日本道路桥规范

1、日本道路桥规范-条文说明V 抗震设计篇1996年12月社团法人日本道路协会序道路是用来运送人、物的最基本又最普遍的交通设施。同 时它在均衡国土发展、击活地方社会、改善生活环境等方面发挥 着重要的作用，而且它还具有多种功能。日本的道路建设，从始于1954年的第一个道路建设五年规划 积累到现在，取得了众所周知的稳步发展。但是由于机动车的发 展快于道路建设，即使现在道路建设在质与量上仍显得不足。另外，面对高龄化、信息化、国际化等形势，为即将到来的 高龄社会进行储备，为使人民生活更有活力更加丰富，也需要建 设有效率的功能完备的道路网，以适应社会对道路建设的新要求。因此，建设省在以1993年为初年度的第

2、11个道路建设五年 计划中，力图推进以丰富生活、创造有活力的地域、开发良好环 境为目标的道路事业。由于日本地形陡峭，河川众多，城市部分的土地被高度利用， 空间制约形势严峻，而桥梁又是道路建设中不可缺少的构造物， 所以必须采取切合实际的建设方法。特别是在1995年1月17日的兵库县南部地震中，作为避难 路和紧急物资运送线的道路、桥梁受到毁坏，对地域社会产生极 大影响，因此，建设抗灾性强、可信度高的道路交通网从来没有 象现在这么迫切。日本道路协会在 1990年发行了道路桥规范条文说明 抗震设计篇。基于1995年兵库县南部地震的受灾教训，根据建 设省向相关单位颁发的关于兵库县南部地震受灾道路桥修复办

3、 法以及有关桥梁抗震设计的新的调查研究成果，又适值改版， 所以颁发了这次的道路桥规范条文说明V抗震设计篇的改订版。希望正确理解本改订版的主旨，更进一步地推进高质量的桥 梁建设。1996年12月日本道路协会会长荻原 浩道路桥规范 V抗震设计篇作为桥、高架道路等的技术 基准在1980年被制定出来。它反映了1977年制定的建设省新抗震设计法（讨论案）的研究成果，是 1971年的路桥抗震设计 指南的改版。在1990年，引入基于桥梁支持地层的振动特性及静力框架法 的桥梁抗震计算法、钢筋混凝土桥墩的地震时保有水平耐力的检 验法，以1980年以后的桥梁抗震设计的调查研究成果为基础，对 道路桥规范 V抗震设计

4、篇进行了改版。1995年1月17日发生的兵库县南部地震是关东大地震以来各 种构造物受灾最大的一次地震。至于桥梁，以桥墩倒坏、落梁为 首，多数桥梁受灾严重。 地震之后的1月20日，受建设省的委托， 设置了由耐震工学桥梁工学的专家们组成的兵库县南部地震 道路桥震灾对策委员会，对探明受灾原因等进行了研讨。委员会 审议了地震动态特性解析、受灾构造机理的讨论结果等，最后整 理成1995年3月的中期报告和同年 12月的最终报告。委员会在 关于今后抗震设计应研究的事项上，提出了设计地震力与桥的 抗震性、构造部件的地震时的变形能力以及震动耐力、动态 解析法的活用、免震设计、支座、落桥防止构造、地基 液化以及与

5、之相伴的地基流动、桥梁作为一个整体时的抗震性 合计共八个方面的课题。1995年2月27日兵库县南部地震受灾道路桥修复办法经由上述委员会审议，由建设省向相关单位作了通知。在修复办法 中，以提高各构造部件强度的同时提高其变形性能、使桥梁作为 一个整体进行抗震为目标，在设计时增加了基于震度法的地震时 保有水平耐力验算。在此基础之上，还规定即使遭受到兵库县南 部地震所观测到的最大地震动也能抵抗的构造要用动态解析法进 行验算。另外，1995年5月25日，作为桥、高架道路等的技术标准 （道 路桥规范）改版之前的临时措施，建设省通知相关单位：全国范 围内正在实施的新桥的设计以及既有桥梁的加固要根据道路级 别

6、、构造、功能以 加固指南参考。基于这样的背景，桥梁委员会于1995年4月在总括小委员会 的下面设置了震灾对策特别分科会，在采用临时措施加固指南的同时，推进必要的调查研究，进行道路桥规范V抗震设计篇 的改版工作，从而带来本次的刊发。主要的改订点有以下几点： 根据内陆直下型（内陆断层处发生的地震）地震对构造物有影响的观点，以及考虑到截止目前为止所观测到的最强内陆 直下型地震动-1995年兵库县南部地震，规定在旧有设计 地震力的基础上增加新的设计地震力。 在根据旧有的震度法进行抗震设计的同时，对受地震影响较大的桥墩、基础、支座、落桥防止系体系等的构造部件，改为根据地震时保有水平耐力法进行耐震设计。

7、为了正确掌握考虑了构造部件非线性的桥梁地震时的运动，有必要进行动态解析。 考虑到这点，在规定使用动态解析的 地震输入的同时，修改了解析模型及解析法、根据动态解析进行安全性验算的相关规定。对于判定为液化的地层，修正了液化判定用的地震力、液化 强度、抗震设计上的处理方法，并规定此为新的液化情况下 的抗震设计法。关于流动化对桥梁的影响，在抗震设计上的处理方法有了新 的相关规定。关于以前没有具体规定的免震设计，规定为以地震力的分散 和高衰减化为重点的免震设计法。 关于钢筋混凝土桥墩，在引入预测了箍筋约束效果的混凝土 应力-变形关系的同时，修改了水平力-变位关系的计算 方法。另外，考虑了尺寸效果的抗剪耐

8、力评价法、提高韧性 的配筋细则、以及根据钢筋混凝土刚构桥墩的地震时保有水 平耐力法的设计方法有了初次规定。初次规定填充了混凝土的钢制桥墩的地震时保有水平耐力 及变形性能的算定方法，以及未填充混凝土的钢制桥墩的抗 震设计上的处理办法。对于各种形式的基础，规定了考虑了非线形效果的耐力、变形性能的验算方法，基于地震时保有水平耐力法为基础的抗 震设计法有了初次规定。 对于在以往的设计方法中没有明确规定的支座，其设计地震力和各种形式的支座的设计法、以及与支座相连的构造的设 计方法有了初次规定。? 为了确实防止落桥，明确既有落桥防止构造的功能，作为新的落桥防止系统，在明确其位置的同时， 对其设计荷重以及

9、设计方法进行了规定。在使用本规范过程中，由于对和旧规范的相异之处、规定的 根据等进行了说明，希望熟读本规范和条文说明，进一步彻底掌 握其要领。另外，本规范中，关于内陆直下型地震的地震动、伴随地层 液化的流动化现象等，学术上及技术上还没有十分明确的事项， 在确保桥梁安全性的大前提下，条文也规定现阶段以可以活用的 信息为基础，自行判断设计。因此，关于此类事项，相信今后根 据进一步的调查研究，会有切实有效又快速的解决办法。希望本规范对道路桥的设计、施工有良好作用，进一步促进 运用桥梁技术的一体化，确保道路桥的高度安全性和耐久性。1996年12月桥梁委员会 总括小委员会 震灾对策特别分科会V抗震设计篇

10、第1章总则1.1 适用范围1.2 用语的定义第2章抗震设计的基本方针第3章抗震设计应该考虑的荷载及设计条件3.1 抗震设计应该考虑的荷载及荷载组合3.2 地震的影响3.3 惯性力3.3.1 一般3.3.2 固有周期的计算方法3.3.3 惯性力的计算方法3.4 桥梁重要度的划分3.5 地域修正系数3.6 抗震设计的地基类别3.7 抗震设计的地基面第4章震度法的抗震设计4.1 震度法中使用的设计水平震度4.2 震度法中使用地震时土压力4.3 震度法中使用的地震时动水压力第5章地震时保有水平耐力法的抗震设计5.1 一般5.2 安全性的判定5.3 地震时保有水平耐力法中使用的水平震度5.3.1 地震时

11、保有水平耐力法中使用的等价水平震度5.3.2 地震时保有水平耐力法中使用的设计水平震度第6章动态解析法的抗震验算6.1 一般6.2 解析模型以及解析法6.3 动态解析中使用地震输入6.4 安全性的判定第7章地震时不安定地层的抗震设计7.1 一般7.2 抗震设计中极软粘土层以及沙性土层、对桥梁有影响的被判断为产生液化的地层的抗震设计7.3 被判断为可能发生对桥梁有影响的流动化地层的基础的抗震设计7.4 抗震设计中极软粘土层以及沙性土层7.5 沙性地层液化的判断7.5.1 一般7.5.2 三轴疲劳强度比7.6 土质常数降低的土层以及处理办法第8章 免震设计8.1 一般8.2 免震设计8.3 免震设

12、计中使用的设计水平震度8.4 免震支座的设计8.4.1 设计的基本方针8.4.2 免震支座安全性的判断8.4.3 免震支座的设计变位8.4.4 免震支座的等价刚性以及等价衰减系数8.4.5 免震支座的动态特征8.5 固有周期的计算方法8.6 免震桥梁衰减系数的计算方法8.7 使用免震设计时的构造细节8.7.1 一般8.7.2 梁端头部的间隔8.7.3 伸缩缝的构造细节第9章钢筋混凝土桥墩地震时保有水平耐力和容许塑性率的计算9.1 一般9.2 地震时保有水平耐力以及容许塑性率9.3 屈服时以及极限时的水平耐力和水平变位9.4 混凝土的应力-应变曲线9.5 抗剪强度9.6 提高钢筋混凝土桥墩韧性的

13、构造细节9.7 纵向铁筋的截断9.8 钢筋混凝土刚构桥墩地震时保有水平耐力和容许塑性率9.9 作用有上部构造死荷载引起的偏心弯矩的钢筋混凝土桥墩第10章钢制桥墩地震时保有水平耐力和容许塑性率的计算10.1 一般10.2 填充了混凝土的钢制桥墩10.2.1 地震时保有水平耐力和容许塑性率10.2.2 构造细节10.3 没有填充混凝土的钢制桥墩10.4 支座锚固部位的抗震设计10.5 作用有上部构造死荷载引起的偏心弯矩的填充有混凝土的钢制桥墩第11章地震时保有水平耐力法的基础抗震设计11.1 一般11.2 基础所产生的截面力、地基反力以及变位的计算11.3 基础的屈服11.4 基础主要发生非线性变

14、形时的基础时程塑性率、时程变位的计算以及塑性率的限值11.5 基础部件的验算第12章支座部的构造12.1 一般12.2 支座部抗震设计中使用的设计地震力12.3 支座部的安全性验算12.4 支座部的构造12.4.1 一般12.4.2 橡胶支座12.4.3 钢制支座12.4.4 支座周围的上下部构造部分第13章落桥防止体系13.1 一般13.2 挂梁的长度13.3 落桥防止构造13.4 限制变位构造13.5 落差防止构造13.6 伸缩缝保护装置13.7 与落桥防止构造相连接的部位13.8 桥轴直角方向的落桥防止体系第14章有可能减少地震影响的构造V 抗震设计篇第1章总 则1.1 适用范围本篇适用

15、于桥梁的抗震设计明确抗震设计篇的适用范围关于适用以及准用桥梁的使用 ，按通用篇1.1适用范围的规定执行。 即使 是跨径超过200米的桥梁，也要针对地形、地质、地基等条件，以及桥梁的 构造特征、规模、桥梁及地基以往的震害经验、重要度和选址条件，进行必 要、适当的修正，这些都是本篇所允许的。1.2 所用词语的定义本篇所用词语的含义如下所示:(1)震度法考虑构造物弹性范围内的振动特征，使地震力静态作用于构造物的抗震设计法(2)地震时保有水平耐力法考虑构造物的非线性变形性能和动态耐力，使地震力静态作用于构造物的抗震设计法(3)动态解析法用动力学的方法解析地震时构造物的反应的抗震设计法(4)免震设计法使

16、用免震支座，适度延长桥梁固有周期的同时，设法提高其衰减性能以降低惯性力的抗震设计法(5)地震的影响抗震设计中使用的惯性力、土压、水压、地层的液化、流化等等，由于地震动对桥梁带来的从工程角度进行评价的地震影 响的总称(6)设计振动单位在地震时可以看作是同一振动的构造系固有周期桥梁自由振动1次的周期(8)设计水平震度在抗震设计中，为了计算水平方向的惯性力，在桥的重量上所乘的系数(9)地域修正系数以经常发生大地震的地区为基准，其它地区设计水平震度的修正系数(10)抗震设计上的地基类别根据地震时地基的振动特性，从工程性质上对地基进行的分 类(11)抗震设计的地面在抗震设计时假定为地表面的地基面(12)

17、支持层面具有对象地点的共同特征，存在于在抗震设计中被视为振动地基的下面，十分坚固的地基的上面(13)加速度反应谱对于特定的地震动，具有任意固有周期和衰减系数的单自由度振动系的最大加速度值(14)液化由于地震动引起间隙水压力的急剧上升，饱和沙质土层失去抗剪强度，土的构造发生破坏(15)流化伴随着液化的发生，地层发生水平方向的移动(16)地震时保有水平耐力反复受到地震力作用时构造部件所具有的水平耐力(17)等价水平震度将地震时保有水平耐力法中使用的设计水平震度，根据容许 塑性率降低了的水平震度(18)时程塑性率构造部件在上部构造惯性力的作用位置产生的时程变位与屈 服变位的比值(19)容许塑性率为控

18、制构造部件的损伤以及时程变位，构造部件所允许的塑 性率(20)塑性较构造部件在受到正负交替的疲劳变形时能保持稳定，为了发 挥这种能保持耐力的塑性变形功能的较构造称为塑性较。产生 塑性钱的部分成为塑性较区域，部件在塑性较区域的纵向长度 成为塑性较长度(21)落桥防止体系以防止由于地震引起上部构造落下而设置的构造。由挂梁长 度、落桥防止构造、限制变位构造以及高差防止构造等组成 (22)挂梁长度此为落桥防止体系中梁的端部的构造。上下部构造间有预想 不到的较大相对位移发生时，为了防止梁从下部构造的顶部脱 落，确保梁的端部到下部构造顶部边缘的梁的长度(23)落桥防止构造此为落桥防止体系中梁的端部的构造。

19、上下部构造间有预 想不到的较大相对位移发生时，为防止挂梁长度不足的构造 (24)限制变位构造配合支座以抵抗地震时的惯性力为目的，为防止支座受到损 坏时上下部构造之间产生较大相对位移的构造(25)防止落差的构造为了防止支座高度较大的钢性支座破损时，发生行车困难的 有落差的路面出现，从而设置的构造(26)伸缩缝保护装置在桥梁使用期内，为了防止由于受到发生概率较高的地震而 使伸缩装置破损的构造(27)免震支座进行了免震设计桥梁的支座，具有适度延长桥梁的固有周期 和增大地震力衰减性能的支座(28)地震时水平力分散构造地震时上部构造的惯性力被几个下部构造分担的构造，比如 使用橡胶支座、免震支座的情况，以

20、及使用多点固定方式的情 况抗震设计的基本方针(1)桥梁的抗震设计，要与桥梁的重要度相应，以确保必要的抗震性能为目标。桥梁的重要度，按照道路种类以及桥梁的功 能、构造分为标准重要度桥梁和特别重要度桥梁(以下分别称为A类桥梁和B类桥梁)两种。A类桥梁，以对于在桥梁 使用期内发生概率较大的地震要保证健全性、对于在桥梁使用期内发生概率较小的地震具有足够的强度、防止发生致命损伤为目标。B类桥梁，以对于在桥梁使用期内发生概率较 大的地震要保证健全性、对于在桥梁使用期内发生概率较小 的地震防止发生限定的损伤为目标。这里，作为在桥梁的使用期内发生强度大、发生概率低的地震动，把板块边界型大 规模地震定为I型地震

21、动、内陆直下型地震动定为n型地震动，以这两种地震动为抗震设计考虑的地震动。(2)抗震设计原则上以震度法和地震时保有水平耐力法进行设 计。对于在桥梁使用期内发生概率较高的地震，根据震度法计算容许应力、容许支持力、容许变位、安全率以及它们的 组合来进行抗震设计。 对于在桥梁使用期内， 发生概率低但 强度大的地震，用地震时保有水平耐力法计算地震时保有水 平耐力、容许塑性率、残留变位以及它们的组合来进行抗震 设计。(3)对于地震时反应复杂的桥梁，要用动态解析法，最好将其结果在设计中体现出来。(4)在抗震设计中，考虑地形、地质、地基条件、选址条件选定 抗震性高的构造形式的同时，注意力不能只放在一个一个上

22、下部构造的设计上，应该包括支座、落桥防止体系在内进行 通盘考虑，使桥梁整体具有抗震性能。(1)桥梁的抗震设计规定了作为目标的抗震性能。桥梁作为震后的避难路、救助、救急、医疗、消防活动以及运送紧急物资的运输路线，有着非常重要 的作用。在这里，根据道路种类和桥梁的功能、 构造，把桥梁的重要度分 为标准桥梁（A类桥梁）和高度重要桥梁（B类桥梁）2种，它们分别有 各自确保的抗震性能目标。表2.1说明了抗震设计考虑的地震动和桥梁的 抗震性能目标，以及为实现其目标要使用的抗震设计法。作为抗震设计考虑的地震动，主要考虑在桥梁使用期间发生概率较高的地震动和发生概率低但强度较大的地震动的2阶段地震动。这里所说的

23、桥梁使用期间发生概率高的地震动是指比较而言发生可能性较高中等 规模的地震，沿袭了以往抗震设计的震度法中使用的以设计震度规定的 地震力。另外，在桥梁使用期间发生概率低但强度较大的地震动，在1990年的抗震设计篇中规定的象发生于1923年的关东大地震中东京周边的地震动发生概率较低的板块边界型的大规模地震的地震动之外，又考虑 了象发生于1995年兵库县南部发生率极低的震级 7级的内陆直下型地震 的地震动。我们把板块边界型的大规模地震的地震动和发生于兵库县南 部的内陆直下型地震的地震动，分别称为I型和口型地震动。I型地震 动表示大振幅、长时间反复作用，口型地震动表示持续时间短但强度极 大的地震动。表2

24、.1抗震设计考虑的地震动和桥梁的抗震性能目标抗震设计考虑的地震动桥梁抗震性能目标抗震计算法标准重 要度的 桥（A类桥）特别重 要的桥 （B类桥）静态解 析法动态解析 法（地震 时反应复 杂的桥）桥梁使用期间发生概率高 的地震动没有损坏健全性震度法时程法反应谱法桥梁使 用期间 发生概 率低但 强度大 的地震 动I型地震动（板 块边界型大规模 地震）防止致 命的震 害避免限 定的损 伤地震时 保有水 平耐力 法口型地震动（象 兵库县南部的内陆直下型地震）另外，地震动因地而异，由于地震发生概率小的地区和地震发生概率 大的地区使用同一个地震震度不合理，因此3.5节规定了桥梁抗震设计使用的地震动强度随地

25、域不同的变化。关于内陆直下型地震，也有意见表示应该在设计中将每个活断层的特 性反映出来.如果这样，就必须把活断层的位置和活动时期确定下来.但是由于正在全国范围内进行基于活动性和活断层的地震动预测，目前还 有许多不明之处.因此，关于这一点，有必要随着今后调查研究的发展 进行必要的回应.在这里，关于内陆直下型地震对构造物的影响，就以 观测到的最强地震动即 1995年兵库县南部地震的地震动为考虑对象。与以上2阶段3类地震动和桥梁重要度对应， 以不损伤桥梁的健全性、 防止受到致命的震害、以及防止发生限定的损伤为目标进行抗震设计。以钢筋混凝土桥墩为例，如果水平方向的地震力反复作用，屈服后的水平耐 力达到

26、最大耐力(终局水平耐力)，其后的水平变位会变得更大，保护层 混凝土会剥落、钢筋断裂，与此相伴的是水平耐力开始降低。从例子中的关系可以看出，所谓不损伤健全性是指地震时用容许应力法计算的构造部 件产生的应力、变位等应该在容许应力和容许变位以内，即不产生超过屈服状态的损伤。所说的防止受到致命的震害，是指为不发生落桥现象主要 构造部件的水平耐力开始降低的临界状态。所说的防止发生限定的损伤， 是指为了震后尽快恢复桥梁的功能，要使桥梁具有一定的储备。这些限定 的状态，根据震后经验及各种试验、解析式确认的构造部件及桥梁整体的 终局状态，必须在考虑了一定的安全系数后确定。这里所说的II型地震动对构造物影响的观

27、点，采用了迄今为止观测到 的地震中从世界范围看也是最强的兵库县南部地震的地震动，不能否认 比之更强的地震动将来在局部地区发生的可能性。现阶段强震观测历史 较短，在正确推断地震动特性并反应于抗震设计中还有许多不足之处。 因此，在设计上预留安全系数的同时还要考虑落桥防止体系。但是事实 上，设计出对不管怎样的未知地震动都安全的桥梁还是受到现阶段条件 的制约。对于这样的地震，重要的是提高道路网的复原功能，着手进行 建设早期加固体制、技术开发等。(1)在道路桥的抗震设计中，加强构造部件强度的同时有必要提高变形性能使桥梁作为一个整体抵抗地震，因此，抗震设计不仅使用震度法还 运用地震时保有水平耐力法。用震度

28、法确定的构造断面不能满足地震 时保有水平耐力法的安全性判断标准时，要修改断面，使之满足地震 时保有水平耐力法的要求。关于地震时保有水平耐力法， 已经在1990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耐力的验算被采用，这次根据1995年兵库县南部地震的受害状况，由于认识到确保构造系韧性的重要性， 决定此设计法不应该仅仅局限于钢筋混凝土桥墩，将适用范围扩大到 受地震影响较大的桥墩、基础、支座部、落桥防止体系等构造部件， 同时明确不是作为验算法而是作为设计法。图2.1给出了标准抗震设计的流程图。(2)震度法和地震时保有水平耐力法，对于地震时的反应不是太复杂的桥 梁，能够用足够的精度简单地

29、表达地震时的反应。因此，原则上用震 度法和地震时保有水平耐力法进行抗震设计。但是，对于特殊形状、构造的桥梁，震度法和地震时保有水平耐力 法有时不能充分反映桥梁地震时的振动，因此，对于地震时反应比较 复杂的桥梁，希望将震度法和地震时保有水平耐力法的计算结果用动 态解析法进行验算。另外，对于多处产生非线性的桥梁能量法则的适用性受到限制的情 况、地震时震动复杂，地震时保有水平耐力法的适用性受到限制的情 况等，应该基于动态解析的结果进行恰当的设计。震度法和地震时保有水平耐力法不能以足够的精度反映地震时其振 动情况的桥梁以及地震时保有水平耐力法的适用性受到限制的桥梁， 一般有以下情况：施加于桥梁的对桥梁

30、的振动有重要影响的振动模型和震度法、地震 时保有水平耐力法假定的振动模型有显著的不同施加于桥梁的对桥梁的振动有重要影响的振动模型有2种以上在多处假定了塑性较；或构造复杂，塑性较发生在何处难以判断 基于构造部件和桥梁整体的非线性特征，能量法则的适用性没有充 分研究相反的是，图2.2所示构造系是典型的单自由度体系，塑性较产生位置明确，适用能量法则，因此，可以省略动态解析。（3）桥梁的抗震设计，重要的是在考虑了地形、地质、地基条件、选址条 件的基础上选择合适的构造形式。抗震设计上期待的构造形式以及不 希望采用的构造形式表述如下：1）为了切实防止落桥，希望采用多跨连续构造。但是即使是多跨连续 构造，如

31、果采用1点固定会造成支持固定支座的下部构造负担过大， 所以希望是能分散地震时水平力的构造。2）在有可能发生如软质粘性土层的滑动、沙质地层的液化及伴随液化 产生的流滑等地层变化的填筑地层及冲积地层，要选择水平刚性高的 基础、以及多点固定形式和刚构形式等上部构造和下部构造的接触点 尽量多的支座的构造系的同时，也要考虑它们对挂梁长度等落桥防止 体系的影响。3）对于地质条件良好，固有周期短的多跨连续梁桥，希望采用免震设 计。4）钢制支座，受到地震力的冲击容易受到损伤，由于大的地震力支座 已经破坏的情况下，有时表现出不可预期的振动。更有一些旧有构造 的可动支座由于允许变位而预留空间较小，一般难以满足设计

32、假定方 向的变形。由于以上原因，希望采用橡胶支座或能吸收能量的免震支 座。5）对于部分破坏有可能引起整体崩塌的构造体系，必须考虑限制这部 分的损伤。6）对于独柱式桥墩，有时会在高度的中间位置产生塑性较，而且地震 时不能稳定下来吸收能量。因此必须使塑性较确切地设计在能吸收能 量的桥墩根部出现。7）对于大的地震，要区别开为了防止桥梁整体的崩塌容许发生非线性 反应的构造部件和即使面对这种大地震有必要只在弹性区域内变化的 部件，切合实际地组建构造体系。另外，对于几何学上非线性影响较 大的构造、常时由死荷载引起较大偏心弯矩的构造遭受地震动时，希 望不要采用不稳定的构造体系。8）在地层条件和构造条件剧烈变

33、化的地方，必须好好研究是将上下部构造从下部构造顶部断开的有利还是采用连续构造的有利。1个桥墩上支持有两个上部构造的端部的桥墩，由于从构造条件上看容易受到较 大的地震力，所以不是抗震设计上希望采用的构造。如果不得已采用 这种构造，要参考动态解析结果、把握构造的特征，在保证足够挂梁 长度的同时，必须谨慎研究落桥防止体系。9）对于桥墩顶部具有巨大高差的桥墩，梁会和桥墩的高差部分发生撞 击，产生非常大的地震力，容易使梁和高差部的基部发生损坏。这种 情况下，如图2.3所示，作为有效的手段，可以将梁端高度拉齐， 或将 梁的端部和高差部的基部进行补强设计。在1995年的兵库县南部地震中，和下部构造不相上下的

34、是支座及其周围上部构造的显著破损。对 于规模较大的地震，只用下部构造抵抗地震较为困难，希望采用以上 下部构造为一体抵抗地震的构造。从这点来看，不仅仅是上下部构造 的设计，而是包括支座部、落桥防止在内桥梁整体具有抗震性的设计。第3章抗震设计上应该考虑的荷载及设计条件3.1抗震设计上应该考虑的荷载和荷载组合（1）在抗震设计中，考虑以下荷载1）主荷载共同篇2.2.1中除去活荷载和冲击荷载的主荷载a死荷载（D）b预应力（PS）c混凝土徐变的影响（CHd混凝土的干缩的影响（SH）e 土压（E）f 水压（HR）g浮力或上升压力（U）2）副荷载地震的影响（EQ（2）荷载组合如下1）上部构造（1）项所示主荷载

35、+地震的影响（EQ2）下部构造（1）项所示主荷载+地震的影响（EQ（3）荷载的取值，以产生最不利应力、变位及其它的影响为准（1）以上列举了抗震设计上应该考虑的荷载。要根据架桥地点的条件及桥梁的构造形式进行适当选择，没有必要全部采用。另外，在抗震设计中，没有必要考虑活荷载。这是由于活荷载在时 间及空间上是变化的，活荷载与地震同时发生的概率一般比较小。但 是也有人认为：对于有长时间车辆滞留的桥梁应该考虑活荷载与地震 的同时作用。这就有待于今后的调查研究来规定应该考虑的活荷载的 大小及安全率，在现阶段的抗震设计中，不考虑活荷载。3.2地震的影响地震的影响要考虑以下内容。但是，第 5章中规定的按地震时

36、保有水平耐力法进行的抗震设计，一般不考虑(2)和(3)。(1)由构造物的重量所引起的惯性力 以构造物的重量乘以设计震度为准(2)地震时的土压力(3)地震时动水压力(4)地层的液化以及流化的影响在构造物的重量中也要考虑附属构造物的重量。对于与构造物一起振动， 对构造物有较大影响的土块部分的惯性力，要用土块的重量乘以设计震度， 求出其惯性力。在近年的地震中，可以看到伴随着地层液化的流化现象对桥 梁基础影响的事例。因此，在桥梁的设计中初次考虑了流化的影响。根据地震时保有水平耐力法进行抗震设计时，一般不考虑地震时的土压以 及地震时的动水压。这种做法的原因是，一方面在受到地震时保有水平耐力 法中假定的大

37、地震力作用时的土压和动水压的评价方法有待今后的调查研 究，另一方面，一般构造物进行反复的非线性振动时，构造物很难与它周围 的土块及水一起振动，这种作用对构造物而言，往往不是作用的荷载而是作 为抵抗力作用于构造物。3.3惯性力3.3.1 一般(1)每个设计振动单位的惯性力,根据3.3.2规定的固有周期进行计算。(2)根据震度法以及地震时保有水平耐力法进行抗震设计时， 原则上考虑水平直交 2方向的惯性力。对于支座部的设计， 原则上考虑上下两方向的惯性力。2个水平方向的惯性力互不干扰分别作用，一般作用方向选择桥轴方向和桥轴直 角方向。但是，在进行下部构造的设计时，土压水平部分 的作用方向和桥轴方向不

38、同时，惯性力的作用方向是土压水平部分的作用方向以及它的直角方向。(3)抗震设计地面以下的构造部分，不作用惯性力、地震时土 压以及地震时动水压也可以。这里所说的抗震设计地面按 3.7的规定执行。(4)上部构造惯性力的作用位置，以其重心位置为准。但是， 对于桥轴方向作用的惯性力，上部构造惯性力的位置以支座底面为准。(1)由于桥的振动特征随着桥墩、桥台的刚度、高度、基础地基的特性以 及上部构造特性等而变化，可以把桥按能视为同一振动的设计振动单位 进行分解，分别计算出每个设计振动单位的惯性力。这里所说的设计振动单位是指地震时可以视为同一振动的构造系，对于惯性力的作用方 向，如果上部构造和下部构造的连接

39、部分为固定，则其为一体性构造。就象有可动支座的下部构造的桥轴方向一样，对于上部构造和下部构造的连接部分不是固定形式的情况， 就认为是只由其下部构造构成的构造 系的设计振动单位。另外，在使用了地震时水平力分散构造及免震设计 时，抗震设计时，原则上必须视为是由多个下部构造和其支持的上部构 造构成的设计振动单位。在原来的抗震设计篇(1990年2月版)中，用地震时保有水平耐力 法进行验算时，把全桥按每个钢筋混凝土桥墩和其上支持的上部构造 部分为单位进行划分，然后对每个桥墩进行安全性验算。但是，即使 是受到地震时保有水平耐力法假定的大地震的作用，由于桥的振动特 性也随桥墩、桥台的刚度、地基条件、上部构造

40、特性的变化而变化，这里对于即使是按地震时保有水平耐力法进行的抗震设计，表3.3.1所示的设计振动单位也同样适用。设计振动单位根据惯性力的作用方向、桥梁的形式、支座的固定条件、 桥墩间的固有周期特性，作为原则在表3.3.1中进行了规定。在这里， 对于连续梁桥的桥轴直角方向，由于桥墩间的固有周期特性的不同设 计振动单位的取法也不同。在表3.3.1中所说的对于每个桥墩的桥墩间的固有周期特性差异不大，是指假设把桥梁划分成每个桥墩和其上 支持的上部构造部分，分别看成一个个设计振动单位，计算出的固有 周期的最大值与最小值的比不超过1.5 o(2)地震时，在地震动的振动方向作用惯性力，任意方向的惯性力可以表

41、示成水平2方向的惯性力。由于此2方向的惯性力同时为最大值的可 能性较低，根据惯例，将水平 2方向的惯性力独立作用于桥梁上。另 外，上下方向的惯性力只在设计受其影响较大的支座部时考虑。上下 方向的地震动对于上下部构造的抗震性的影响一般较小，不予考虑。对于由常时死荷载引起的大偏心弯矩的部件，如果希望验算上下方向 的地震动的影响，可以按照第 6章规定的动态解析法进行验算。惯性力的作用方向，如图 3.3.1所示直桥的情况下，取桥轴方向和 桥轴直角方向。另外，对于斜桥等，其土压的水平部分的作用方向和 桥轴方向不同时，以土压的水平部分的作用方向及其直角方向为准。还有斜角较大的余桥(一般在60 °

42、以上)时，考虑方便计算，当作直桥求出其桥轴方向及桥轴直角方向的惯性力，可以将此作为土压的水 平部分的作用方向上及直角方向上的惯性力。一般来说，上部构造很 少由抗震设计决定断面。但由于构造系的不同，也有由地震影响占支 配地位的情况发生。其中，跨径较长、桥梁的宽度比较窄、上部构造 的桥轴直角方向的刚度较小的斜桥，在土压的水平部分的作用方向和 其直角方向作用的惯性力相比较，桥轴直角方向作用的惯性力对上部 构造更为不利。因此，对于这样的桥的上部构造的抗震设计，把惯性 力作用于桥轴直角方向为好。由于每个设计振动单位的惯性力都要求出，有时会出现桥轴方向和 桥轴直角方向的设计水平震度不同的情况。(3)震度法

43、和地震时保有水平耐力法是在由静止的地基支持的桥梁上作用 静止的作为地震力的惯性力。实际上，地震的时候地基也在振动，地 基和构造物相互动态作用的结果是基础上也作用有惯性力。由于这样 的动态相互作用的效果要在抗震设计中以静态的方法考虑，于是就形 成了抗震设计上的地面的想法。在此上方的构造部分作用惯性力、地 震时土压力以及地震时动水压力。另外，忽略地中部分的惯性力时，由于其前提是基础构造部与抗震 设计地面下面的地层充分接触，软土回填等施工方法不能满足条件。 因此，遇此情况，不适用于本规定。(4)上部构造惯性力的作用位置，如图 3.3.2所示。设计下部构造时的上 部构造的惯性力作用位置，要考虑惯性力的

44、传递部件，同时考虑设计 方便，如图3.3.3所示。1)桥轴方向一般情况下，由于支座允许梁的转动，如图3.3.3(a)所示可以取支座的重心位置；由于一般桥梁的下部构造的抗震设计受支座高度的影响 较小，设计上为方便起见取支座的底面为重心位置。2)桥轴直角方向上部构造作用力的位置，如图 3.3.3(b)所示在上部构造的重心位置G点，因此，下部构造设计如图3.3.4所示，在下部构造的顶端作用有水平力H、铅直力W以及弯矩M。另外，一般的桥梁由于上部构造的重心位置在桥面板底面之下，设 计时取重心位置在桥面板的底面是比较安全的取法。因此，上部构造 的惯性力的作用位置一般可以取在桥面板的底面。但是下承式桥梁的

45、 上部构造的重心位置却是在桥面板的上方，这种情况下上部构造惯性 力作用位置要取其重心位置，不能取其桥面板底面。另外，如果是斜 桥，上部构造惯性力的作用位置，无论哪个方向都要取在上部构造的 重心位置上。3.3.2固有周期的计算方法(1)设计振动单位是由一个下部构造和其上支持的上部构造组 成时，固有周期原则上按式(3.3.1 )计算.T =2.01 8 1/2 (3.3.1 )这里T :设计振动单位的固有周期(s)8 :相当于抗震设计地面以上的下部构造的80% 口其所支持的上部构造部分的全部重量的力作用在惯性力的作用方向上时，上部构造的惯性力作用位置的变位( m(2)设计振动单位是由多个下部构造和

46、其所支持的上部构造部 分组成时，原则上固有周期由式(3.3.2)算出：T =2.01 8 1/2 (3.3.2 )6 = f w(s)u(s) 2ds/ W w(s)u(s)ds ( 3.3.3 )这里T :设计振动单位的固有周期(s)W（s）:上部构造以及下部构造的位置s处的重量（tf/m）U（s）:相当于上部构造和抗震设计地面以上的下部构造的力 作用在惯性力的作用方向上时，位置s处在其方向的变位（m） 其中，/表示设计振动单位全体的积分。（3）在计算固有周期时，使用与构造部件产生的变形大小相称 的刚度的同时，原则上考虑基础地层变形的影响。（1）设计振动单位是一个下部构造和其上支持的上部构造

47、部分时，根据单自由度体系振动理论按式（3.3.1 ）求出固有周期（参照图 3.3.5 ）o这里所说的该下部构造支持的上部构造部分是如表3.3.1所示用虚线围成一体的构造系中的上部构造部分。式（3.3.1 ）中的S可以按式（解 3.3.1 ）计算5 = 5P + 5 o + 9 oho 33.1（解这里，Sp :下部构造墩身的弯曲变形（m）So :基础的水平变位（m）0o :基础转角（rad ）ho :从抗震设计的地面到上部构造惯性力作用位置的高度（m）下部构造墩身是等截面时，弯曲变形Sp可以按式（解3.3.2）计算Sp = Wu h3/（3EI）+ 0.8W php3/（8EI） 3解2 ）这

48、里Wu:作为计算对象的下部构造所支持的上部构造的重量（ tf）Wp :下部构造墩身的重量（tf）EI :下部构造墩身的抗弯刚度（tf m2）,以（3）规定为准。h :从下部构造墩身的下端到上部构造惯性力作用位置的高度（m）h P :下部构造墩身的高度（m）另外，如果下部构造是变截面或是刚构形式时，要与其构造形式相对应求出它的变位。但是此时的下部构造墩身的弯曲变形Sp可以用上部构造部分的重量和下部构造墩身的重量按式（解3.3.3）算出。Sp = W h 3/（3EI）3.3.3 x解这里W :为计算下部构造墩身的弯曲变形S P的等价重量（tf）,按式（解 3.3.4）计算。W = Wu+ 0.3

49、W p 3.3.4 I 解基础的水平变位S。和转角9 o按式（解3.3.5）计算（参照图3.3.6）。5o =（H0Arr-M 0A sr）/（A ssArr - A srA rs） （解 3.3.5）00 = （一 H 0Ars + M 0Ass）/（A ssArr 一 A srA rs） 这里Ho :关于抗震设计地面的水平荷载（tf）M 0 :关于抗震设计地面的外力弯矩（tf m）下部构造为等截面时，H0、M0用式（解3.3.6）计算。Ho = WU+0.8（W p +Wf）（解 3.3.6）Mo = Wuho+0.8W p（h p/2+ hF） 这里Wf :抗震设计地面以上的承台或沉箱基

50、础的重量（tf）hF :抗震设计地面以上的承台或沉箱基础的高度（m）Ass、Asr、Ars、Arr ：关于抗震设计地面的平衡方程式（解3.3.7）的系Ass So + Asr 0o = Ho（解 33.7）Ars go + Arr 9 0 = M 0这里的Ass、Asr、Ars、Arr是地基的弹性系数，它们的计算公式按直接基础、沉井基础、桩基础等基础形式的不同而不同。请参照下部构造篇的内容求解。这里使用的地基反力系数按（3）项的规定执行。用地震时保有水平耐力法计算固有周期时，需要利用以桥墩的屈服刚度按公式（解3.3.2）求出的S P ,不能把桥墩的屈服变位S y当作S P。这是 因为，式（3.

51、3.1）是按以相当于抗震设计地面以上的下部构造重量的80%和它所支持的上部构造部分的所有重量的力作用在上部构造惯性力作用位置的变位S为基础，计算出了固有周期。同样当用式（解3.3.5）求So、。时，必须使用作用上面所说的惯性力时产生的H0和M0。（2）设计振动单位是由多个下部构造和其上支持的上部构造部分组成时，根据图3.3.7按式（3.3.2）算出固有周期。按式（3.3.3）求S时，具体按以 下步骤算出：1）算出上部构造及下部构造的刚度和重量分布，将桥模型化。由于目标 是要计算出固有周期，在计算刚度和重量时，可以只考虑主要部件而不 必考虑次要部件。模型化过程如下：算出部件的刚度。和构造部件产生

52、变形的大小相称的刚度，按第 （3） 项的说明执行。将桥台进行模型化时，可以忽略桥台背面的土的质量、变形的影响。基础地基变形的影响，按基础的地基弹性系数考虑。表示上部构造的横梁的位置，取3.3.1（4）项规定的上部构造的重心位置。关于固有周期的计算，可以忽略可动支座的摩擦影响。但是，对于 如斜桥、曲线桥等惯性力的作用方向与可动支座的滑动方向不一致 的情况，由于在可动方向的直角方向产生分力，所以必须把支座的 滑动方向正确地模型化。关于上下部构造间相对变位的约束条件，一般与支座形式相对应如 表3.3.2所示。这里关于固定支座铅直轴转动的约束条件可以从支座 的构造考虑为固定，但是一般从简化计算考虑，取

53、为自由。利用橡胶支座的刚度分散惯性力的情况下，可以把这种刚度考虑为 弹性系数来模型化。但是作为一般的固定支座、可动支座使用的橡 胶支座，在计算其固有周期及惯性力时不考虑橡胶支座的刚度，按 一般支座处理。表3.3.2支座部模型化的举例（上下部构造间相对变位的约束）支座类 型桥轴方向桥轴直 角方向铅直 方向绕桥轴 转动绕桥轴直 角转动绕铅直 轴转动固定支约束约束约束约束自由自由座可动支 座自由约束约束约束自由自由弹性支 座弹性弹性约束*约束*自由*自由*注）*的条件是，严格来说是弹性支持，但由于一般对解析结果的影响较小,可以视为上表中的约束。另外，对于由变位限制构造约束移动的情况，其条 件要在模型

54、化时考虑。2）在上面1）中规定的模型上，静态地把相当于上部构造以及抗震设计地 面以上的下部构造的重量作用于惯性力的作用方向，其方向上产生的变 位以m表示求出。另外，如图3.3.8所示的把离散型框架构造模型化的情况，式 （3.3.3） 的S可以按式（解3.3.8）求出。6=汇（WiUi2） / 汇（WiUi）（解3.3.8）这里Wi :上部构造以及下部构造节点i的重量（tf）Ui :相当于上部构造以及抗震设计地面以上的下部构造的重量，作用 于惯性力的作用方向时，其方向上产生的节点i的变位（m）另外，汇表示设计振动单位全体的和。用其他方法计算固有周期时，可以将其作为式（3.3.1）或式（3.3.2

55、）的T值。（3）计算固有周期时，使用与构造部件产生变形的大小相称的刚度的同时， 原则上必须把基础地基变形的影响以作用于基础的地基弹性系数来考 虑。这里只所以使用与构造部件产生变形的大小相称的刚度，是因为构造部件不同，刚度根据变形会有很大的变化。一般可按下述办法处理：1）桥墩的刚度，震度法的抗震设计中采用把全截面作为有效截面计算出 的刚度，地震时保有水平耐力法的抗震设计采用屈服刚度。这里的屈服刚度采用桥墩变形屈服时的割线刚度Ky：即用桥墩屈服时的耐力Py与屈服变位S y的比值求出。由于在一般桥梁的振动响应中这是桥墩产 生塑性较的主要非线性原因，所以这种影响以屈服刚度来考虑。关于 地震时保有水平耐

56、力法的抗震设计中以屈服刚度为基础计算固有周期 的理由是：由于桥墩达到塑性区域后的固有周期随着塑性率值的不同 发生变化，为了严密计算出其值，以及为了整合假定的塑性率、基于此的固有周期和 5.3.1规定的等价水平震度的关系，必须进行反复的 计算。但是由于反复计算会带来巨大的计算量，因此这里让基于屈服 刚度的固有周期代表。与桥墩的屈服刚度对应的固有周期是表示桥墩 塑性区域震动特性的基本要素的同时，由于象这样确定固有周期时用 一定的精度采用 5.3.1说明中的能量守则可以计算出等价水平震度， 所以在这里规定用屈服刚度计算固有周期To2）上部构造以及基础的刚度，在震度法的抗震设计中以及地震时保有水 平耐力法的抗震设计中，都可以把全断面视为有效进