高架橋下部構造及其設計方法
2023-06-03 17:12:41 1
專利名稱：高架橋下部構造及其設計方法
技術領域：
本發明涉及一種高架橋，特別是涉及一種鐵路高架橋下部構造及其設計方法。
而且，本發明涉及用於加強其剪切破壞優先於彎曲破壞的RC構件的抗震加強法，以抵抗地震。
而且，本發明涉及一種具有抗震性能的抗震框架結構及其設計方法，特別是適用於在道路、鐵路等領域使用的高架橋的下部構造的抗震框架結構和設計方法。
鐵路和運輸工具例如汽車行駛的橋梁從狹義上講包括跨過河流、海峽等的橋梁，還包括在街道連續架設的所謂高架橋。從有效利用土地的觀點上講，這種高架橋在道路、鐵路或河流上空連續架設，而在立體交叉的高架橋下的道路或鐵路也有助於減緩交通堵塞。
另外，在許多情況下，這種高架橋下部構造通常構造成鋼筋混凝土(RC)的剛性框架結構，但在設計/施工期間，地震時高架橋本身的穩固性，以及運輸車輛行駛的安全性必須充分的加以研究。
在這種情況下，本申請人等提出了這種高架橋下部構造，減震器-支柱布置在鋼筋混凝土剛性框架內，已經發現這種構造提高了抗震性能和行駛安全性。
然而，還沒有制定任何抗震設計方法，可有效和經濟的確保抗震性能和行駛安全性的設計技術等待發展。
而且，與彎曲破壞不同，RC構件的剪切破壞發展迅速，而且缺乏延展性，在許多情況下，對結構產生致命的危害。特別是，由地震荷載的作用引起的柱材料的剪切破壞在許多情況下對結構產生極大破壞，而且，對於具有小的剪跨比和其上作用有大的軸向力的短柱等來說，在大的軸向應力和剪切應力的合成作用下，柱芯部的混凝土突然破壞，並且，柱快速的損失其荷載支承能力。
因此，在結構設計中，必須防止最大程度的剪切破壞，而且，對於剪切破壞很可能先發生的當前RC構件來說，抗震加強是必須的，例如圍繞其周邊卷繞碳纖維和卷繞鋼板。
在該方法中，有可能增強RC構件的剪切荷載支承能力，並防止以後發生的剪切破壞，但另一方面，由於碳纖維必須繞整個構件長度圍繞，因此，施工時間太長，從經濟的觀點來看，這種抗震加強法不一定是最優的。
而且，在RC剛性框架內布置有減震器-支柱的高架橋的下部構造大有前途，因為如上所述其抗震性能大大加強。但是，當鋼框架偏心支撐布置在RC剛性框架內，且減震器夾在鋼框架偏心支撐和RC剛性框架之間時，而且，當減震器具有小的允許變形量，例如滯後的剪切破壞，在大地震中，減震器首先斷裂，但仍存在一個問題，即RC剛性框架的展延性不能有效利用。
而且，當減震器以較小的變形斷裂時，減震器或RC剛性框架的荷載支承能力必須增加，但在這種情況下，實際上需要地基和樁以增加荷載支承能力，結果，整個結構具有大的截面，導致成本問題。
因此，本發明的一個目的是提供一種高架橋下部構造，及其設計方法，其中抗震性能和行駛安全性可有效和經濟的得到保證。
本發明的另一個目的是提供一種RC框架的抗震加強法，該框架中不需要更多的施工時間即可預先防止剪切破壞。
本發明的另一個目的是提供一種抗震框架結構及其設計方法，不需要提供具有大截面的減震器或RC剛性框架即可增強抗震性能。
對於前述目的，本發明提供了一種高架橋下部構造的設計方法，以設計出一種高架橋下部構造，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱。該方法的步驟包括在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td；從對應於假定的地震運動的屈服地震係數譜中獲得對應於目標延度係數μd和目標固有周期Td的屈服地震係數，以提供設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd；利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積。
這裡，通過執行這些步驟，直到上述RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面設定好為止，高架橋下部構造的截面設計一次完成，但隨後可檢驗設定的構件截面。
本發明還提供一種高架橋下部構造，它包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，其中，在假定的地震運動中，通過設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td，從對應於假定的地震運動的屈服地震係數譜中獲得對應於目標延度係數μd和目標固有周期Td的屈服地震係數，以提供設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd，利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd，並將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，影終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，從而可設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面。
這裡，通過執行這些步驟，直到上述RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面設定好為止，高架橋下部構造的截面設計一次完成，但隨後可檢驗設定的構件截面。
本發明還提供了一種用於設計高架橋下部構造的高架橋下部構造設計方法，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱。該方法的步驟包括在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td；從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數；將彈性反應譜地震係數和目標延度係數μd應用於恆定勢能的Newmark定律，以便計算設計地震係數Kh，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd；利用設計地震係數Kh獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積。
這裡，通過執行這些步驟，直到上述RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面設定好為止，高架橋下部構造的截面設計一次完成，但隨後可檢驗設定的構件截面。
本發明還提供一種高架橋下部構造，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，其中通過在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td，從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數，將彈性反應譜地震係數和目標延度係數μd應用於恆定勢能的Newmark定律，以便計算設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd，利用設計地震係數Kh獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，從而設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面。
這裡，通過執行這些步驟，直到上述RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面設定好為止，高架橋下部構造的截面設計一次完成，但隨後可檢驗設定的構件截面。
本發明還提供了一種用於設計高架橋下部構造的高架橋下部構造設計方法，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱。該方法的步驟包括在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td；從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數；彈性反應譜地震係數除以由結構類型確定的反應改正係數，以計算設計地震係數Kh，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd；利用設計地震係數Kh獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積。
這裡，通過執行這些步驟，直到上述RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面設定好為止，高架橋下部構造的截面設計一次完成，但隨後可檢驗設定的構件截面。
本發明還提供一種高架橋下部構造，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，其中通過在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td，從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數，彈性反應譜地震係數除以由結構類型確定的反應改正係數，以計算設計地震係數Kh，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd，利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd，將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb，設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，從而設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面。
這裡，通過執行這些步驟，直到上述RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面設定好為止，高架橋下部構造的截面設計一次完成，但隨後可檢驗設定的構件截面。
作為高架橋的下部構造，考慮包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱的下部構造，但這裡提到的減震器-支柱是指包括支柱和滯後減震器的結構，該支柱布置在RC剛性框架的結構平面內，該滯後減震器夾在支柱和RC剛性框架之間，在支柱內或支柱之間，支柱形狀例如Y，X和K型和滯後減震器型例如剪力型和彎曲型是任意的。而且，RC剛性框架的結構也是任意的，例如，基礎梁的存在/不存在不受限制。
而且，本發明主要應用於鐵路高架橋，但其用途是任意的，而且還包括高速公路高架橋。
本發明還提供一種RC框架的抗震加強法，其步驟包括將RC構件的主鋼筋部分切割，以便使RC構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變成彎曲破壞優先型。
本發明還提供一種RC框架的抗震加強法，其步驟包括將構成RC剛性框架的RC柱構件的主鋼筋的一部分切割，以便使RC構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變成彎曲破壞優先型；和將減震器-支柱機構布置在RC剛性框架的一個平面內。
本發明還提供一種抗震框架結構，它包括一個RC剛性框架，該RC剛性框架由一對柱和一個梁組成，該對柱垂直地相對布置，該梁在柱的頂部之間伸展；一個反V形或V形偏心支柱材料，該偏心支柱材料布置在RC剛性框架的結構平面內，其兩端與柱的中部附近銷接；和減震器，該減震器夾在反V形偏心支柱材料的上端和梁之間或者夾在V形偏心支柱材料的下端和基礎梁之間，該基礎梁用於將柱的腿部連接。
本發明還提供一種抗震框架結構的設計方法，該抗震框架結構包括一個RC剛性框架，該RC剛性框架由一對柱和一個梁組成，該對柱垂直地相對布置，該梁在柱的頂部之間伸展，一個反V形偏心支柱材料，該偏心支柱材料布置在RC剛性框架的結構平面內，其兩端與柱的中部附近銷接；和減震器，該減震器夾在反V形偏心支柱材料的上端和梁之間，該方法的步驟包括通過用轉動彈簧代替RC剛性框架的剛性接頭，從而獲得RC分析模型，通過用虛剛性柱和虛剛性梁代替柱和梁，使虛剛性柱與虛剛性梁銷接，並將減震器夾在虛剛性梁和偏心支柱材料的上端之間，從而獲得減震器-支柱分析模型，因此，通過將抗震框架結構分解成這兩種模型，從而使抗震框架結構模型化；設計外力P作用在抗震框架結構上，從下列公式得到減震器-支柱分析模型的負荷Pbd，Pdb＝(h』/h)Hb其中h表示從虛剛性柱的腿部到虛剛性梁的高度，h』表示從虛剛性柱的支柱連接位置到虛剛性梁的高度，Hb表示減震器荷載位移特徵，從下列公式得到RC分析模型的負荷Prc，Prc＝P-Pdb；和使Pdb作用於減震器-支柱分析模型，使Prc作用於RC分析模型，以單獨進行彈塑性分析，並進行抗震框架結構的截面設計。
本發明的抗震框架結構應用的場所是任意的，本發明可應用於例如建築抗震牆壁，或者作為高架橋下部構造的橋墩。另外，高架橋概念上包括用於鐵路，高速公路等的高架橋，無須多說，其用途是任意的。
鋼框架支柱材料主要用作偏心支柱材料。
對於減震器，通常使用由超低碳鋼、狹長切口薄鋼板等構成的滯後剪切減震器，但只要通過相對的水平變形產生阻尼，並且不能確保充分的變形，則可使用任何原理或結構的減震器，還可以使用滯後彎曲減震器等。
當偏心支柱材料的兩端釘住在柱的某些位置時，本發明的「中間位置附近」指柱腿部和柱頂部之間但不包括這些部分的適當的位置，它不僅限於柱平分點，(h』/h)的設定是設計的事情。
結合附圖並通過下面的說明，本發明的上述和其它目的、特點和優點將更清楚，其中
圖1是根據本發明的第一實施例的高架橋下部構造的設計方法的流程圖；圖2是第一實施例的高架橋下部構造的設計方法的類似的流程圖；圖3是從本發明的橋梁軸向看去高架橋下部構造的前視圖；圖4是屈服地震係數譜的圖；圖5是RC剛性框架和減震器-支柱的負荷水平力和變形能力的圖；圖6是靜態非線性分析得到的荷載位移關係圖；圖7是根據一個改進的實例從橋梁的軸向看去高架橋下部構造的前視圖；圖8是根據本發明的第二實施例的高架橋下部構造的設計方法的流程圖；圖9是第二實施例的高架橋下部構造的設計方法的類似的流程圖；圖10是彈性反應譜的圖；圖11是根據本發明的第三實施例的高架橋下部構造的設計方法的流程圖；圖12是第三實施例的高架橋下部構造的設計方法的類似的流程圖；圖13A是採用本發明的RC框架的抗震加強法的高架橋下部構造的前視圖；圖13B是在加強前沿線G-G截取的水平截面圖；圖14是說明本發明的RC框架的抗震加強法的效果的示意圖；圖15是採用本發明的RC框架的抗震加強法的另一種結構的截面圖；圖16是採用本發明的RC框架的抗震加強法的高架橋下部構造的前視圖；圖17是說明本發明的RC框架的抗震加強法的效果的示意圖；圖17A是在單獨的RC剛性框架內的恢復力特徵；圖17B是單獨的減震器-支柱機構的恢復力特徵，和圖17C表示整體恢復力特徵。
圖18是採用本發明的RC框架的抗震加強法的另一種結構的前視圖；圖19是從本發明的橋梁軸向看去作為抗震框架結構的高架橋下部構造的前視圖；圖20是高架橋下部構造的效果的示意圖；圖21是根據本發明的抗震框架結構的設計方法的示意圖；圖22是檢驗根據本發明的抗震框架結構設計方法的適當程度得到的結果的圖；圖23是從本發明的橋梁軸向看去作為抗震框架結構的改造的高架橋下部構造的前視圖；和圖24是改進的抗震框架結構設計方法的示意圖。
圖1和2是根據本發明的第一實施例的高架橋下部構造的設計方法的流程圖；且圖3是從的橋梁軸向看去高架橋下部構造的前視圖。
如圖3所示，高架橋的下部構造1由RC剛性框架2和布置在一個結構平面內的減震器-支柱3，減震器-支柱3設有一個布置在RC剛性框架2的結構平面內的反V形鋼框架支柱4，和滯後減震器5，該滯後減震器5將鋼框架支柱4的頂部與RC剛性框架2的梁的中部的下表面連接。而且，由橋的大梁等構成的上部構造7在下部構造1上延伸，下部構造1和上部構造7構成了鐵路高架橋8。
另外，通過布置減震器-支柱3確保達到要求的水平剛度時，用來連接基礎9，9的基礎梁10可省去，該基礎9布置在RC剛性框架2的支腿部分上。省去的基礎梁10可顯著的降低下部構造1的施工成本。
為了設計高架橋的下部構造1，如圖1和2所示，下部構造1的目標延度係數μd和目標固有周期Td根據假定的地震運動進行設定(步驟101)。
特別是，當接受到假定的地震運動時，下部構造1的延度係數和固有周期的目標值分別設定成目標延度係數μd和目標固有周期Td。
這裡，作為假定的地震運動，例如，可認為是在下部構造1的使用周期內基本上發生一次的強地震。而且，例如由減震器-支柱3的性能，目標延度係數μd可設定為μ＝約3.0，例如由鐵路行駛安全的觀點，目標固有周期Td可設定為Td＝約0.5秒。另外，如上所述，這裡描述的假定的地震運動包括表面層地面的影響。
隨後，目標延度係數μd和目標固有周期Td的屈服地震係數從假定地震運動的屈服地震係數譜中獲得以作為設計地震係數Kb(步驟102)。圖4表示屈服地震係數譜。
對於屈服地震係數譜來說，當假定的地震運動輸入到具有任意屈服荷載支承能力的振動系統時，利用作為參數的延度係數μ＝1，2，3…來計算最大的水平作用力，通過使目標延度係數μd和目標固有周期Td分別與作為屈服地震係數譜的參數的延度係數和橫坐標的固有周期相聯繫，計算結果以無量綱方式除以重量並繪製成屈服地震係數，縱坐標的值可讀作屈服地震係數。特別是，參見圖4，例如，在圖4的一個圓點所示的位置，當目標延度係數μd為3，目標固有周期Td為0.5時，屈服地震係數約為0.44，因此，設計地震係數Kh為0.44。
另一方面，獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd(步驟103)。目標屈服剛度Kd可利用下部構造1的有效重量W由Kd＝(2π/T)2W/g(g；重力加速度)來計算。
結果，利用設計地震係數Kh獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd(步驟104)。通過設計地震係數Kh乘以下部構造1的有效重量W，即Hd＝WKh來計算水平荷載支承能力Hd。而且，通過設計水平荷載支承能力Hd除以目標屈服剛度Kd，即δd＝Hd/Kd來計算設計屈服位移δd。
隨後，水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架2承受的水平力Hf和由減震器-支柱3承受的水平力Hb(步驟105)。這裡，可以任意比率進行分解。
接著，設定RC剛性框架2和減震器-支柱3的構件截面，因此，RC剛性框架2和減震器-支柱3承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，即δdμd(步驟106)。圖5表示Hd，Hf，Hb，δd，μd和δdμd的相互關係。
下面將相對於RC剛性框架2具體描述構件截面的設定。首先，確定柱截面尺寸，因此，當水平力Hf作用在RC剛性框架2上時，產生了設計屈服位移δd。隨後，確定剪力鋼筋配筋量，因此，變形能力超過δdμd。而且，為了確定RC剛性框架2的柱的配筋量(主鋼筋的配筋量)，使用了彎曲最終荷載支承能力，而不是柱彎曲屈服荷載支承能力。
另一方面，對於減震器-支柱3，可設定構件截面，因此，減震器-支柱3承受水平力Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，即δdμd。另外，構成減震器-支柱3的滯後減震器5可構成例如由低屈服點鋼製成的剪切式減震器。
隨後，RC剛性框架2和減震器-支柱3的設定好的構件截面用來形成下部構造1的結構分析模型，在結構分析模型中採用靜態非線性分析(步驟107)。
隨後，由靜態非線性分析得到的圖6的荷載-位移關係被圖6所示的雙線性特性代替。根據雙線性特性計算保持屈服剛度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷載支承能力Hy和保持最大位移δu的值(步驟108)。
隨後，由保持屈服剛度Ky獲得的保持固有周期T用來從屈服地震係數譜得到保持屈服荷載支承能力Hy的必要延度係數μ(步驟109)。為了計算必要的延度係數μ，選擇滿足保持固有周期T和保持屈服荷載支承能力Hy的譜曲線，譜曲線的延度係數可用作必要的延度係數μ(見圖4)。
隨後，通過必要的延度係數μ乘以保持屈服位移δy得到反應最大位移δmax，反應最大位移δmax與保持最大位移δu比較，計算每個RC剛性框架2和減震器-支柱3的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，構件反應最大位移δ’max分別與保持最大位移δ』u比較，因此檢驗RC剛性框架2和減震器-支柱3的設定截面(步驟110)。隨後，當條件δmax＜δu，δ’max＜δ』u滿足時，設計結束，當條件沒有得到滿足時，流程返回到步驟106，再次進行截面計算，接著，重複步驟106至110，直到上述條件滿足。
如上所述，根據本發明的高架橋下部構造1及其設計方法，由於水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架2和減震器-支柱3承受的水平力Hf，Hb，對於RC剛性框架2和減震器-支柱3的構件截面設定來說，足以單獨進行已分解的水平力Hf，Hb的設定，而且，有可能很容易的進行截面設計。
這是基於這樣的假定，即抵抗作用在整個下部構造1上的水平力可表示成RC剛性框架2和減震器-支柱3的疊加的最終荷載支承能力，但在傳統的結構的抗震設計中，沒有認識到這種疊加的原理可用於RC和鋼的混合結構的彈塑性設計中，因為這種混合結構在施工現場開始不存在，在本發明的情況下，沒有產生對於混合結構的彈塑性設計的本身的方法。
然而，在本實施例中，假定疊加成立，將全部水平力分配給RC剛性框架2和減震器-支柱3，單獨進行截面設定，結果，設定的截面顯著的更合理，這由本發明人等通過許多試驗和模擬分析已經證實。
而且，根據本實施例的高架橋下部構造1及其設計方法，由於不是根據屈服荷載支承能力，而是根據最終的荷載支承能力來計算構件截面，不需要重複計算構件截面，就可得到經濟的截面設計。
特別是，當考慮到與使用屈服地震係數譜匹配的性能，基於屈服荷載支承能力進行截面設計時，導致過分的安全結果，為了得到更經濟的結果，截面設定不得不重複許多次。
然而，經過本申請人等作試驗和模擬分析進一步證實，通過假定如上所述疊加成立，將全部水平力分配給RC剛性框架2和減震器-支柱3，對每個截面進行最終荷載支承能力的設定，結果，設定的截面顯著的更合理。而且，在大多數情況下，不需要重複設定構件截面，根據步驟101至106，通過計算構件截面，在步驟110中可清楚的檢驗構件截面。
因此，根據本實施例，有可能很容易的獲得RC剛性框架2和減震器-支柱3的構件截面，與此同時，充分的利用延展性，而不會多次重複，因此，有可能顯著的降低設計成本和高架橋下部構造1的施工成本。
在本實施例中，在步驟107至110中檢驗設定的構件截面，但通過計算上述步驟101至106中的構件截面，在許多情況下，只可清楚的進行一次檢驗步驟110中的構件截面。因此，當情況需要時，可省去這種檢驗流程。即使在結構中，相對於構件截面的設定，可獲得上述類似的作用/效果。
而且，在本實施例中，已經描述了與橋軸線垂直交叉的RC剛性框架的結構平面，但無須多說，本發明甚至可沿橋軸線應用在RC剛性框架，和布置在結構平面內的減震器-支柱。
而且，在本實施例中，由下部構造1和上部構造2構成的鐵路高架橋8已作為一個實例加以描述，但本發明的高架橋下部構造和上部構造的結合是任意的，如圖3所示的上部構造2不受限制，圖7表示了還可以使用的一種類型(梁板式)的下部構造31，其梁32還用作上部構造板。
下面描述第二實施例。另外，與第一實施例相同的部件用相同的參考標號來表示，並且省略了對其的描述。
圖8和9是根據第二實施例的高架橋下部構造的設計方法的流程圖。
為了根據第二實施例的高架橋下部構造的設計方法設計高架橋下部構造1，如圖8和9所示，首先，在與第一實施例類似的程序中，根據假定的地震運動，設定下部構造1的目標延度係數μd和目標固有周期Td(步驟111)。
隨後，對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得，彈性反應譜地震係數和目標延度係數μd應用於恆定勢能的Newmark定律，以便計算設計地震係數Kh(步驟112)。特別是，Kh＝彈性反應譜地震係數/(2μd-1)0.5圖10表示彈性反應譜。
對於彈性反應譜來說，當假定的地震運動輸入到具有任意剛性的彈性振動系統時，計算最大的水平作用力，通過使目標固有周期Td與橫坐標的固有周期相聯繫，計算結果以無量綱方式除以重量並繪製成彈性反應譜地震係數，縱坐標的值可讀作彈性反應譜地震係數。特別是，參見圖10，例如，在圖10的一個圓點所示的位置，當目標固有周期Td為0.5時，彈性反應譜地震係數約為0.44。
另一方面，獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd(步驟113)。目標屈服剛度Kd可利用下部構造1的有效重量W由Kd＝(2π/T)2W/g(g；重力加速度)來計算。
然後，在與利用屈服地震係數譜的程序(步驟104至106)類似的程序中，設定RC剛性框架2和減震器-支柱3的各構件截面(步驟114至116)。
隨後，RC剛性框架2和減震器-支柱3的設定好的構件截面用來形成下部構造1的結構分析模型，在結構分析模型中採用靜態非線性分析(步驟117)。
隨後，由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係被雙線性特性代替(見圖6)，根據雙線性特性計算保持屈服剛度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷載支承能力Hy和保持最大位移δu的值(步驟118)。
隨後，由保持屈服剛度Ky獲得的保持固有周期T用來從彈性反應譜得到彈性反應譜地震係數，彈性反應譜地震係數與保持屈服荷載支承能力Hy一起應用於恆定勢能的Newmark定律，以獲得必要的延度係數μ(步驟119)。
特別是，μ＝{[彈性反應譜地震係數/保持屈服荷載支承能力Hy]2+1}/2隨後，通過必要的延度係數μ乘以保持屈服位移δy計算出反應最大位移δmax，反應最大位移δmax與保持最大位移δu比較，計算每個RC剛性框架2和減震器-支柱3的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，構件反應最大位移δ’max分別與構件保持最大位移δ』u比較，因此檢驗RC剛性框架2和減震器-支柱3的設定截面(步驟120)。隨後，當條件δmax＜δu，δ’max＜δ』u滿足時，設計結束，當條件沒有得到滿足時，流程返回到步驟116，再次進行截面計算，接著，重複步驟116至120，直到上述條件滿足。
由於第二實施例的效果基本上與第一實施例的相同，下面省去對其的描述。
下面描述第三實施例。另外，與第一、第二實施例相同的部件用相同的參考標號來表示，並且省略了對其的描述。
圖11和12是根據第三實施例的高架橋下部構造的設計方法的流程圖。
為了根據第三實施例的高架橋下部構造的設計方法設計高架橋下部構造1，如圖11和12所示，首先，在與第一實施例類似的程序中，根據假定的地震運動，設定下部構造1的目標延度係數μd和目標固有周期Td(步驟121)。
隨後，對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得，彈性反應譜地震係數除以由結構類型確定的反應改正係數，以計算設計地震係數Kb(步驟122)。
當高架橋下部構造是例如牆壁式橋墩時，反應改正係數可設定為2，對於單柱橋墩可設定為3，對於多柱橋墩可設定為5。
另一方面，獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd(步驟123)。目標屈服剛度Kd可利用下部構造1的有效重量W由Kd＝(2π/T)2W/g(g；重力加速度)來計算。
然後，在與利用屈服地震係數譜的程序(步驟104至106)類似的程序中，設定RC剛性框架2和減震器-支柱3的各構件截面(步驟124至126)。
隨後，RC剛性框架2和減震器-支柱3的設定好的構件截面用來形成下部構造1的結構分析模型，在結構分析模型中採用靜態非線性分析(步驟127)。
隨後，由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係被雙線性特性代替(見圖6)，根據雙線性特性計算保持最大位移δu的值(步驟128)。
隨後，根據假定的地震運動進行動態非線性分析以得到下部構造的反應最大位移δmax(步驟129)。對於動態非線性分析來說，例如，可採用經過靜態非線性分析的結構分析模型。
隨後，反應最大位移δmax與保持最大位移δu比較，計算每個RC剛性框架2和減震器-支柱3的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，構件反應最大位移δ’max分別與構件保持最大位移δ』u比較，因此檢驗RC剛性框架2和減震器-支柱3的設定截面(步驟130)。隨後，當條件δmax＜δu，δ’max＜δ』u滿足時，設計結束，當條件沒有得到滿足時，流程返回到步驟126，再次進行截面計算，接著，重複步驟126至130，直到上述條件滿足。
由於第三實施例的效果基本上與第一實施例的相同，下面省去對其的描述。
本發明的RC框架抗震加強法包括如下步驟，即將RC構件主鋼筋部分切割成RC構件；將RC構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變到彎曲破壞優先型。圖13表示這種抗震加強法應用的高架橋下部構造41。
圖13所示作為RC框架的高架橋下部構造41設有作為RC構件的RC柱構件42，42和在RC柱構件的頂部之間延伸的RC梁構件43，RC柱構件42，42是所謂的剪切破壞優先型RC構件，其中由於作為剪力鋼筋的箍筋47(圖13B)的配筋量小於主鋼筋48的配筋量，因此，剪力強度低，剪切破壞在彎曲破壞之前發生，並且發生脆度破壞。另外，RC柱構件42垂直布置在基礎46上，該基礎位於樁45的頂部上。
在RC框架的抗震加強法中，剪切破壞優先型RC柱構件42，42的部分主鋼筋48切割成如圖13C所示的柱腿部和柱頂部。例如，如圖13的實例所示，在進行抗震加強之前，在12個主鋼筋48之間，在0°，90°，180°，270°方向布置的四個鋼筋被切割，主鋼筋減少到共八個鋼筋。
為了切割，選擇沒有設置箍筋47的高度，用金剛石刀具將主鋼筋和外覆混凝土一起切割，在切割後，在需要的情況下，在混凝土切割的位置填充水泥漿或類似物，最好進行主鋼筋48的防鏽處理等。
當切割主鋼筋48的一部分時，每個RC柱構件42的彎曲屈服點降低，因此，剪力屈服點相對升高，而且，RC柱構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變到彎曲破壞優先型。而且，對於每個RC柱構件來說，與表現為脆度破壞的剪切破壞不同，破壞性能變得富於延展性，通過沿如圖14的滯後曲線重複彎曲變形，在破壞適當的發生之前，能量以滯後衰減的形式被吸收。
如上所述，根據本實施列的RC框架的抗震加強法，通過切割主鋼筋48的一部分，RC柱構件42的破壞性能從剪切破壞優先型轉變到彎曲破壞優先型。
因此，在地震期間，通過彎曲變形，RC柱構件42實現滯後衰減，並吸收整個RC剛性框架的振動能量，因此，RC柱構件42和整個RC剛性框架的抗震性能增強。而且，由於僅切割主鋼筋48是足夠的，抗震加強在短時間內即可實現。
另外，當切割主鋼筋48時，RC柱構件42的彎曲屈服點因此下降，RC柱構件42因此進入具有較小地震荷載的彈塑區域，但是，即使超過彎曲屈服點，通過沿上述滯後曲線重複彎曲變形，實現滯後衰減。結果，RC柱構件42和整個RC剛性框架的抗震性能可提高。
在本實施例中，本發明的RC框架的抗震加強法應用在與高架橋下部構造內的橋軸線垂直交叉的平面內，但無須多說，本發明可用於與橋軸線平行的平面內。而且，將連接有減震器支柱機構的平面是任意的，該機構可連接到RC框架的所有平面上，或者僅連接到任一平面內。
而且，在本實施例中，本發明的RC框架的抗震加強法應用於高架橋下部構造41中，但可適用目的不僅限於這種結構，本發明還可應用於其它結構，以及建築工地的抗震牆壁。
圖15表示在地下結構52的中間柱53上進行的抗震加強，該地下結構內設有地道51，柱的主鋼筋48的一部分切割成柱腿部53和柱頂部54。
由於地下結構52的中間柱53具有許多主鋼筋和很少的剪力鋼筋，並非剪切破壞傾向於優先，根據本發明的抗震加強法，與上述實施例類似，有可能將該類型轉變成彎曲破壞優先型，並增強抗震性能。
而且，在本實施例中，總共四個主鋼筋48每隔90切割，並且在柱腿部和柱頂部進行切割，但是待切割的鋼筋數量和傾斜位置是任意的，無須多說，情況需要時，主鋼筋可在柱腿部或者在柱頂部切割。
根據本發明的另一個優選實施例的RC框架的抗震加強法包括的步驟有將構成RC剛性框架的RC柱構件的主鋼筋的一部分切割，以便使RC構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變成彎曲破壞優先型；將減震器-支柱機構布置在RC剛性框架的平面內。這種抗震加強法應用於圖13所示的高架橋下部構造41內。
在本實施例的RC框架的抗震加強法內，剪切破壞優先型的RC柱構件42，42的主鋼筋48以圖13所示的方式切割，減震器-支柱機構61布置在構成RC柱構件42，42的RC剛性框架的平面內，RC梁構件43在圖16所示的頂部之間伸展。
減震器-支柱機構61設有一個反V形支柱62，和在支柱的頂部和RC梁構件43之間連接的減震器63，當梁構件43和支柱62之間的相對位移被迫增加時，減震器導致彈塑性變形，並且在地震期間通過滯後衰減吸收RC剛性框架的能量以減少振動。減震器63例如由低屈服點鋼或設有狹長切口的普通鋼板構成。
當用金剛石刀具等將作為RC剛性框架的構件的剪切破壞優先型的RC柱構件42，42的主鋼筋48的一部分切割時，每個RC柱構件42的彎曲屈服點降低，因此，剪力屈服點相對升高，而且，RC柱構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變到彎曲破壞優先型。而且，對於每個RC柱構件來說，與表現為脆度破壞的剪切破壞不同，通過沿滯後曲線重複彎曲變形，在地震期間，能量以滯後衰減的形式被吸收，並發生適當的破壞。
而且，在地震期間，由於不僅RC剛性框架而且減震器-支柱61承受水平力，因此，在RC柱構件42，42內產生的構件力減小。在本實施例中，即使在沒有減震器-支柱機構61時使RC柱構件42，42進入彈塑性區域的地震水平下，RC柱構件42彈性工作而不會超過彎曲屈服點。
圖17表示利用本實施例的抗震加強法的高架橋下部構造41的恢復力特性的變化，圖17A表示當通過間斷線沒有進行加強時RC剛性框架的恢復力特性，和當通過實現進行加強時的恢復力特性，而圖17B表示減震器-支柱機構61的恢復力特性。而且，圖17C表示通過預防措施單獨的RC剛性框架和單獨的減震器-支柱機構的恢復力特性。
如圖17C所示，在進行抗震加強之後，恢復力特性從原始為0經過第一摺疊點A變化到第二摺疊點B，然後，只有變形發展。
參考恢復力特性具體的描述在地震期間的情況。首先，在小地震時，包括RC柱構件42，42和減震器-支柱機構61的RC剛性框架根據地震期間的承受的水平力來變形，但變形限制在彈性範圍(初始為0至第一摺疊點A)，在RC剛性框架或減震器-支柱機構61內沒有引起破壞。
隨後，在中度地震中，減震器-支柱機構61的減震器63變形超過屈服點(第一摺疊點A至第二摺疊點B)，但這種情況下，通過地震迅速的會聚，減震器63實現了滯後衰減和振動。而且，由於RC剛性框架在彈性範圍內工作，RC柱構件42沒有產生破壞，真箇結構的穩固性完全保持。另外，當減震器63大大損壞時，無須多說，在任何時間可用新的減震器來更換該壞的減震器。
而且，在大地震中，RC柱構件42和減震器-支柱機構61的減震器63變形大大超出各屈服點(在第二摺疊點B及其之後)，但RC柱構件42和減震器63實現大的之後衰減，以吸收地震能量，即使在減震器63破壞的最後階段，RC柱構件42連續的支撐垂直荷載，這不會導致脆度破壞，因此，可預先避免整個結構的倒塌。
如上所述，根據本實施例的RC框架的抗震加強法，通過切割主鋼筋48的一部分，RC柱構件42的破壞性能可從剪切破壞優先型轉變成彎曲破壞優先型。
因此，通過在地震期間利用彎曲變形以吸收整個RC剛性框架的振動能，從而RC柱構件42實現滯後衰減，這樣提高了RC柱構件42和整個RC剛性框架的抗震性能。而且，由於僅通過切割主鋼筋48即足夠，因此，有可能在顯著短的時間內完成抗震加強。
而且，根據本實施例的RC框架的抗震加強法，通過將減震器-支柱機構61布置在RC剛性框架的平面內，由於RC柱構件42的彎曲屈服點降低，RC剛性框架的負荷水平力減小施加到減震器-支柱61上，在中/小或更小的地震水平下，整個結構的破壞和變形最小，在大地震水平下，在地震期間的能量由RC柱構件42和減震器63的變形引起的滯後衰減吸收，並可避免整個結構的倒塌。
特別是，根據本實施例，當從圖17的恢復力特性看去，由於減震器-支柱機構61的減震器63允許在RC柱構件42之前屈服，至少在中度地震水平或較小(直到第二摺疊點B的範圍)，在包括RC柱構件42在內的RC剛性框架內不會產生破壞，損壞的減震器63可適當的更換，因此在這種地震水平下，結構的穩固性可完全得以保持。
本實施例中並沒有特別指出，如果由於減震器-支柱機構61導致的負荷水平力的增加允許等於切割主鋼筋48時RC剛性框架的負荷水平力的減少，則整個結構的水平荷載支承能力不變。特別是，在加強前或之後，在地震期間作用在RC柱構件42的基礎46上的水平力的大小不變，圍繞基礎沒有必要進行上述抗震加強。
而且，在本實施例中，本發明的RC框架的抗震加強法應用在高架橋下部構造41上，但可適用目的不僅限於這種結構，本發明還可不僅應用於其它結構，而且可應用於建築工地的抗震牆壁。
圖18表示一個實例，其中在設有RC柱構件71，71和RC梁構件72，72的RC剛性框架上進行抗震加強，柱構件71的主鋼筋48的一部分切割成柱腿部74和柱頂部73。另外，由於在這種改進的實例中的效果基本上與上述實施例的效果類似，下面省去對其的描述。
而且，在本實施例中，減震器-支柱機構61的減震器63允許在RC柱構件42，42之前屈服，但主鋼筋48被切割的比例，即RC剛性框架的水平荷載支承能力的設定是任意的，還可以任意設計減震器-支柱機構61，以便減少得到補償，或者不考慮減少來設計減震器-支柱機構61。
圖19是從橋軸線看去本發明的作為抗震框架結構的高架橋下部構造的前視圖。從圖19可見，本實施例的高架橋下部構造81包括一個RC剛性框架84，該RC剛性框架由一對柱82，82和一個梁83組成，該對柱82垂直地相對布置成橋墩狀，該梁83在柱82，82的頂部之間伸展；一個反V形偏心支柱材料85，該偏心支柱材料85布置在RC剛性框架84的結構平面內，其兩端釘住柱82，82的中部附近；和夾在反V形偏心支柱材料85的上端和梁83之間的滯後剪切減震器86。這裡，柱82垂直地布置在樁87上的基礎88之上。而且，偏心支柱材料85可由例如鋼框架材料製成。
在地震期間，通過滯後阻尼，滯後剪切減震器86吸收振動能量，並在與橋軸線垂直交叉的方向上迅速減少高架橋的振動。
滯後剪切減震器86可通過形成許多普通薄鋼板上的狹長切口來構成，或者可由超柔鋼製成，最好情況需要時布置加強剛性肋並防止局部彎曲。滯後剪切減震器86可拆卸的在偏心支柱材料85和梁83之間連接，因此在保養期間可更換減震器。
反V形偏心支柱材料85的兩端可釘住例如柱82的平分點附近。
高架橋下部構造81這樣構成，即它使塑性鉸在大地震中在柱82的上端和下端內產生。在這種情況下，柱82的曲率只在上端和下端產生，每個柱82在中部基本上線性傾斜。
而且，如圖20所示，由於滯後剪切減震器86承受線性傾斜柱82引起的強制變形，在滯後剪切減震器86內產生的相對水平變形量δd減小到小於在RC剛性框架84內產生的整體水平變形量δ，這是基於偏心支柱材料85的端部的連接高度比，即(h』/h)(h；從柱82的腿部到梁83的高度，h』；從柱82上的支柱連接位置到梁83的高度)，和(h』/h)δ的結果。
特別是，當偏心支柱材料85的端部正好釘住柱82的平分點上時，在滯後剪切減震器86內產生的相對水平變形量δd基本上是在RC剛性框架84內產生的水平變形量δ的1/2。
因此，在這種情況下，RC剛性框架84的變形是傳統量的兩倍，且滯後剪切減震器86不會破壞。RC剛性框架84的延展性可充分利用。
另外，由於偏心支柱材料85釘住柱82，在偏心支柱材料的端部不可能產生彎矩，因此，不可能端部承受銷接位置的彎曲破壞。
隨後，為了設計本發明的作為抗震框架的高架橋下部構造81，第一高架橋下部構造81分解成如圖21所示的RC分析模型89和減震器-支柱分析模型90。考慮到整個系統與RC剛性框架84和減震器-支柱(偏心支柱材料85和滯後剪切減震器86)混合不適合實際使用，因此對此加以完善，這是因為模型複雜而且困難，分析時間加長。
這裡，RC剛性框架84在柱82的上端和下端塑化，並且如圖21所示，RC剛性框架的柱頂部和柱腿部由轉動彈簧91代替，在這種條件下形成RC分析模型89。
另外，轉動彈簧91相對於位移(轉動量)是非線性彈簧，在具有小轉動量區域，即在彈性區域，具有對應於剛性接頭的較大的剛性，但當變形發展時塑化，在大變形區域具有小的剛性。
另一方面，在減震器-支柱分析模型90中，柱82和梁83用虛剛性柱92和虛剛性梁93代替，相互銷接，滯後剪切減震器86夾在虛剛性梁93和偏心支柱材料85的上端之間。
這裡，由於在柱82的上端和下端RC剛性框架84塑化，柱82隻在其上端和下端具有曲率，在中部位置線性傾斜。因此，變形後的RC剛性框架84根據柱82釘住在偏心支柱材料85上的位置的比率，即在上述實例中為(h』/h)，從而使滯後剪切減震器86強制變形，結果，滯後剪切減震器86導致(h』/h)δ的變形。
因此，用虛剛性柱92和虛剛性梁93代替柱82和梁83，相互銷接，並將滯後剪切減震器86置於虛剛性梁93和偏心支柱材料85的上端之間，這具有足夠的工程適合程度。
在以這種方式結束RC分析模型89和減震器-支柱分析模型90的建模，作用在高架橋下部構造81上的設計外力P分配到RC分析模型89和減震器-支柱分析模型90上。特別是，Pdb作用在減震器-支柱分析模型90上，Prc(Prc＝P-Pdb)，單獨進行彈塑性分析，隨後，根據分析結果進行截面設計，對高架橋下部構造81的整個性能求值作為疊加分析的結果。
這裡，當滯後剪切減震器86的荷載變形特徵(相對於相對位移量δ的荷載曲線)限定為Hb，強制相對變形(h』/h)δ進入滯後減震器86，減震器-支柱分析模型90的負荷Pdb由強制變形自動確定，並且可表示為(h』/h)Hb。
從該方程可知，當確定(h』/h)時，減震器-支柱分析模型90的負荷Pdb由減震器荷載位移特徵Hb單獨確定。
圖22是通過上述所謂的簡單方法驗證設計的適當程度所獲得的結果的圖。圖22表示荷載位移曲線，其中縱坐標表示作用在RC剛性框架上的荷載，橫坐標表示產生的位移，通過設定(h』/h)為約0.6，設定RC剛性框架的負荷Prc為(P-0.6Hb)，並根據上述簡單方法繪製分析結果，從而得到一條實線，通過僅去掉RC剛性框架並繪製荷載位移關係來得到虛線。
如圖22所示，RC剛性框架的實際荷載位移關係(虛線)顯著的滿足並符合由上述簡單方法得到的荷載位移關係，據說簡單方法的適當程度已經充分證實。
如上所述，根據本實施例的抗震框架結構，由於偏心支柱材料85的兩端與柱82的中部位置附近連接，根據偏心支柱材料85的端部的連接高度的比率(h』/h)，在滯後剪切減震器86內產生的相對水平變形量減少到小於RC剛性框架84內產生的水平變形量。例如，當端部正好與柱的平分點連接時，該量減小，以提供RC剛性框架84內產生的水平變形量的基本上一半。
因此，有可能使RC剛性框架84變形到傳統變形量的兩倍的變形量，並充分利用延展性，通過滯後剪切減震器86的滯後阻尼從而與振動能量吸收作用的協同作用，有可能通過更合理的截面設計而不需要大截面的設計，以確保充分地抵抗大地震。
而且，根據本實施例的抗震框架結構，由於偏心支柱材料85釘住到柱82上，因此，在偏心支柱材料85的端部不可能產生彎矩，這樣，可預先防止在銷接位置的偏心支柱材料的端部的彎曲破壞。
而且，根據本實施例的抗震框架結構，由於反V形偏心支柱材料85的兩端粘合到一對柱82，82的中間高度位置附近，在偏心支柱材料85下確保具有大空間。
因此，在偏心支柱材料85下的空間可用作設置商業運營鐵路，並可能以其它不同方式有效的利用。
另外，根據本實施例的抗震框架結構，由於反V形偏心支柱材料85布置在RC剛性框架84的結構平面內，通過與橋軸線垂直交叉的水平方向上的偏心支柱材料85，與此同時不需要安裝任何基礎梁，足以確保滿足剛度要求。
而且，根據本實施例的抗震框架結構的設計方法，儘管在已有技術中必須在複雜的結構模型混合有RC剛性框架84和減震器-支柱(偏心支柱材料85和滯後剪切減震器86)，RC剛性框架84和減震器-支柱可獨立和單獨的以類似方式進行分析，在設計工作中可獲得顯著有效的簡單設計方法。
在本實施例中，偏心支柱材料85具有反V形，但如圖23所示，替而代之的是，可採用V形偏心支柱材料95，其下端可通過滯後剪切減震器86與基礎梁94連接，該基礎梁94用於連接基礎88，88，柱82垂直布置在該基礎88，88上。
即使在這種結構中，抗震框架結構的效果與上述實施例的效果類似。
而且，對於設計方法，可以與上述程序類似的程序進行設計。特別是，首先，作為抗震框架結構的高架橋下部構造81分解成兩個，並且如圖21所示的RC分析模型89和減震器-支柱分析模型90相類似模型化。
這裡，RC分析模型可與以下方式獲得的RC分析模型89類似，即假定RC剛性框架84在柱82的上端和下端塑化，並用轉動彈簧91代替RC剛性框架的剛性接頭(柱頂部和柱腿部)。
另一方面，通過用虛剛性柱92和虛剛性梁93來代替柱82和梁83，使柱相互釘住，而且，如圖24所示，用虛剛性基礎梁96代替基礎梁94，將該梁釘住到虛剛性柱92的腿部，以及將滯後剪切減震器86夾在虛剛性基礎梁96和偏心支柱材料95的上端之間，從而考慮和獲得該減震器-支柱分析模型。
權利要求
1.一種用於設計一種高架橋下部構造的高架橋下部構造設計方法，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，該方法的步驟包括在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td；從對應於假定的地震運動的屈服地震係數譜中獲得對應於目標延度係數μd和目標固有周期Td的屈服地震係數，以提供設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd；利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將所述設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器支柱承受的水平力Hb；設定所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的構件截面，因此，所述RC剛性框架和所述減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積。
2.如權利要求1所述的高架橋下部構造的設計方法，其步驟還包括利用所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定好的構件截面來形成所述下部構造的結構分析模型；在結構分析模型中採用靜態非線性分析；利用由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係，從雙線性特性計算保持屈服剛度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷載支承能力Hy和保持最大位移δu的值；利用由保持屈服剛度Ky獲得的保持固有周期T，以便從屈服地震係數譜得到對應於所述保持屈服荷載支承能力Hy的必要的延度係數μ；使必要延度係數μ乘以所述保持屈服位移δy以得到反應最大位移δmax；分別將反應最大位移δmax與所述保持最大位移δu比較，計算每個所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，將構件反應最大位移δ’max與保持最大位移δ』u比較，以檢驗所述RC剛性框架和減震器-支柱的設定截面。
3.一種高架橋下部構造，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，其特徵在於在假定的地震運動中，通過設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td，從對應於假定的地震運動的屈服地震係數譜中獲得對應於目標延度係數μd和目標固有周期Td的屈服地震係數，以提供設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd，利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd，並將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，從而可設定所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的構件截面。
4.如權利要求3所述的高架橋下部構造，其特徵在於所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定截面通過利用所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定好的構件截面來形成所述下部構造的結構分析模型，在結構分析模型中採用靜態非線性分析，利用由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係，計算保持屈服剛度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷載支承能力Hy和保持最大位移δu的值，利用由保持屈服剛度Ky獲得的保持固有周期T，以便從屈服地震係數譜得到對應於所述保持屈服荷載支承能力Hy的必要的延度係數μ，使必要延度係數μ乘以所述保持屈服位移δy以得到反應最大位移δmax；分別將反應最大位移δmax與所述保持最大位移δu比較，計算每個所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，將構件反應最大位移δ’max與保持最大位移δ』u比較，從而進行檢驗。
5.一種用於設計高架橋下部構造的高架橋下部構造設計方法，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，該方法的步驟包括在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td；從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數；將彈性反應譜地震係數和目標延度係數μd應用於恆定勢能的Newmark定律，以便計算設計地震係數Kh，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd；利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hh；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積。
6.如權利要求5所述的高架橋下部構造的設計方法，其步驟還包括利用所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定好的構件截面來形成所述下部構造的結構分析模型；在結構分析模型中採用靜態非線性分析；利用由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係，從雙線性特性計算保持屈服剛度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷載支承能力Hy和保持最大位移δu的值；利用由保持屈服剛度Ky獲得的保持固有周期T，以便從彈性反應譜得到彈性反應譜地震係數；將所述彈性反應譜地震係數和所述保持屈服荷載支承能力Hy一起應用於恆定勢能的Newmark定律，以便獲得必要延度係數μ；使必要延度係數μ乘以所述保持屈服位移δy以得到反應最大位移δmax；分別將反應最大位移δmax與所述保持最大位移δu比較，計算每個所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，將構件反應最大位移δ’max與保持最大位移δ』u比較，以檢驗所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定截面。
7.一種高架橋下部構造，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，其特徵在於通過在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td，從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數，將彈性反應譜地震係數和目標延度係數μd應用於恆定勢能的Newmark定律，以便計算設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd，利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，從而設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面。
8.如權利要求7所述的高架橋下部構造，其特徵在於通過利用所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定好的構件截面來形成所述下部構造的結構分析模型，在結構分析模型中採用靜態非線性分析，利用由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係，計算保持屈服剛度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷載支承能力Hy和保持最大位移δu的值，利用由保持屈服剛度Ky獲得的保持固有周期T，以便從彈性反應譜得到彈性反應譜地震係數，將所述彈性反應譜地震係數和所述保持屈服荷載支承能力Hy一起應用於恆定勢能的Newmark定律，以便獲得必要延度係數μ，使必要延度係數μ乘以所述保持屈服位移δy以得到反應最大位移δmax，分別將反應最大位移δmax與所述保持最大位移δu比較，計算每個所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，將構件反應最大位移δ’max與保持最大位移δ』u比較，因此檢驗所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定截面。
9.一種用於設計高架橋下部構造的高架橋下部構造設計方法，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，該方法的步驟包括在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td；從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數；彈性反應譜地震係數除以由結構類型確定的反應改正係數，以計算設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd；利用設計地震係數Kb獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd；將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb；設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積。
10.如權利要求9所述的高架橋下部構造的設計方法，其步驟還包括利用所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定好的構件截面來形成所述下部構造的結構分析模型；在結構分析模型中採用靜態非線性分析；利用由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係，計算保持最大位移δu的值；根據假定的地震運動進行動態非線性分析，以得到所述下部構造的反應最大位移δmax；分別將反應最大位移δmax與所述保持最大位移δu比較，計算每個所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，將構件反應最大位移δ’max與保持最大位移δ』u比較，以檢驗所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定截面。
11.一種高架橋下部構造，該高架橋下部構造包括RC剛性框架和布置在一個結構平面內的減震器-支柱，其特徵在於通過在假定的地震運動中，設定下部構造的目標延度係數μd和目標固有周期Td，從對應於假定的地震運動的彈性反應譜中獲得對應於目標固有周期Td的彈性反應譜地震係數，彈性反應譜地震係數除以由結構類型確定的反應改正係數，以計算設計地震係數Kb，並獲得對應於目標固有周期Td的目標屈服剛度Kd，利用設計地震係數Kh獲得設計水平荷載支承能力Hd，並從目標屈服剛度Kd獲得對應於設計水平荷載支承能力Hd的位移作為設計屈服位移δd，將設計水平荷載支承能力Hd分解成由RC剛性框架承受的水平力Hf和由減震器-支柱承受的水平力Hb，設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面，因此，RC剛性框架和減震器-支柱承受水平力Hf，Hb，最終的荷載支承能力和對應於水平力Hf，Hb的位移等於設計屈服位移δd與目標延度係數μd的乘積，從而設定RC剛性框架和減震器-支柱的構件截面。
12.如權利要求11所述的高架橋下部構造，其特徵在於利用所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定好的構件截面來形成所述下部構造的結構分析模型，在結構分析模型中採用靜態非線性分析，利用由靜態非線性分析得到的荷載-位移關係，計算保持最大位移δu的值，根據假定的地震運動進行動態非線性分析，以得到所述下部構造的反應最大位移δmax，分別將反應最大位移δmax與所述保持最大位移δu比較，計算每個所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的對應於反應最大位移δmax的構件反應最大位移δ’max，將構件反應最大位移δ’max與保持最大位移δ』u比較，以檢驗所述RC剛性框架和所述減震器-支柱的設定截面。
13.一種RC框架的抗震加強法，其步驟包括將RC構件的主鋼筋部分切割，以便使RC構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變成彎曲破壞優先型。
14.一種RC框架的抗震加強法，其步驟包括將構成RC剛性框架的RC柱構件的主鋼筋的一部分切割，以便使RC構件的破壞性能從剪切破壞優先型轉變成彎曲破壞優先型；和將減震器-支柱機構布置在RC剛性框架的一個平面內。
15.如權利要求14所述的RC框架的抗震加強法，其特徵在於它還包括在所述RC柱構件之前允許所述減震器-支柱機構的減震器屈服的步驟。
16.如權利要求14所述的RC框架的抗震加強法，其步驟還包括允許由於所述減震器-支柱機構導致負荷水平力的增加等於由於切割所述主鋼筋導致所述RC剛性框架的負荷水平力的減少。
17.一種抗震框架結構，它包括一個RC剛性框架，該RC剛性框架由一對柱和一個梁組成，該對柱垂直地相對布置，該梁在柱的頂部之間伸展；一個反V形或V形偏心支柱材料，該偏心支柱材料布置在RC剛性框架的結構平面內，其兩端與柱的中部附近銷接；和減震器，該減震器夾在反V形偏心支柱材料的上端和梁之間或者夾在V形偏心支柱材料的下端和基礎梁之間，該基礎梁用於將柱的腿部連接。
18.一種抗震框架結構的設計方法，該抗震框架結構包括一個RC剛性框架，該RC剛性框架由一對柱和一個梁組成，該對柱垂直地相對布置，該梁在柱的頂部之間伸展，一個反V形偏心支柱材料，該偏心支柱材料布置在RC剛性框架的結構平面內，其兩端與柱的中部附近銷接；和減震器，該減震器夾在反V形偏心支柱材料的上端和梁之間，該方法的步驟包括通過用轉動彈簧代替RC剛性框架的剛性接頭，從而獲得RC分析模型，通過用虛剛性柱和虛剛性梁代替柱和梁，使虛剛性柱與虛剛性梁銷接，並將減震器夾在虛剛性梁和偏心支柱材料的上端之間，從而獲得減震器-支柱分析模型，因此，通過將抗震框架結構分解成這兩種模型，從而使抗震框架結構模型化；設計外力P作用在抗震框架結構上，從下列公式得到減震器-支柱分析模型的負荷Pdb，Pdb＝(h』/h)Hb其中h表示從虛剛性柱的腿部到虛剛性梁的高度，h』表示從虛剛性柱的支柱連接位置到虛剛性梁的高度，Hb表示減震器荷載位移特徵，從下列公式得到RC分析模型的負荷Prc，Prc＝P-Pdb；和使Pdb作用於減震器-支柱分析模型，使Prc作用於RC分析模型，以單獨進行彈塑性分析，並進行抗震框架結構的截面設計。
全文摘要
為了設計高架橋的下部構造,首先下部構造的目標延度係數μ
文檔編號E04H9/02GK1277288SQ00120159
公開日2000年12月20日 申請日期2000年6月1日 優先權日1999年6月1日
發明者大內一, 岡野素之, 湧井一, 松本信之, 曾我部正道, 在田浩之, 大屋戶理明 申請人:株式會社大林組, 財團法人鐵道總合技術研究所