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1、第3章 抗震设计上应考虑的荷载及设计条件3.1 抗震设计上应考虑的荷载及其组合 (1) 抗震设计时要考虑如下的组合 1) 主荷载 通论篇2.1.1节中所示主荷载中的活载及去掉冲击的荷载 a 静载(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 土压力(E) f 水压力(HP) g 浮力及向上水压力(U) 2) 附加荷载 地震的影响(EQ) (2) 荷载的组合如下： 1) 上部结构 (1) 项中所示的主荷载+地震的影响(EQ) 2) 下部结构 (1) 项中所示的主荷载+地震的影响(EQ) (3) 荷载作用以产生最不利的应力、位移，及其它影响时的情
2、况进行布置。解说： (1) 这里例举了抗震设计中应考虑的荷载，要根据架桥地点的条件和桥的结构形式作适当的选择，不必全部采用。 而且，抗震设计中没有必要考虑活荷载。这是因为，活荷载是时间性、空间性变动的，活荷载的满载和地震同时发生的概率一般较小。对此，还有一种见解是，交通车辆较长时间滞留的桥梁应同时考虑活荷载与地震的影响，但是，应考虑的活荷载大小、安全率等有待今后调查研究之处还不少，抗震设计中不考虑活荷载。3.2 地震的影响 作为地震的影响要考虑如下几个方面。但是，根据第5章规定的地震时保有水平抗力法进行设计时，一般可不考虑(2)及(3)。 (1) 起因于结构物重量的惯性力 由结构物的重量乘以设
3、计地震系数后得出。 (2) 地震时土压力 (3) 地震时动水压力 (4) 地基的液化和流动化的影响解说： 规定结构物的重量中要考虑附加物的影响。如：与结构物一起振动、对结构物有较大影响的土块部分，其惯性力为土块重量乘以设计地震系数。在近年的地震中，可见到随着地基液化而流动化而使桥梁基础受影响的事例。因此，重新规定在桥的设计中要估算进流动化的影响。 在根据地震时保有水平抗力法进行抗震设计时，一般可不考虑地震时土压力及地震时动水压力。这是因为，在受到以地震时保有水平抗力法设定的大地震力情况下的土压力和动水压力评价方法上，存在许多有待今后调查研究之处，一般来说如果结构物呈正负交替的非线性振动，则结构
4、物不易与其周围的土块及水为一体振动，可以认为它们的作用对结构物来说常常不是以荷载而是以阻力起作用。3.3 惯性力3.3.1 一般要求 (1) 惯性力以每一设计振动单位按照3.3.2节中规定的固有周期计算得出。 (2) 在根据地震系数法及地震时保有水平抗力法的抗震设计中，原则上考虑正交的水平2个方向的惯性力。在支座部的设计中，原则上考虑上下方向的惯性力。水平2个方向的惯性力是分别起作用的，一般作用于顺桥向和横桥向。但是，下部结构的设计中土压力的水平分力的作用方向与顺桥向不同时，惯性力的作用方向规定为土压力的水平分力的作用方向及与此成直角的方向。 (3) 抗震设计中基岩面之下的结构部位可以不计惯性
5、力、地震时土压力和地震时动水压力的作用。在此，抗震设计上的地基面按照3.7节的规定。 (4) 上部结构的惯性力的作用位置位于它的重心位置。但是对作用于顺桥向的惯性力来说，上部结构的惯性力的作用位置位于支座的底面。解说： (1) 桥的振动特性根据桥墩、桥台的刚性和高度、基础地基的特性、上部结构的特性而变化，所以把桥分割成地震时可看作同样振动的设计振动单位，计算各设计振动单位的惯性力。这里所谓的设计振动单位即地震时可看作同步振动的结构体系，对于惯性力的作用方向，当上部结构与下部结构的连接部分固定的情况下，它们就是成为一体后的结构体系。有可动支座的下部结构的顺桥向，上部结构与下部结构的连接部分未固定
6、的情况下，仅其下部结构形成的结构体系为设计振动单位。此外，在采用地震时水平力分散结构或减震设计的场合，原则上必须看作由抗震设计上复数的下部结构及其支撑的上部结构部分组成。 在以前的抗震设计篇(90年2月)中，进行地震时保有水平抗力的校核时，把桥整体分割成每个钢筋混凝土桥墩及其支撑的上部结构部分为单位的结构体系，分别对每个桥墩做安全性校核。然而，在受到地震时保有水平抗力法所假设的强大地震力的冲击时，桥的振动特性因桥墩、桥台的刚性，地基条件，上部结构的特性而发生变化，所以在这里，由地震时保有水平抗力法进行抗震设计中也要应用表-解3.3.1中所示设计振动单位。 设计振动单位要按照惯性力的作用方向，桥
7、的形式，支座的固定条件，桥墩间的不同的固有周期特性，原则上按表-解3.3.1所示来决定。这里在连续梁桥的横桥向，根据桥墩间的不同的固有周期特性来改变设计振动单位的取法。表-解3.3.1中所谓桥墩间的固有周期特性对每个桥墩没有较大的差别，是指假设把桥分割成单个桥墩和它支撑的上部结构部分，把它们分别看作一个设计振动单位而求出的固有周期的最大值与最小值之比不到1.5。 (2) 地震时惯性力作用于地震动的振动方向，任意方向的惯性力可作分解为水平2个方向的惯性力的作用来表示。它们的2个方向的惯性力同时取最大值的可能性小，所以按照惯例，规定为水平2个方向的惯性力独立作用于桥梁。而且，上下方向的惯性力仅在其
8、产生很大影响的支座部位的设计中考虑。上下方向的地震动对上下部结构的抗震性的影响一般较小，可不考虑。但在因正常静载而受到较大偏心力矩的构件上想研究上下方向的地震动影响时，宜根据第6章中规定的动态解析进行校核。 惯性力的作用方向如图-解3.3.1所示为直桥的情况下，规定为顺桥向及横桥向。同时，斜桥等土压力的水平分力的作用方向与顺桥向不同的情况下，按惯性力作用于土压力的水平分力的作用方向及与其成直角的方向来考虑。此外，在斜角大(一般60度以上) 的斜桥的场合，考虑到计算方便可把它看作直桥，求顺桥向及横桥向的惯性力，并把这种惯性力看作各自土压力的水平分力的作用方向和与此成直角方向的惯性力。 一般来说在
9、上部结构根据抗震设计决定断面数据的情况很少，但因结构体系不同，有时地震的影响也起支配作用。其中，在计算跨径长度长，且宽度窄，上部结构的横桥向的刚性小的斜桥，较之与惯性力作用于土压力的水平分力的作用方向成直角的方向，惯性力作用于横桥向时对上部结构不利。因此，对于这种桥的上部结构的抗震设计，可使惯性力作用于横桥向。 为了求每个设计振动单位的惯性力，有时取顺桥向与横桥向不同的设计水平地震力系数。 (3) 在地震系数法和地震时保有水平抗力法中，是将静态地震力作为惯性力作用于静止地基支撑的桥梁上。实际上，地震时地基也振动，地基与结构物的动态相互作用效应的结果，惯性力也作用于基础。为把这种动态相互作用效应
10、纳入静态抗震计算而考虑出的思路就是抗震设计上的地基面，惯性力、地震时土压力及地震时动水压力作用于它上方的结构部分。 此外，忽视地中部分的惯性力的情况，由于是基础结构部分的周围与抗震设计上的地基面之下的地基充分连接为前提的，而用软土回填等施工法不能满足其条件。因而，这种场合不适用这种规定。 (4) 上部结构中的惯性力作用位置，取图-解3.3.2中所示的重心位置，而下部结构设计中的上部结构的惯性力的作用位置，则考虑惯性力的传递结构，再考虑设计的方便按图-解3.3.3所示取之。 1) 顺桥向 一般来说由于支座允许梁的转动，上部结构的惯性力的作用位置可取图-解3.3.3(a)中的支座的重心位置，但在一
11、般桥的下部结构的抗震设计中，支座高度的影响比较小，所以为设计方便取支座的底面。 2) 横桥向 上部结构的惯性力作用位置如图-解3.3.6(b)所示为上部结构的重心位置G，所以在下部结构的设计中如图-解3.3.4所示，形成水平力H，垂直力W和弯矩M作用于下部结构顶端这种情况。 一般的桥，上部结构的重心位置在桥面板底面之下，将桥面板底面取为上部结构的惯性力作用位置是安全的假设。因此，一般来说将上部结构的惯性力作用位置取桥面板底面为宜。然而，对下承式桥则相反，上部结构的重心位置在桥面板之上，所以这种场合上部结构的惯性力的作用位置取上部结构的重心位置，不能取桥面板底面。另外，对于斜桥，上部结构的惯性力的作用位置不论对哪个方向必须取上部结构的重心位置。3-2
