橋梁工程相關的計算書日本抗震中文版抗

1、9.4 混凝土的應力強度應變曲線9-12混凝土的應力強度 應變曲線可按照圖-9.4.1 由式（9.4.1）計算得出。ì1 e c n-1s = ïEce c1 -( e)(0 £ e c £ e cc )(9.4.1)cínccïs- E(e - e )(e< e £ e )î ccdescccccccun =Ece cc(9.4.2)Ece cc - s ccs cc = s ck + 3.8ar ss sy(9.4.3)e= 0.002 + 0.033b r ss sy(9.4.4)ccs cks 2Ed

2、es = 11.2ck(9.4.5)r ss syìe cc(類型 I 的動)e cu = ï0.2s cc(9.4.6)íe cc +(類型 II 的動)ïîEdesr = 4 Ah £ 0.018(9.4.7)ssd其中:2sc： 混凝土應力強度(kgf/cm )2scc： 用橫約束鋼筋約束的混凝土強度(kgf/cm )2sck： 混凝土的設計標準強調(diào)(kgf/cm )ec： 混凝土的應變ecc： 最大壓應力時應變ecu： 用橫向束筋約束的混凝土的極限變形2Ec： 混凝土的摸量(kgf/cm )，根據(jù)I通論篇表-3.3.3。2Ed

3、es： 下降坡度(khf/cm )rs： 橫向束筋的體積比2Ah： 橫向束筋的斷面面積(cm )s： 橫向束筋的間隔(cm)d： 橫向束筋的有效長度(cm)，取由箍筋、中間箍筋分別束縛的混凝土芯的邊長中最長的值。2ssy： 橫向束筋的屈服點(kgf/cm )解說：為了提高鋼筋混凝土橋墩的變形性能，用箍筋來約束混凝土是重要的 ，這點通過近年的研究成果已經(jīng)明確。在以前的抗震設計篇(平成2年2月即90年2月)中規(guī)定的混凝土應力強度-應變式中，未曾對箍筋的橫向束縛效果進行評價，在此如式(9.4.3)，式(9.4.4)采用估算進橫向約束效果的混凝土的應力強度-應變式。根據(jù)這個關系式，可以對增加橫向束筋比

4、rs則橫向束筋的混凝土強度比未束縛時的混凝土強度增大，而且，最大壓應力時的應變ecc, 極限變形ecu變大的情況進行評價。這里的橫向束筋由軸向鋼筋的箍筋和配筋于桿件斷面上的中間箍筋。這里從評價由箍筋、中間箍筋進行橫向束縛的混凝土的應力強度-應變出發(fā)而稱之為橫向束筋。此外，橫向束筋的截面面積就是每一根箍筋的截面面積。但是，軸向鋼筋為2段配筋，箍筋在整圈上也配置2圈時，作為橫向束筋的截面面積可考慮2根箍筋的截面 面積。橫向束筋的有效長。為了達到保護層混凝土剝離后也能確切地發(fā) 揮束縛效果，取配置了用箍筋、中間箍筋分別束縛的中心混凝土試件(core concrete)的邊長中最長者為有效長。即，如圖-

5、解9.4.1所示，9-13a,b： 斷面系數(shù)，圓形斷面的情況下取a=1.0，b=1.0， 矩形斷面及空心圓形斷面，空心矩形斷面取a=0.2，b=0.4。n： 式(9.4.2)定義的常數(shù)。在圓形斷面情況下，采用箍筋束縛的內(nèi)部混凝土的直徑。同時，在矩形斷面、中空斷面、圓端型斷面的情況下，取與設計方向平行的方向 上配置的箍筋、中間箍筋的斷面內(nèi)間隔最大值。橫向束筋的體積比取1.8%為上限。因為反復受到塑性變形的鋼筋混凝土橋墩，如果過度提高混凝土的束縛力，來說塑性鉸范圍變小，軸向鋼筋斷裂而導致極限狀態(tài)。考慮到變形性能并不是各處都與橫向束筋體積成比例增大這點，在計算容許塑性率中，以實驗結(jié)果等9-14為基礎

6、將橫向束筋的上限值取為1.8% 。原來，對橫向束筋的體積比過高情況下的考慮，并不是對混凝土極限應變進行，合理的是對軸向鋼筋設定極限應變，在這里為了設計方便，考慮對橫向束筋的體積比設置了上限值?；炷恋臉O限應變對類型I的地振動和類型II的地振動在設計上 取不同的值。這是此處規(guī)定的混凝土的應力強度-應變曲線以單一方 向荷載的實驗結(jié)果為基礎制作的模型，在重復多次的類型I的地振動的 設計中，考慮此影響，將極限應變設定為小于類型II地振動的極限應 變?；炷恋脑O計標準強度超過400kgf/cm2的情況下，對于采用了與一般箍筋不同材料或配筋的鋼筋混凝土橋墩中箍筋的束縛效果，不適用于這里規(guī)定的評價公式，可通

7、過實驗和分析另做研究。9.5剪切抗力9-15剪切抗力根據(jù)式(9.5.1)求出。Ps = Sc + Ss(9.5.1)Sc = 10cc cec ptt cbd(9.5.2)S = Aws sy d(sinq + cosq )(9.5.3)s10 ´1.15a其中，Ps： 剪切抗力(tf)；Sc： 混凝土負擔的剪切抗力(tf)；c： 混凝土能夠負擔的平均剪應力(kgf/cm2)，取表-9.5.1 的值；cc： 關于荷載的正負交替作用影響的系數(shù)，對類型 I 的動為 0.6，對類型 II 的動為 0.8；ce： 關于橋墩斷面有效高 d 的系數(shù)，取表-9.5.2 的值； cpt： 關于抗拉主

8、鋼筋比 pt 的系數(shù)，取表-9.5.3 的值； b： 與計算剪切抗力方向成直角方向的橋墩斷面寬度(m)； d： 與計算剪切抗力方向成平行方向的橋墩斷面的有效高度(m)；式(9.5.1)是把混凝土承受的部分與箍筋承受的部分來計算剪切抗力的，混凝土承受的剪切抗力從混凝土能夠承受的平均剪應力求解，箍筋承受的剪切抗力從箍筋的屈服點求解。箍筋承受的剪切抗力按照桁架理論根據(jù)式(9.5.3)算出。同時，在式(9.5.3)中采用了橋墩斷面的有效高 d，當橋墩的高 hp 低于 d/1.15 的情況下，必須采用橋墩的高hp 來取代 d/1.15。表-9.5.1 所示的混凝土能夠承受的平均剪應力的值，較之以前的抗震

9、設計篇（90 年 2 月）中設定的值要小，這是考慮到鋼筋混凝土橋墩中與梁等上部結(jié)構比較，抗拉主鋼筋比小。具體地說，設想抗拉鋼筋 比 0.3%的程度，構件的斷面有效高度為 1m 的程度，設定混凝土能夠承受的平均剪應力?；炷聊軌虺惺艿钠骄魬?，在抗震設計篇（90 年 2 月）中按9-16pt： 抗拉主鋼筋比，用從中性軸開始、位于受拉側(cè)主鋼筋的斷面面積總和除以 bd 后的值（%）；Ss： 箍筋擔負的剪切抗力(tf)；Aw： 用間隔及角度配筋的箍筋的斷面面積(cm2)； sy： 箍筋的屈服點(kgf/cm2)；： 箍筋與豎軸的角度（度）； ： 箍筋的間隔(cm)。表-9.5.1混凝土能夠負擔的平均

10、剪應力c (kgf/cm2)表-9.5.2橋墩斷面的有效高 d 的系數(shù) ce表-9.5.3受拉主鋼筋比 pt 的系數(shù) cpt受拉主鋼筋比(%)0.20.30.51.0 以上cpt0.91.01.21.5有效高(m)1 以下3510 以上ce1.00.70.60.5混凝土的設計標準強度210240270300400混凝土能夠承受的平均剪應力3.33.53.63.74.1照混凝土設計基準強度已被規(guī)定，但除了混凝土的設計標準強度之外，顯然也根據(jù)鋼筋混凝土橋墩斷面的有效高度 d 和主筋比，荷載的正負交替作用的影響而變化，所以如式(9.5.2)所示考慮了它們的影響，采用系數(shù) cc、ce、cpt。系數(shù) c

11、e，是鋼筋混凝土橋墩斷面有效高 d 有關的系數(shù)，隨著斷面的有效高度 d 變大、混凝土承受的平均剪切力變小，是為了所謂評價效果而引入的。設定這種系數(shù)時，參考了土木研究所的大型鐵筋混凝土橫梁的剪切載重試驗結(jié)果和過去的實驗結(jié)果等，設想為沒有效果顯著的側(cè)向鋼筋這種橫梁構件而制定的。因此，象鋼筋混凝土橋墩這樣有側(cè)向鋼筋和箍筋的情況下，效果可能變的緩和，目前由于沒有充分的理論根據(jù)和實驗數(shù)據(jù)的積累，這里為安全起見，規(guī)定了表-9.5.2 的值。系數(shù) cpt 是關于抗拉主鋼筋比 pt 的系數(shù)。是考慮到隨著抗拉主鋼筋比變大，混凝土能夠承受的平均剪應力也隨之增大而導入的。但是，為了提高混凝土承受的剪切抗力而增加主鋼

12、筋比的做法未必理想，所以不計入在抗拉主鋼筋比為 1%以上時增加的混凝土承受平均剪應力。原則上抗拉主鋼筋比 pt 是從位于斷面的中性軸開始的受拉側(cè)鋼筋的斷面面積總和求解的，但為了計算簡略，可從位于斷面的圖心位置開始的受拉側(cè)的主鋼筋的斷面面積總和求出。圖-解 9.5.1圖-解 9.5.3 示出了表-9.5.1表-9.5.3 所示的c、ce、cpt的值。同時，圖-解 9.5.2 及圖-解 9.5.3 的橫軸為對數(shù)軸。9-17系數(shù) cc 是考慮到根據(jù)荷載的正負重復效果、混凝土承受的平均剪應力下降而導入的。若根據(jù)目前為止實施的鋼筋混凝土橋墩模型的正負重復交替載重試驗結(jié)果，這種混凝土的剪切抗力的降低，顯而

13、易見是在鋼筋混凝土橋墩的塑性變形增大、接近極限時荷載的重復次數(shù)增多的情況下開始發(fā)生于塑性鉸區(qū)間的。重復次數(shù)增多、混凝土承受的平均剪應力的降低程度也變大。此處，考慮到這點對重復次數(shù)多的I 類動的系數(shù) cc 取小于II 類動的系數(shù)。采用表-9.5.1表-9.5.3 時，當混凝土的設計標準強度、斷面有效高度、抗拉主鋼筋比處于表中所示值的中間時，可根據(jù)線性內(nèi)插求c、ce、cpt。構件斷面的有效高度 d 的取法，在矩形斷面，圓形斷面及空心矩形斷面的場合，見圖-解 9.5.4圖-解 9.5.6。矩形斷面有效高度取承壓緣至忽視側(cè)向鋼筋的抗拉鋼筋的重心位置為止的距離。對圓形斷面，先把圓形斷面置換成面積相等的正

14、方形斷面，取置換后的正方形斷面的承壓緣至抗拉鋼筋的重心位置的距離為有效高度。同時，圓形斷面的寬取面積相等的正方形斷面的寬。9-18這里斷面的有效高度和橋墩高度之比（剪跨比）約為 3 以下的場合，由于效應，隨剪跨比的減少、混凝土承受的剪力變大。但是，鋼筋混凝土橋墩在較力正負交替作用下，能不能期待這種的效應，現(xiàn)在還未搞清。因此，當前為了進行安全的，設計鋼筋混凝土橋墩時，忽視這種效應，不做剪跨比帶來的混凝土承受剪力的增額（加成）。9.6為提高鋼筋混凝土橋墩的韌性的結(jié)構細節(jié)9-19 鋼筋混凝土橋墩的抗震設計，為了確實保證變形性能， 必須按照有關鋼筋配筋的結(jié)構細節(jié)。 用式(9.3.2)算出的塑性鉸長度的

15、 4 倍的區(qū)間內(nèi)的斷面范圍，原則上不要設置軸向鋼筋的接頭。 箍筋用直徑 13mm 以上的異形圓鋼，其高度方向的間隔原則上取 15cm 以下。但是，不得已箍筋的間隔途中要大于 15cm的場合，其間隔要使其緩緩變化，不要急變。9-20 箍筋的錨固，原則上軸向鋼筋，端部帶有以下所示的彎鉤、錨固在橋墩內(nèi)部的混凝土上，原則上不要使用無彎鉤的搭接接頭。但是，使用直角彎鉤的場合，必須考慮到即便保護層混凝土剝離彎鉤也不脫落。同時，箍筋的接頭部位取交錯狀配置。彎鉤從彎曲部分的端部開始以不小于如下所示值的程度作筆直伸出。而且，彎鉤的彎曲半徑必須取箍筋的直徑的 2.5 倍以上。此處所謂彎曲半徑，指彎曲鋼筋的內(nèi)側(cè)半徑

16、。1) 半圓形彎鉤：箍筋直徑的 8 倍或 12cm 兩者中的大者。2) 銳角彎鉤：箍筋直徑的 10 倍。3) 直角彎鉤：箍筋直徑的 12 倍。 矩形斷面的角隅部分之外添加箍筋的場合，原則上迭加箍筋鋼筋直徑 40 倍（以上）的箍筋，并設置節(jié)中規(guī)定的彎鉤。 矩形斷面和壁式（橢圓形）斷面中，箍筋在 軸向鋼筋進行配筋的同時，在橋墩斷面內(nèi)部原則上要配置中間箍筋。關 于中間箍筋，必須滿足以下條件。1) 中間箍筋，原則上使用與箍筋同材質(zhì)，同直徑的鋼筋。2) 中間箍筋，原則上按長邊方向及短邊方向配置。3) 中間箍筋的斷面內(nèi)配置間隔，原則上取 1m 以內(nèi)。4) 中間箍筋以箍筋配置的全斷面來配筋。5) 中間箍筋原

17、則上把彎鉤掛在斷面 向配置的箍筋上。同時，軸向鋼筋為 2 層配筋的場合，只要把彎鉤掛在配置在最外側(cè)的箍筋上就可以了。6) 圍著箍筋的中間箍筋的彎鉤，原則上使用中規(guī)定的半圓彎鉤或銳角彎鉤。7) 中間箍筋由 1 根連續(xù)的鋼筋貫通橋墩墩身，以其兩端用彎鉤錨固在箍筋上為標準。但是，不得已在橋墩墩身內(nèi)部設置中間箍筋的接頭的場合，為能夠確保與中間箍筋的強度相當?shù)慕宇^強度，須選定合適的接頭結(jié)構。 圓形斷面的場合，在 軸向鋼筋配置箍筋的同時，橋墩斷面內(nèi)部原則上配置中間箍筋。接頭結(jié)構取搭接接頭的場合，使其迭合為箍筋直徑 40 倍以上。而且，箍筋及中間箍筋要解說鋼筋混凝土橋墩中，在形成塑性鉸的斷面及其轉(zhuǎn)移區(qū)域，要

18、注意保護層混凝土剝落而露出的軸向鋼筋和箍筋，所以即使發(fā)生這種損傷為了充分發(fā)揮軸向鋼筋和箍筋、中間箍筋的功能，制定了關于這些配筋的結(jié)構細節(jié)。此處所謂箍筋指沿斷面向軸向鋼筋所配置的鋼筋，所謂中間箍筋，指貫通內(nèi)部混凝土斷面而配置的鋼筋。如圖-解 9.6.1 所示，以式(9.3.2)算出的塑性鉸長的 4 倍的區(qū)段內(nèi)的斷面范圍中，即便保護層混凝土剝落、軸向鋼筋露出也能確實發(fā)揮功能那樣，在這種斷面領域內(nèi)原則上軸向鋼筋中不要設任何接頭結(jié)構。這里以塑性鉸長的 4 倍區(qū)段內(nèi)的斷面領域為對象，是因為實際上塑性鉸化的斷面領域中已加入了其轉(zhuǎn)遷的領域。順橋橫橋向的塑性鉸長度不同的場合，采用其長的一方的值。但是，由于施工

19、的，不得已在塑性鉸長 4 倍的區(qū)段設置軸向鋼筋的接頭的情況下，須選擇可靠的接頭結(jié)構。采用機械式接頭、套管接頭、焊接接頭等場合，考慮鋼筋的種類、直徑、應力狀態(tài)、接頭位置等，進行試驗，制定接頭部的強度。從防止鋼筋混凝土橋墩軸向鋼筋的壓曲觀點來看，箍筋的間隔原則上定為 15cm 以下。但是，高橋墩的場合，橋墩的整個高度上取9-21設節(jié)中規(guī)定的彎鉤。 空心斷面的場合，為了防止軸向鋼筋向斷面外側(cè)和空心部膨出，在配置箍筋的同時，也為了提高其箍筋的效果。要配置圍在配置于外側(cè)的箍筋和配置于內(nèi)側(cè)的箍筋上的中間箍筋。有關中間箍筋的結(jié)構細節(jié)適用節(jié)的矩形斷面的規(guī)定。相同的箍筋間隔有時不合理。這種情況下為了斷面的剪切抗

20、力不發(fā)生急變，需按階段使箍筋間隔緩變。但這時箍筋的間隔不要超過 30cm。同時，與項相同，在塑性鉸長 4 倍的區(qū)段內(nèi)的斷面領域中，箍筋間隔取 15cm 以下。另外，這里講的高橋墩，可認為是指大致高度超過30m 的橋墩。箍筋是從防止軸向鋼筋的壓曲、混凝土的橫向約束、剪切加固的目的出發(fā)而配置的。時鋼筋混凝土橋墩產(chǎn)生較大變形，形成塑性鉸的場合，如果箍筋的彎鉤和接頭不合適，9.3 節(jié)考慮的通過箍筋的約束效果則不能充分發(fā)揮。因此，箍筋要真正約束混凝土斷面，必帶彎鉤、固定在混凝土里。關于箍筋的彎鉤長，是以目前的公路橋規(guī)范（III 混凝土橋篇）4.4.3節(jié)為準則規(guī)定的，但要先考慮到鋼筋混凝土橋墩在時受到正負

21、交替的反復變形、保護層混凝土脫落、混凝土芯受損傷等問題，所以參考各國塑性鉸領域中彎鉤長度的規(guī)定，為了即使受到損傷也能可靠地束縛混凝土芯，決定彎鉤長度取大于以前的規(guī)定值。同時，直角彎鉤混凝土中拔出，希望在塑性鉸長的 4 倍的區(qū)段內(nèi)的斷面范圍中不采用，不得已采用直角彎鉤的場合，必須考慮到保護層混凝土即便剝離，彎鉤也不脫落。圖-解 9.6.2 示出了通過掛上中間箍筋的彎鉤防止直角彎鉤拔出的錨固例。另外，為了得到的束縛效果，規(guī)定了箍筋的接頭位置上與橋墩高度方向上鄰接的箍筋相互呈交錯配置。時保有水平抗力法的抗震設計中，為了考慮箍筋的束縛效果，在添接箍筋的場合須能夠可靠地傳達其強度。所以，以接頭端部帶彎鉤

22、錨固在混凝土芯為前提，其接頭長度取箍筋的直徑的 40 倍。9-22但是，在矩形斷面的隅角部添接箍筋的場合，如果用半圓形彎鉤或銳角彎鉤錨固到軸向鋼筋上，則可不設接頭長度。并且，為了可靠地傳達箍筋的強度，在實施充分的施工管理的基礎上，也可采用焊接接頭。規(guī)定了矩形斷面場合的箍筋配筋。內(nèi)部的中間箍筋除了作為剪切加固筋有效地發(fā)揮作用之外，也為了作為箍筋凸出的橫束筋來發(fā)揮有效的作用，不僅是作為輔助鋼筋還須作為重要鋼筋對斷面長邊方向及短邊方向做適合的配置。矩形斷面上的箍筋及中間箍筋-解 9.6.3。在這種配筋法中，中間箍筋能夠發(fā)的標準配筋的一例示束筋與剪切加固筋的兩者功能。但是，圖-解 9.6.3 所示的鋼

23、筋的配筋有時受施工方面的制約，所以在這樣的場合，如果滿足了有關本文所示的中間箍筋的結(jié)構細節(jié)，采用別的配筋也可以。1)對于通過中間箍筋分割成的混凝土斷面，為了取得均一的束縛效果，原則上中間箍筋必須使用與箍筋同材質(zhì)、同直徑的鋼筋。2)3)原則上，中間箍筋中間箍筋的構件斷面斷面的長短邊方向共同配筋。如果超過 1m，就不能得到充分的束縛效果，所以原則上中間箍筋的斷面內(nèi)間隔以 1m 以下。但是，如果中間箍筋的斷面內(nèi)間隔緊密，則混凝土投變小，振搗作業(yè)有時也，所以為不產(chǎn)生施工性問題，事先要考慮到中間箍筋的斷面內(nèi)間隔問題。9-234)為了提高混凝土的束縛效果，中間箍筋以配置箍筋的全斷面來配筋。5)為了有效地抑制軸向鋼筋的壓箍筋的膨出，中間箍筋應將彎鉤掛在沿向配置的箍筋上。中間箍筋的彎鉤，從防止軸向鋼筋壓曲的觀點，與箍筋一同掛在軸向鋼筋上更加有效。但是，如圖-解9.6.3 節(jié)所示，如果在軸向鋼筋的緊旁邊往箍筋上掛中間箍筋的彎鉤， 能夠防止軸向鋼筋的壓曲，所以也考慮到施工性質(zhì)，中間箍筋只要把彎鉤掛在箍筋上錨固就行。6)中間箍筋最好不使用直角彎鉤，原則上用半圓形彎鉤或銳角彎鉤。但是，因施工上的制約不得已時，約束箍筋的中間箍筋的一頭的彎鉤可用直角彎鉤錨固。這種情況下，直角彎鉤的位置以交錯狀配置 中間箍筋的同時，