。
1)抗震性能1
即使有地震,桥梁仍然可以完好无损的性能。
2)抗震性能2
地震仅仅会造成一定程度的损伤,桥梁能够被快速修复的性能。
3)抗震性能3
地震不会对桥梁造成致命性损伤的性能。
(4)根据设计地震运动的级别和桥梁的重要度,桥梁的抗震设计如下:
1)请进行抗震设计,确保对于1级地震,A类桥梁和B类桥梁均为抗震性能1。
2)请进行抗震设计,确保对于2级地震,A类桥梁为抗震性能3,B类桥梁为抗震性能2。
(5)请注意,应当采取一定措施,保证即使因抗震设计中未预料到的举动和地基破坏等造成构造系统破坏,也可以防止上部构造的掉落。
(1)抗震设计中考虑的地震运动可分为桥梁使用期间生概率较高的地震运动(以下
称“敬地震运动”)和桥梁的使用期间发生概率较低但强度较大的地震运动(以下称
“级地震运动今这两个阶段的地震运动。
经此次修订后,将这两个阶段的设计地震运动称为1级地震运动及2级地震运动为。
在此,1级地震运动指,发生可能性较高的中等规模程度的地震导致的地震运动。
另外,2级地震运动指,发生频率较低
的板块境界型大规模地震造成的地震运动(I类地震运动)和1995年兵库县南部地震那样,发生频率极低的内陆直下型地震造成的地震运动(II类地震运动)这两种类型的地震运动。
相对而言,I类地震运动为较大振幅在长时间反复作用的地震运动,II类地震运动则是持续时间极短但地震强度极大的地震运动。
因地震运动的特性不同,在地震设计中应考虑两种地震运动。
(2)鉴于在地震后桥梁的社会作用和在灾害防范上的所在位置,桥梁失去功能造成的影响度大小等,遵从于传统的道路桥梁的抗震设计惯例,按照道路种类和桥梁的
功能•构造将抗震设计桥梁区分设定为2种重要度。
再者,这里所说的重要度是从抗震设计上的观点评价的重要度。
(3)作为桥梁抗震设计目标的抗震性能,根据抗震设计上的安全性、抗震设计上的使用性、抗震设计上的可修复性的各种观点,设定了3个阶段的级别,如同条文所
述的被定义。
在这里,抗震设计上的安全性是指,为了保证不会因地震导致的上部构造掉落时造成人员伤亡的功能;抗震设计上的使用性是指,地震后的桥梁依然维持了其原来的通行功能和避难路、求助、救急、医疗、消防活动及紧急物资的运输道路的功能;抗震设计上的可修复性是指,能修复因地震产生的损伤的功能。
首先,抗震性能1的定义为即使有地震,桥梁仍然可以完好无损的性能。
抗震性能1中,当然可以确保对桥梁掉落的安全性,即使在地震后也不必进行任何修复即能确保桥梁具有与地震前相同的桥梁功能。
另外,可一些稍微修复即可对应其长期的必要修复。
抗震性能2的定义为地震仅仅会造成一定程度的损伤,桥梁功能能够被快速修复的性能。
即抗震性能2可以确保对桥梁掉落的安全性的同时,在地震后,也能通过应急修复快速地恢复桥梁功能。
另外,也能够比较容易进行长期的必要修复。
抗震性能3的定义为地震不会对桥梁造成致命性损伤的性能。
即抗震性能3确
保桥梁掉落安全性的必要,但必要功能不包含抗震设计上的使用性和抗震设计上的可修复性的观点。
表-解2.2.1就抗震性能1〜3有关的事项从抗震设计上的安全性、抗震设计上的使用性、抗震设计上的可修复性的观点分别考虑后加以整理并显示。
而且,抗震性能1和抗震性能2,若满足从使用性和可修复性的观点求得的抗震性能,则能明确确保桥梁掉落的安全性,所以桥梁掉落的安全性一般不属于抗震设计上的支配性的要求项目。
表-解2.2.1抗震性能的观点
桥梁的抗震性能
抗震设计上的
安全性
抗震设计上的
使用性
抗震设计上的可修复性
短期可修复
性
长期可修复
性
抗震性能1:
即使有地震,桥梁仍然可以完好无损的性能
确保桥梁掉落的安全性
确保具有地震
前相同的桥梁
功能
不必做功能
恢复的修复
稍微修复即
可
抗震性能2:
地震仅仅会造成一定程度的损伤,桥梁能够被快速修复的性能
确保桥梁掉落的安全性
地震后的桥梁功能能得到快速恢复
功能恢复的
修复有相应
的应急修复
能够比较容
易的进行恒
久修复
抗震性能3:
地震不会对桥梁造成致
命性损伤的性能
确保桥梁掉落的安全性
(4)如同条文中那样,规定按照
(1)中规定的设计地震运动的震级和
(2)中规定的2种桥梁的重要度,求桥梁的抗震性能。
如表-解2.2.2中所示。
表-解2.2.2以桥梁的抗震性能为目标的设计地震运动
设计地震运动
A类桥梁
B类桥梁
1级地震运动
即使有地震,桥梁仍然可以完好无损的性能(抗震性能D
2
级
地
震
运
动
I类地震运动
(板块境界型的大规模
地震)
n类地震运动
(兵库县南部地震类型
的内陆直下型地震)
地震不会对桥梁造成致命性
损伤的性能(抗震性能3)
地震仅仅会造成一定程度的损伤,桥梁能够被快速修复的性能(抗震性能2)
(5)即使因抗震设计中未预料到的举动和地基破坏等造成构造系统破坏,也应以努
力确保抗震设计上的安全性为目的,如条文中考虑到的那样防止上部构造的掉落。
在抗震设计中,从给予构造物的影响这一观点看来,即使至今观测到的世界最强的地震运动为兵库县南部地震,也不能否认在将来发生比之更强的地震运动的可能性。
这是因为,以现有的知识还不能充分明白有关强烈地震运动发生的机理和将来发生地震的断层等的不确定性。
另外,在现阶段,进行强震观测的历史很短,没有充分地积累这样强烈的地震运动的观测记录,所以对于正确估计此类地震运动的特性并将之反映在桥梁的抗震设计上还残留了多处未明了之处。
另外,因周围地基的破坏和构造部件中未预料的复杂振动,可能产生在设计上没想到的作用和变位,使桥梁存在变形。
因此,即使对此类事态,也要以在一定程度上确保桥梁掉落的安全性为目标。
但是,在1999年发生的土耳其地震和台湾集集地震中,我们看到了因5m到
10m及更大的断层变位引起的桥梁掉落的受灾事例。
桥梁的设计直接反映出每个断层的特性,必须考虑特定的断层位置、活动周期和地表产生的断层变位等情况。
近年来,关于活断层进行了进一步的相关调查和断层变位的推算等的研究,但依然残留了多处不明了之处,有必要根据今后的调查研究的进展作出相对地恰当的变动。
防止上部构造的掉落是以能在抗震设计中考虑到在上述内容中未明了的课题和没有经过的未预料到的事态为目的的。
但是,事实上,要设计出即使产生未知的地震运动和极大的断层变位也能安全的桥梁,在现阶段还受到了各个方面的制约。
对于这样的地震运动,重要的在于提高道路网络的冗余,致力于能够在早期恢复使用的体制整备和技术开发等。
2.3划分桥梁的重要度
A类桥梁和B类桥梁的区分如表-2.3.1所示。
表-2.3.1桥梁重要度的区分
桥梁重要度的区分
桥梁对象
A类桥梁
除下述桥梁外
B类桥梁
同速汽车国道,城市同速道路,指正城市同速道路,本州四国联络道路,一般国道的桥梁
-都道府县道路,市町村道的中间、复式断面、跨线桥梁及属于地域防灾计划的位置或因为该道路使用状况等而特别重要的桥梁
基于2.2
(2)的规定,将桥梁划分为A类桥梁和B类桥梁。
并且,在以地区的防灾计划上的所在位置和该道路的利用情况等来划分其重要度的情况,请考虑下述事项。
1)地域的防灾计划上的所在位置
确保桥梁在地震后的救援活动、修复活动等紧急运输中的必要地位
2)再次受灾的可能性
多个断面、跨线桥、跨路桥等在桥梁受灾时给其他构造物、设施造成的影响的程度
3)利用情况和有无替代物
利用交通流量和桥梁失去通行功能时,能否通过其他直接的代替构造物、设施维持其功能
4)功能恢复的难易
桥梁受损伤后,其功能恢复所需的时间、费用的多少
第3章抗震设计时必须考虑的载荷
3.1抗震设计时必须考虑的载荷和其组合
(1)进行抗震设计时必须考虑以下载荷。
1)主载荷
共通篇2.1中显示的主载荷中除了活载荷以及冲击后的载荷
a死载荷(D)
b预应力(PS)
c混凝土的蠕变的影响(CR)
d混凝土的干燥收缩的影响(SH)
e土压(E)
f水压(HP)
g浮力或向上压力(H)
2)次载荷
地震的影响(EQ)
(2)载荷的组合如下。
(1)中所示的主载荷+地震的影响(EQ)
(3)载荷的作用在于:
产生对桥梁最为不利的应力、变位和其他影响。
(1)列举了在抗震设计中必须考虑的载荷,请根据架桥地点的条件和桥梁的构造形式等进行选择,无须组合所有的载荷。
再者,在抗震设计中无须考虑活载荷。
原因在于活载荷是因为时间、空间的变动而变动的,活载荷满载和地震同时发生的概率通常较小。
与此同时,还存在对于交通车辆会滞留较长时间的桥梁,必须将活载荷作为地震的影响考虑这样的观点,但是为了规定必须考虑的活载荷的大小、安全率等,今后需要调查研究的事项还很多,与此同时,即使假设地震时车辆在桥面上,车辆也有抑制桥梁振动的效果,根据融合了大型车辆的动态振动特性的车辆-桥梁体系的动态解析,车辆对桥梁的地震反应带来的影响并不显著,所以我们遵从传统的抗震设计的惯例,在进行抗震设计时不考虑活载荷。
3.2地震的影响
地震的影响一般如下。
(1)构造物的重量而导致的惯性力(以下被称为惯性力”)
(2)地震时的土压。
(3)地震时的动态水压。
(4)地基的液状化和流动化的影响
(5)地震时的地基变位
规定了在桥梁的抗震设计中必须考虑的地震影响的种类。
在进行桥梁的抗震设计时,必须根据各种设计条件,从这些中间恰当地选择必须考虑的地震影响。
构造物的重量中必须同时考虑附加物等的重量。
和构造物一起振动,对构造物产生很大影响的土块部分的影响作为惯性力考虑。
关于地震时的地基变位,即使在传统的抗震设计篇(1996年)中,也为了防止上部构造的掉落而在横梁插入长度的设计中被加以考虑,在本次的改定中,将之明确规定为地震的影响。
再者,作为对桥梁造成影响的地震时的地基变位之一,伴随着地表地震断层的出现产生断层变位影响,通过1999年的土耳其大地震和台湾集集地震导致的桥梁的较大的灾害。
再次,关于地表地震断层的出现,还没有确立其位置和变位量的预测方法等,另外,在现阶段,还没有确立在桥梁的抗震设计中可以具体反映的检查技术。
因此,必须对应今后的调查研究的进展,不断与改善断层变位较强的构造形式相关的技术开发和选择方法。
第4章设计地震运动
4.1一般
1级地震运动及2级地震运动分别根据4.2及4.3规定进行设定。
但是,可以恰当地推断考虑了在建筑地点周边的以前的地震信息、活断层信息,在板块部位产生的地震信息、地壳构造相关信息、建筑地点的地基条件相关信息、以往的强震纪录等情况的建筑地点的设计地震运动时,依据上述信息设定设计地震运动。
规定用于抗震性能检查的有关设计地震运动的设定的基本思考方法。
在条文中,规定1级地震运动及2级地震运动分别基于4.2及4.3中的规定的加速度反应向量进行设定。
另一方面,近年来,基于建设地点周围的活断层的调查结果,计算用于断层模式的设计地震运动的方法等也正在被开发。
在此次的改订,活用这样的方法,能够适当地估计在该建设地点的设计地震运动时,基于此情况,设定设计地震运动。
在这里,在桥梁的建设地点上设定设计地震运动时,必须根据对建设地点的地震运动造成影响的主要原因和以往的观测记录,适当地考虑以下事项。
1)在建设地点周围发生过的地震的规模、发生位置、发生频率等过去的地震信息。
2)建设地点周围的活断层的分布、活动度、因活断层发生的地震规模等活断层信息。
3)建设地点周围的板块部位发生的地震规模,震源断层的位置等地震信息。
4)对地震运动的传播造成影响的地下构造的相关信息。
5)建设地点的地基条件
6)以往的强震记录
进行设计地震运动的设定时,一般情况下,地震信息、活断层信息和地基信息的种种参数对设计地震运动的计算结果造成很大影响,所以必须充分进行上述信息的讨论。
为了设定根据个别活断层的特性调
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