[发明专利]高架桥下部构造及其设计方法

说明书

本发明涉及一种高架桥，特别是涉及一种铁路高架桥下部构造及其设计方法。

而且，本发明涉及用于加强其剪切破坏优先于弯曲破坏的RC构件的抗震加强法，以抵抗地震。

而且，本发明涉及一种具有抗震性能的抗震框架结构及其设计方法，特别是适用于在道路、铁路等领域使用的高架桥的下部构造的抗震框架结构和设计方法。

铁路和运输工具例如汽车行驶的桥梁从狭义上讲包括跨过河流、海峡等的桥梁，还包括在街道连续架设的所谓高架桥。从有效利用土地的观点上讲，这种高架桥在道路、铁路或河流上空连续架设，而在立体交叉的高架桥下的道路或铁路也有助于减缓交通堵塞。

另外，在许多情况下，这种高架桥下部构造通常构造成钢筋混凝土(RC)的刚性框架结构，但在设计/施工期间，地震时高架桥本身的稳固性，以及运输车辆行驶的安全性必须充分的加以研究。

在这种情况下，本申请人等提出了这种高架桥下部构造，减震器-支柱布置在钢筋混凝土刚性框架内，已经发现这种构造提高了抗震性能和行驶安全性。

然而，还没有制定任何抗震设计方法，可有效和经济的确保抗震性能和行驶安全性的设计技术等待发展。

而且，与弯曲破坏不同，RC构件的剪切破坏发展迅速，而且缺乏延展性，在许多情况下，对结构产生致命的危害。特别是，由地震荷载的作用引起的柱材料的剪切破坏在许多情况下对结构产生极大破坏，而且，对于具有小的剪跨比和其上作用有大的轴向力的短柱等来说，在大的轴向应力和剪切应力的合成作用下，柱芯部的混凝土突然破坏，并且，柱快速的损失其荷载支承能力。

因此，在结构设计中，必须防止最大程度的剪切破坏，而且，对于剪切破坏很可能先发生的当前RC构件来说，抗震加强是必须的，例如围绕其周边卷绕碳纤维和卷绕钢板。

在该方法中，有可能增强RC构件的剪切荷载支承能力，并防止以后发生的剪切破坏，但另一方面，由于碳纤维必须绕整个构件长度围绕，因此，施工时间太长，从经济的观点来看，这种抗震加强法不一定是最优的。

而且，在RC刚性框架内布置有减震器-支柱的高架桥的下部构造大有前途，因为如上所述其抗震性能大大加强。但是，当钢框架偏心支撑布置在RC刚性框架内，且减震器夹在钢框架偏心支撑和RC刚性框架之间时，而且，当减震器具有小的允许变形量，例如滞后的剪切破坏，在大地震中，减震器首先断裂，但仍存在一个问题，即RC刚性框架的展延性不能有效利用。

而且，当减震器以较小的变形断裂时，减震器或RC刚性框架的荷载支承能力必须增加，但在这种情况下，实际上需要地基和桩以增加荷载支承能力，结果，整个结构具有大的截面，导致成本问题。

因此，本发明的一个目的是提供一种高架桥下部构造，及其设计方法，其中抗震性能和行驶安全性可有效和经济的得到保证。

本发明的另一个目的是提供一种RC框架的抗震加强法，该框架中不需要更多的施工时间即可预先防止剪切破坏。

本发明的另一个目的是提供一种抗震框架结构及其设计方法，不需要提供具有大截面的减震器或RC刚性框架即可增强抗震性能。

对于前述目的，本发明提供了一种高架桥下部构造的设计方法，以设计出一种高架桥下部构造，该高架桥下部构造包括RC刚性框架和布置在一个结构平面内的减震器-支柱。该方法的步骤包括：在假定的地震运动中，设定下部构造的目标延度系数μ_d和目标固有周期T_d；从对应于假定的地震运动的屈服地震系数谱中获得对应于目标延度系数μ_d和目标固有周期T_d的屈服地震系数，以提供设计地震系数K_b，并获得对应于目标固有周期T_d的目标屈服刚度K_d；利用设计地震系数K_b获得设计水平荷载支承能力H_d，并从目标屈服刚度K_d获得对应于设计水平荷载支承能力H_d的位移作为设计屈服位移δ_d；将设计水平荷载支承能力H_d分解成由RC刚性框架承受的水平力H_f和由减震器-支柱承受的水平力H_b；设定RC刚性框架和减震器-支柱的构件截面，因此，RC刚性框架和减震器-支柱承受水平力H_f，H_b，最终的荷载支承能力和对应于水平力H_f，H_b的位移等于设计屈服位移δ_d与目标延度系数μ_d的乘积。