抗13-1-典尚设计

第13 章 防止落梁系统13.1 一般原则 (1) 伴随结构构件和地基的破坏，发生不能预测的结构系统的破坏，必须设置防止落梁系统以防止上部结构的下落。 (2) 防止落梁系统由梁搭接长度、防止落梁结构、位移限制结构及防止垂直错位结构构成。构成防止落梁结构的要素必须按照桥的形式、支座的类型、地基条件合适地选定。 (3) 在顺桥向，端支点及搭接部位设置13.2节规定的梁搭接长度，同时在采用12.1节规定的B型支座时要设置防止落梁系统，在采用A型支座时要设置位移限制结构。并且在中间支点采用A型支座时要设置位移限制结构。另外，根据结构特性对难以产生顺桥向的位移的桥可以省略防止落梁系统，但在有符合13.8(1)之1)及2)节的桥，以及第7章规定的地震时变成不稳定的地基时不在此限。 (4) 在横桥向，采用A型支座时必须设置位移限制结构。而且采用B型支座时，在端支点及搭接部位符合13.8(1)节规定、在连续梁中间支点符合13.8(2)节规定的桥，横桥向必须设置位移限制结构。 (5) 在3.4节规定的B种桥中，在采用支座高度高的钢制支座时，最好给予结构上的关注，设置防止垂直错位结构等。 (6) 为了防止由于与4.1节规定的地震系数法用的设计水平地震力系数相当的地震力的作用使伸缩装置受到伤害，必要时最好在顺桥向及横桥向设置接缝保护装置(Joint protector)。 (1) 由于设计中未能设想到的地震动作用、周围地基的破坏和未预想到的结构构件的复杂振动，有时会有超过假定的地震力和位移、变形在桥中发生。作为对付这样的不测事态的可靠结构，规定要设置防止落梁系统。 在此，主要以通过支座连接上下部这种形式的桥梁为对象，包括上承式拱桥，斜拉桥在内的桥一律不作规定。在这样的桥中，有必要考虑各个桥的动态行为，慎重地研究以不招致上部结构的下落这种事态。 从以往的震灾经验，对如下所示的桥，特别仔细地研究防止落梁系统可以认为是必要的。 1) 在下部结构有引起变形可能性的地基上设置的桥。 在地震时有引起变形可能性的地基上设置的下部结构，由于地基的液化和流动化、软质粘性土层的滑移等，有时会发生大的位移。在这种场合，根据13.2的规定，参考动态解析结果，最好规定梁搭接长度和防止落梁结构的强度。 2) 下部结构的形式、地基条件显著不同的桥 在一座桥中设置不同形式的下部结构时，或者即使是相同形式的下部结构但地基条件显著不同时等，地震时桥的行为变得复杂。因此对这样的桥，最好参考动态解析结果来制定梁搭接长度。另外，因这是关系结构形式的选择的事情，避免在这种场所设置搭接，有时也最好取连续结构，因此从基本设计的阶段就可以考虑这一点。 3) 邻接的上部结构的形式和规模显著不同的桥 邻接的上部结构的形式和规模显著不同的桥，因为各设计振动单元以不同的相差振动，有时会产生大的相对位移。在这种情况下，最好避免邻接的上部结构间相互连接形式的防止落梁系统。或者，根据13.2节的规定，以动态解析结果为参考，把梁间的碰撞的影响也估计进去，可以给梁搭接长度以余裕。一般地，必需这样考虑的桥，为邻接桥的重量比在2倍以上，或者两个设计振动单元的固有周期比在1.5以上的桥。 4) 桥墩非常高的桥 桥墩非常高的桥，因为固有周期长，有时大的梁搭接长度就成为必要的。对这样的桥，必须根据13.2的规定以动态解析结果为参考研究梁搭接长度。 5) 斜桥及曲线桥 对斜桥，地震时上部结构发生绕垂直轴的转动，有时表现出复杂的行为。尤其当斜角小时，因上部结构的转动，上部结构端部有可能从下部结构的顶部边缘脱落而落梁。并且，即使曲率半径小的桥，因为产生上部结构的转动和向曲线外侧的位移，有时发生大的损害。有这种形状的桥，根据13.2节的规定，也参考动态解析结果，制定梁搭接长度，同时根据(4)项的规定，不仅在顺桥向，在横桥向也必须设置防止落梁系统以确保抗震性。 6) 下部结构的顶部宽度狭窄的桥 如同无横梁的桥墩，下部结构的顶部宽度狭窄的桥因为一旦支座破坏，在横桥向落梁的可能性很高，一般是在抗震设计上不希望的结构。不得不采用顶部狭窄的下部结构时，根据13.2节的规定，也参考动态解析结果，必须仔细研究防止落梁系统。而且，根据(4)项的规定，必须不仅在顺桥向，在横桥向也要设置位移限制结构。 7) 1支座线上的支座数少的桥 1支座线上由1个支座支撑的桥，因为一旦支座破坏，上部结构在横桥向落梁的可能性很高，遵照13.8节的规定，必须不仅在顺桥向，在横桥向也要设置位移限制结构。并且，用A型支座的桥，在采用支座线上的支座的间隔相对于梁高狭窄的结构时，1支座线上的支座即使有两个，也最好考虑横桥向的防止落梁系统。 (2) 在平成7年兵库县南部地震中，防止落梁系统也受到各种损害，结果发生了对紧急交通的阻碍，从这一经验，对以往由梁搭接长度、防止落梁装置以及可动支座的移动限制装置构成的防止落梁结构重新进行整理，明确各构成要素的作用，以梁搭接长度、防止落梁结构、位移限制结构及防止垂直错位结构构成防止落梁系统。构成防止落梁系统的各要素必须具备的功能列于如下。另外，在此防止落梁结构这一术语与以往的防止落梁装置的意思在用法上几乎相同但稍微狭义。 1) 梁搭接长度 下部结构和支座遭到破坏，上下部结构发生不能预测的大的相对位移时，也要防止落梁。 2) 防止落梁结构 与梁搭接长度一样，下部结构和支座破坏，要做到上下部结构间不发生超过梁搭接长度那样的位移。 3) 位移限制装置 这是以与A型支座互相补齐、抵抗地震时惯性力为目的，为了支座损伤时使上下部结构的相对位移不变大的结构。也能够起13.1(6)项规定的连接保护器的作用。 4) 防止垂直错位结构 这是支座高度大的钢制支座等破损时防止造成路面车辆通行困难的垂直错位发生的结构。 (3) 规定了应该在顺桥向设置防止落梁系统。在采用与防止落梁系统相互补充抵抗惯性力的A型支座时，规定除了防止落梁系统之外还要采用位移限制结构。这是因为考虑到A型支座与位移限制结构合用具有与B型支座同样程度的抗震性。在中间支点，仅采用A型支座时，要在中间支点设置位移限制结构。这是因为在中间支点只要桥墩和梁不破坏上部结构就不会因顺桥向的移动而落下。 而且，由于结构特性，对顺桥向的位移难以发生的桥虽然可以不设置防止落梁系统，但一般地这是具有由两端刚性高的桥台支撑的桥的内长度25m以下的一孔的上部结构的桥，不符合13.8(1)项之1)及2)条的情况。并且，两端的桥台由I类地基支撑时，对具有长度在50m以下的1孔的上部结构的桥，也可以适用这一规定。在此，所谓一孔的上部结构是指单跨径或者连续及联结结构的多跨径的上部结构，不包括简支桥连续的情况。另外，由于斜角小的斜桥和交角大的曲线桥因斜角和交角的影响有时发生大的位移，考虑这一点，必须选定构成防止落梁系统的要素。 (4) 对于横桥向的防止落梁系统，是就有必要设置位移限制结构的桥来规定的。采用A型支座时，即使对横桥向，为了也要与防止落梁系统相互补充抵抗惯性力，位移限制结构是必要的。并且，采用B型支座时，在防止往横桥向落梁的对策成为必要的桥中，要设置对横桥向的位移限制结构。在此，所谓防止往横桥向落梁的对策成为必要的桥，是示于13.8(1)节中的斜桥、曲线桥、下部结构的顶部宽度狭窄的桥及单支座线上的支座的数目少的桥等。但是，关于由连续梁组成的斜桥及曲线桥，要是梁的转动在端支点受到约束，往横桥向的位移就难以发生，因此，没必要在中间支点设置位移限制结构。 (5) 一般对于橡胶支座，因为支座高度比较小，而且与支座高度相比平面尺寸大，即使在支座损伤的情况下，能够防止路面的大垂直错位的发生。不过采用高度高的钢支座的情况等，大地震时支座损伤，上部结构落在下部结构顶端，上下部结构有可能损伤，并且，其结果路面产生数10cm的垂直错位，有时给震灾后不久的紧急车辆通行和交通保障带来障碍。因此，关于3.4节规定的B类桥那样的在重要路线上架设的桥，规定为了不发生这种垂直错位，最好给以结构上的关注，如设置防止垂直错位结构等。 (6) 在5.3节所规定的地震时保有水平抗力法水平的地震力作用时，伸缩装置破损这种事虽是不得已的，但与4.1节规定的地震系数法相当的地震力作用时，不希望伸缩装置破损。采用B型支座时，因为以往的抗震设计篇(90年2月)规定的移动限制装置的设置是不要的，在4.1节规定的地震动作用的情况下，伸缩装置有可能损伤时，必要的话可以设置接头保护器。 采用A型支座时也同样，但因为这时位移限制结构是必要的，也可以让位移限制结构兼有接头保护器的功能。 13.2 梁搭接长度 (1) 梁搭接长度由式(13.2.1)算出。但是，这样算出的值低于式(13.2.2)的值时，要采用式(13.2.2)的值。另外，象斜桥和曲线桥那样，在顺桥向与下部结构起作用的土压力的作用方向不一致时，梁搭接长度必须取与支座线成直角的方向。 (13.2.1) (13.2.2) (13.2.3)式中，SE：梁搭接长度(cm)。是指从图-13.2.1所示的梁端至下部结构顶部边缘的 上部结构的长度及搭接部的梁长度。uR：与5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法中采用的等效水平地震力系数相当的惯性力作用时，算出的梁搭接长度的位置上产生的上部结构与下部结构顶部间的相对位移(cm)。但在算出 uR 时要不估入防止落梁结 构及位移限制结构的效果。而在判断为产生对第7章规定的桥有影响的地基的液化及流动化时，要估入这种影响。uG：由地震时的地基应变产生的地基的相对位移(cm)SEM：梁搭接长度的最小值(cm)eG：地震时地基应变，对I、II、III类地基，分别为0.0025、0.00375及0.005。L：影响梁搭接长度的下部结构间的距离(m)。l：计算跨径(m)。在单个桥墩上支撑两个上部结构的端部、两侧的梁的跨径长度不同时，采用大的跨径长度。 (2) 对地震时的行为复杂、进行第6章规定的动态解析的桥，作为(13.2.1)节的相对位移 uR ，要采用由动态解析求出的最大相对位移校核梁搭接长度。 (3) 对斜桥，上部结构具有满足式(13.8.1)的形状时，由式(13.2.4)算出梁搭接长度，在此值高于式(13.2.1)及式(13.2.2)的值时，以式(13.2.4)的值为梁搭接长度。此外,对上部结构两端的支座线不平行、非对称的斜桥，要采用两端中小的斜角算出SEq。 (13.2.4)式中，SEq：用于斜桥的梁搭接长度(cm)Lq：上部结构一孔的长度(m)q：斜角(度)aE：临界脱落转角(度)，一般可为5度。 (4) 对曲线桥，上部结构具有满足式(13.8.2)的形状时，由式(13.2.5)算出梁搭接长度，在此值高于式(13.2.1)及式(13.2.2)的值时，以由式(13.2.5)算出的值为梁搭接长度。 (13.2.5) (13.2.6)式中，SEf：用于曲线桥的梁搭接长度(cm)dE：上部结构往曲线外侧方向的移动量(cm)f：曲线桥的连续一孔的上部结构的梁两端部构成的交角(度) (1) 与地震时保有水平抗力法中使用的等效水平地震力系数相当的惯性力作用时，以梁端部产生的相对位移为基础，算出的梁搭接长度。但是，这样算出的梁搭接长度小于以往的值时，就用以往一直采用的值。 地震时，支座、桥墩及基础等，因桥整体的变形，在梁端部产生相对位移，按照欲求梁搭接长度的支点的支座条件，一般可以如下算出相对位移 uR 。 1) 该支点由橡胶支座支撑的场合(参照图-解13.2.1(a) 在该支点由减震支座、地震时水平力分散支座等第12章规定的B型橡胶支座支撑的情况下，在与5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法中采用的等效水平地震力系数相当的惯性力作用于包括该支点的设计振动单位时，以在该支点产生的上下部结构间的相对位移为 uR 。 包括该支点的下部结构及其支撑的上部结构部分可以看作相同的振动单位时，把 uR 作 为橡胶支座的弹性变形量，可由式(解13.2.1)算出。 (解13.2.1)式中，uR：式(13.2.1)规定的相对位移(cm)khe：式(5.3.1)规定的地震时保有水平抗力法中使用的等效水平地震力系数WU：3.3.2节规定的该下部结构支撑的上部结构部分的重量(tf)KB：支座的弹性模量(tf/m) 另外，采用第12章规定的A型橡胶支座时，与5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法中使用的等效水平地震力系数相当的惯性力作用的话，由于假定支座也损伤，在计算梁搭接长度中，以3)中所示的该支点由可动支座支撑的情况来算出。 2) 该支点由固定支座支撑的场合 该支点采用第12章规定的B型支座时，相对位移 uR设为支座宽度的一半。并且，采用A型支座时，相对位移uR为支座宽度。这是考虑到，因为B型支座是对于与5.3.1节规定的等效水平地震力系数相当的惯性力也能够可靠地传达上部结构的惯性力来设计的，地震时，支座部不发生相对位移，但即使支座产生不能预测的损伤，也要可靠地防止落梁。另一方面，A型支座的情况下，由于也考虑支座损伤，要比B型支座时取更大的值。 另外，金属支座以下支座的顺桥向宽度为支座宽度，橡胶支座则以橡胶支座本体的顺桥向宽度为支座宽度。 3) 该支点由可动支座支撑的场合(参照图-解13.2.1(b) 在该支点，包括其上部结构部分的设计振动单位与包括下部结构的振动单位这两者有与5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法中使用的等效水平地震力系数相当的惯性力反向作用时，把两个设计振动单位间产生的相对位移看作 uR。但是，由桥 台构成的设计水平振动单位的位移可以看作零。这是因为，一般因背填土的影响，背填土方向的桥台的刚性高，此方向的位移要小。这时，一般可如下算出相对位移uR。 (解13.2.2) (解13.2.3) (解13.2.4) (解13.2.5) (解13.2.6)式中，uR：式(13.2.1)规定的相对位移(cm)uR1, uR2 ：图-解13.2.1(b)所示的设计振动单位1及设计振动单位2产生的 位移(cm)uRi：设计振动单位i中产生的位移(cm)uPi：代表设计振动单位i的桥墩墩身的反应位移(cm)uFi：因代表设计振动单位i的桥墩基础的变形，在上部结构的惯性力的作用位置产生的水平位移(cm)。发生第7章规定的地基的液化及流动化时，要考虑其影响来算出。uBi：与5.3.1节规定的地震时保有水平抗力法中使用的等效水平地震力系数相当的惯性力作用时支座产生的相对位移(cm)mRi：代表设计振动单位i的桥墩墩身的反应塑性率，由式(5.2.5)算出。dyi：代表设计振动单位i的桥墩墩身的屈服位移，对钢筋混凝土桥墩，按照9.2节的规定，或者对钢制桥墩，按照10.2节及10.3节的规定算出。dFi：代表设计振动单位i的桥墩基础的反应水平位移(cm)qFi：代表设计振动单位i的桥墩基础的反应转动角(rad)hoi：代表设计振动单位i的桥墩中，从抗震设计上的地基面到上部结构的惯性力的作用位置的高度(cm)khei：对设计振动单位i的地震时保有水平抗力法中使用的等效水平地震力系数KBi：设计振动单位i的支座的弹性模量(tf/cm)Wi：设计振动单位i支撑的上部结构部分的重量(tf) 另外，对桥墩高度非常高的桥，虽然考虑到如上算出的梁搭接长度成为大的值的情况，但即使在这种情况下，原则上最好确保梁搭接长度。但是，梁搭接长度在桥的结构上过分不合理时，要参考动态解析结果等，也要加大下部结构的刚性，设置能抑制过大位移的防止落梁结构和位移限制结构等，可以进行结构上的考虑。 由地震时的地基应变引起的相对位移规定由式(13.2.3)算出。式(13.2.3)是按照地基类别I、II、III类，分别计入0.25%、0.375%、0.5%程度来算出地震时地基中产生的应变的。一般，地震时地基应变比算出的小，但因为在过去规模大的地震中也有地表面产生龟裂等的大变形等，估计余裕，就这样给出。作为影响梁搭接长度的下部结构间的距离L，在欲求出梁搭接长度的支点，取支撑支点的下部结构与给包括支点的梁的振动以主要影响的下部结构之间的距离。图-解13.2.2示出了这种思路的例子。另外，1座桥中地基条件不同时，可以以地基条件更软弱的条件算出。 在钢筋混凝土下部结构设置支座时，为了防止支座的破坏，在下部结构篇 5.2.4节规定了与支座边缘的距离S。为了确保支座底板的抗震性，不仅要满足规定的S，为了对支座的地震力分担功能，不产生有影响的损伤，还应对支座底板进行足够的配筋。 判断为发生影响桥的地基的流动化时，按照7.3节的规定，在流动力起作用时，要由式(解13.2.5)算出因桥墩基础的变形在上部结构的惯性力的作用位置产生的水平位移。这时，从1) 考虑产生流动化的情况、2) 仅考虑液化的情况、3) 考虑液化与流动化都不产生的情况这三种来算出梁搭接长度，不论哪项在设计中均采用最大的值。另外，在1)的情况下，基础顶端的水平位移大于基础的屈服位移时，在梁搭接长度中可以计算进50cm程度的余裕。这时因为，基础一达到屈服，一般地，荷载即使很小的变动，位移也会有大的变动，考虑与流动力的计算决定相伴的不可预测的变形。此外，考虑产生流动化时的抗震计算没必要同时考虑地震力。 并且，斜桥那样桥轴方向与土压的水平分力的作用方向不一致的情况，梁搭接长度如图-解13.2.3所示要取土压力的水平分力的作用方向。因为对斜桥梁的主轴与下 部结构的主轴不一致，顺桥向的振动与横桥向的振动耦合，桥的地震反应特性就变复杂，从安全方面来考虑，如图-解13.2.3所示从梁端至下部结构顶部边缘的最小距离的方向取梁搭接长度。 (2) 按照第6章进行动态解析时，应该采用由动态解析求出的在梁端部的上下部结构间的相对位移校核梁搭接长度。