AASHTO指导性规范隔震设计中文版.docx
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AASHTO指导性规范隔震设计中文版
致AASHTO隔震设计第二版指导性规范的读者
说明
AASHTO隔震设计指导性规范第二版已作了临时修订。
本期包含修订页。
本书已设计有可替换页面，并有相应的编号。
页边空白处的垂直线表明在2000年已经通过AASHTO桥梁和结构小组委员会批准。
为了保证您的规范是正确且实时更新的版本，请用本期的页面在书中做相应更换。
隔震设计
指导性规范
由美国州公路和运输协会出版
华盛顿套房249西北区国会大厦街444号，20001
电话（202）624-5800
隔震设计
指导性规范
由美国州公路和运输协会出版
华盛顿西北区国会大厦街444号，20001
电话（202）624-5800
版权，2000年和1999年，归美国州公路和运输协会所有
保留所有权。
在美国印刷。
本书或其中的部分内容未经出版方同意不得以任何形式复制。
美国州公路和运输协会
执行委员会
1997-1998
有投票权成员
官员：
会长：
DavidL.Winstead,马里兰州
副会长：
DanFlowers,阿肯萨斯州
秘书/财务部长：
ClydeE.Pyers,马里兰州
区域代表：
区域：
I．AnneCanby,特拉华州
GlennGershaneck,佛蒙特州
II．ElizabethMabry,南卡罗莱纳州
JamesC,Codell,III,肯塔基州
III．CharlesThompson,威斯康星州
JamesDenn,明尼苏达州
IV．DwightM.Bower,爱达荷州
ThomasR.Warne,犹他州
无投票权成员
前任主席：
DarrelRensink,爱荷华州
执行总监：
FrancisB.Francois,华盛顿
1998年AASHTO桥梁和结构小组委员会
主席：
DavidPope,怀俄明州
副主席：
JamesE.Roberts,加利福尼亚
秘书：
DavidH.Densmore,联邦公路局
阿拉巴马，WilliamF.Conway田纳西，EdWasserman
阿拉斯加，SteveBradford德克萨斯，RichardWilkison
亚利桑那，F.DanielDavis美国运输局，DavidDensmore（联邦公路局NickE.Mpras（美国海岸警卫队）
阿肯萨斯，DaleF.Loe
加利福尼亚，JamesE.Roberts犹他，P.K.Mohanty
科罗拉多，StephenW.Horton佛蒙特,WarrenB.Tripp
康涅狄格,GordonBarton弗吉尼亚，MalcolmT.Kerley
特拉华，ChaoH.Hu华盛顿，MyintLwin
华盛顿，DonaldCooney西弗吉尼亚，JamesSothen
佛罗里达，JerryPotter威斯康星，StanleyW.Woods
佐治亚，PaulLiles怀俄明，B.PatrickCollins
夏威夷，DonaldC.Ornellas
爱达荷，MatthewM.Farrar亚伯达，DilipK.Dasmohapatra
伊利诺，RalphE.Anderson英属哥伦比亚，PeterBrett
印第安纳，MaryJoHamman马尼托巴，WalterSaltzberg
爱荷华，WilliamA.Lundquist马里亚纳群岛,JohnC.Pangalinan
堪萨斯，KennethF.Hurst新不伦瑞克,GarthRushton
肯德基，StephenE.Goodpaster纽芬兰，PeterLester
路易斯安那，NorvalKnapp,WayneAymond西北领土，JivkoJivkov
缅因，JamesE.Tukey新斯科舍，StanNguan
马里兰，EarleS.Freedman安大略，RanjitS.Reel
萨斯喀彻温省,Herve,Bachelu
马萨诸塞，AlexanderK.Bardow马萨诸塞城市区委员会，DavidLenhardt
密歇根，SudhakarKulkami新泽西州高速公路管理局，ThomasE.Margro
明尼苏达，DonaldJ.Flemming纽约，新泽西港口管理局，JosephK.Kelly，JosephZitelli
密西西比，WilburF.Massey纽约州桥梁管理局，WilliamMoreau
密苏里，AllenF.Laffoon印第安纳事务管理局，WadeF.Casey
蒙大拿，WilliamS.Fullerton美国农业-森林服务部，NelsonHernandez
内布拉斯加，LymanD.Freemon军事交通管理局指挥，RobertD.Franz
内华达，WilliamC.Crawford,Jr.
新罕布什尔，JamesA.Moore
新泽西，HarryA.Capers,Jr.
新墨西哥，JimmyD.Camp
纽约，JamesM.O’Connell
北卡罗莱纳，WilliamJ,Rogers
北达科他，StevenJ.Miller
俄亥俄，BradW.Fagrell
俄克拉何马，RobertJ.Rusch美国陆军工程兵部队，PaulC.T.Tan
俄勒冈,TerryJ.Shike美国海岸警卫队总部，JacobPatnaik
宾夕法尼亚，R.ScottChristie北安普敦郡郡理事会，R.T.Hughes
波多黎各，HectorL.Camacho
罗得岛，KazemFarhoumand
南卡罗莱纳，RandyR.Cannon
南达科他，JohnC.Cole
AASHTOT-3工作组
JamesE.Roberts-主席，加利福尼亚运输部
RobertoLacalle/Li-HongSheng-工委主席/联合主席，加利福尼亚运输部
MyintM.Lwin-华盛顿运输部
RalphE.Anderson-伊利诺运输部
专家JohnF.Stanton-华盛顿大学
专家MichaelC.Constantinou-纽约州立大学，布法罗校区
专家JamesM.Kelly/IanAiken博士-加利福尼亚大学，伯克利
RonaldL.Mayes博士，会长-动态隔离系统
VictorA.Zayas博士，会长-抗震系统
PaulBradford-R.J.沃森有限公司
HamidGhasemi博士-联邦公路管理局
页码
前言…………………………………………………………………………………………………7
引言…………………………………………………………………………………………………9
1.适用范围………………………………………………………………………………………9
2.定义和符号…………………………………………………………………………………15
3.加速系数……………………………………………………………………………………20
4.抗震性能类别（SPCs）………………………………………………………………………22
5.场地影响和场地系数………………………………………………………………………23
6.响应修正系数（R）…………………………………………………………………………23
7.分析步骤……………………………………………………………………………………24
7.1均匀载荷法………………………………………………………………………………27
7.2单模谱法…………………………………………………………………………………31
7.3多模谱法…………………………………………………………………………………32
7.4时程分析法………………………………………………………………………………33
8.隔震系统设计特性…………………………………………………………………………35
8.1标准设计特性……………………………………………………………………………35
8.2（
）系统特性修正系数…………………………………………………………………36
9.间隙…………………………………………………………………………………………37
10.SPCA设计力………………………………………………………………………………38
11.SPCsB，C和D设计力……………………………………………………………………39
12.其他要求……………………………………………………………………………………40
12.1非地震横向力…………………………………………………………………………40
12.2横向恢复力……………………………………………………………………………41
12.3垂直载荷稳定性………………………………………………………………………43
12.4转动能力………………………………………………………………………………43
13.隔震系统所需试验…………………………………………………………………………44
13.1系统特性试验…………………………………………………………………………44
13.2样件试验………………………………………………………………………………46
13.3系统特征确定…………………………………………………………………………49
14.弹性橡胶支座………………………………………………………………………………53
14.1概述……………………………………………………………………………………53
14.2隔震设计剪切应力部件………………………………………………………………54
14.3载荷组合………………………………………………………………………………55
15.弹性橡胶支座-结构…………………………………………………………………………56
15.1总要求…………………………………………………………………………………56
15.2质量控制试验…………………………………………………………………………56
16.滑动支座-设计……………………………………………………………………………58
16.1概述……………………………………………………………………………………58
16.2材料…………………………………………………………………………………58
16.3几何结构………………………………………………………………………………59
16.4载荷及压力……………………………………………………………………………60
16.5其他细节………………………………………………………………………………62
16.7材料指南………………………………………………………………………………62
17.滑动支座-结构………………………………………………………………………………63
17.1总要求…………………………………………………………………………………63
17.2质量控制试验…………………………………………………………………………63
18.其他隔震系统………………………………………………………………………………65
18.1范围……………………………………………………………………………………65
18.2系统特性试验…………………………………………………………………………65
18.3设计步骤………………………………………………………………………………66
18.4建造，安装，检查以及维护要求………………………………………………………66
18.5样件试验………………………………………………………………………………67
18.6质量控制试验…………………………………………………………………………68
参考书目…………………………………………………………………………………………69
附录A……………………………………………………………………………………………A/1
A.1滑动隔震系统………………………………………………………………………A/1
A.2弹性橡胶支座……………………………………………………………………A/4
前言
在1995年，美国州公路和运输协会（AASHTO）桥梁和结构小组委员会委托新的T-3隔震设计技术委员会负责修改1991年隔震设计指导性规范。
为执行此项任务，T-3隔震设计技术委员会成立了由三名州桥梁工程师，三名工业代表，三位专家和一位联邦公路管理局代表组成的项目组。
该项目组根据对当前各州实际情况的考虑、已有和正在开发的技术成果、以及在隔震领域的研究活动来完成对新规范的编制。
新版隔震设计指导性规范对以下内容作了修改：
1.很多文体上的更改，增加了注解，使这些指导性规范与AASHTO的公路桥梁标准性规范第16版出的内容一致。
2.修改了分析方法，尤其是均衡载荷法。
这个方法现在主要用于说明下部结构活动性。
并且提出了一些关于分析注入粘滞阻尼装置的隔震桥梁的指导方法。
3.原来对有效横向恢复力只有一项要求，现改为两项要求。
其中，第一项（设计位移横向力必须至少为w/80,大于设计位移的百分之五十）是为了适应隔震装置安装时存在的缺陷。
第二项（在设计位移切线刚度基础上对周期的要求）是为了防止
（1）地震输入详细情况对位移的极度敏感；
（2）累计位移、重大永久位移的发生以及（3）由于轴向转动产生负刚度。
4.反应修正系数（R-系数）的值已经降到1.5~2.5之间。
这表明R-系数延性基础部分已经统一或接近统一。
剩下的系数主要用于大多数结构材料强度过大和内在结构冗余的情况。
规范中降低后的R-系数已经考虑了以下内容：
（i）隔震系统的固有性能；
（ii）反应变化性已考虑设计地震特征内在变化性
降低后的R-系数从根本上确定了在预测地震中弹性下部结构的反应。
然而，他们既没有从本质上确定隔震系统的适用性能，也没有确定在最大地震情况下下部结构的合格性能（如，250年有10%被超过的可能性）。
在设计重要桥梁时要考虑到这类地震。
加利福尼亚运输部门目前就是用这种方法来设计隔震桥梁。
5.为滑动隔震支座的设计提供了详细的资料。
自从1991年出版了指导性规范后，滑动支座的使用数量剧增，因此有必要编制此版本。
6.还有一份确定隔震装置特性范围值的程序，用于分析和设计。
此程序是以确定系统特性修正系数、确定
系数为基础，乘以隔震装置特性的公称设计值。
系统特性修正系数用于温度、老化、移动、污染影响以及其他情况下。
规范
1.适用范围
本文件介绍了有关公路桥梁隔震设计的指导性规范，也是对AASHTO公路桥梁标准性规范第16版，第I-A部分：
隔震设计的一个补充。
关于隔震设计的基本要求，只做了概述。
本文提供的与隔震设计用到的支座有关的信息是对AASHTO公路桥梁标注性规范第16版中第I部分14和15条以及第II部分18条的一个补充。
这些规定有必要对隔震系统（包括由于地震影响造成的位移）提供合理的设计程序。
如果本指导性规范中的规定与标准性规范中的规定有冲突，以本规范中的规定为准。
这些规范适用于水平面的隔震系统-即，这些系统在垂直方向上是固定的。
另外，本指导性规范目前只适用于被动隔震系统。
指导性规范/9
注释
说明
写这些标准是对AASHTO公路桥梁标准性规范第16版，第l-A部分：
隔震设计以及与隔震设计有关的要求的一个补充。
为防止地震损坏性影响所作的隔震结构已不是新概念。
第一个基础隔震方案的专利权早在130年前就已有人获得，但直到前二十年，才有少数建筑用这个概念建造。
早期的顾虑主要是隔震接触面会产生位移。
机械能损耗装置的成功开发，克服了这个问题。
如果结合活动可变装置一起使用，如弹性橡胶支座，能量损耗装置可以通过控制位移和力的方式来控制隔震结构产生的反应。
作为防止桥梁因地震倒塌的一项有效手段--隔震，近年来又恢复了对它的兴趣。
至今，在新西兰、日本、意大利以及美国有好几百桥梁都是用这种隔震原理和理论进行隔震设计的。
隔震建筑，如南卡罗莱纳州大学、洛杉矶医院以及日本神户的日本西部邮政储蓄计算机中心在不久前的地震中都达到了预期的性能。
从这些隔震建筑的记录，显示了分析预测和实际表现之间有明显联系。
隔震结构的基本目的在于增加振动的基本周期，如建筑在遭遇较低地震力时。
然而，力度的降低往往伴随位移的增加，因此必须安装活动架。
此外，活动桥梁可以承受工况载荷。
至今在隔震系统上用到的三个基本原理是：
（a）垂直载荷承载装置，提供横向活动装置，因此在整个系统振动期间延长，有效降低反应力。
（b）减震器或能量耗损器，经过活动装置的相关偏转力可以降低到实际设计水平，并且
（c）是一种在低（工况）载荷下（如风和制动力）提供刚性的方法
10/指导性规范
活动装置-弹性橡胶支座和滑动支座是能给结构建筑带来活动性的两种方式。
周期渐增情况下（活动装置）标准力的反应如图C1-1，标准加速度反应曲线图。
地基剪力减小，因为建筑结构振动的周期变长。
这些力减小的程度取决于最初地震地面运动的类型以及固定结构的周期。
然而，如上所述，增加建筑结构振动周期所需的附加活动装置会使活动装置相应的位移量增加。
图C1-2显示了标准位移响应曲线，从中我们可以看出位移随着周期的增加而增加（活动装置）。
图C1-1
标准加速度反应曲线
加速度反应普
图C1-2
标准位移反应曲线
位移反应普
能量损耗-在建筑结构中增加阻尼可控制隔震层的相对位移。
如图C1-3所示。
图C1-3
增加阻尼反应曲线
加速度反应普
位移响应波普
有效提供阻尼的方法有两种，即滞后能量损耗和粘滞能量损耗。
粘滞这个术语是指能量损耗，取决于速度等级。
滞后这个术语是指在循环负荷情况下负载和卸载曲线之间的偏差抵消。
图C1-4显示了理想化的力的位移滞后循环，封闭部分是在一个运动循环过程中能量损耗的量（EDC）。
图C1-4
双线性隔震支座的特性
Qd=特征力
Fy=屈服强度
Fmax=最大力
Kd=弹性后效刚度
Ku=弹性（卸载）刚度
Keff=有效刚度
=最大支座位移
EDC=每循环的能量损耗量=滞后回线面积（阴影部分）
低横向载荷下的刚度-若在强地震载荷情况下需要装横向活动装置，那么此时建造的桥梁肯定不希望在频繁的载荷下发生明显振动，例如有风或制动情况下。
但可以利用外部能量损耗装置或改良后的橡胶装置本身的高弹性刚度来增加对工况载荷的稳固性。
此外，滑动隔震装置的摩擦也可提供所需的稳固性。
例-隔震原理如图C1-5所示。
虚线是弹性地面反应普，这在AASHTO标准（第I-A部分）对地震高发区有详细描述。
实线表示的是隔震桥梁的综合普。
隔震系统活动装置产生的时间周期把谱加速度从A1降低到A2。
由隔震系统增加的阻尼把谱加速度从A2降低到了A3。
注意，A1和A3在设计环境和隔震桥梁时分别用于确定力。
图C1-5
隔震桥梁反应普
2.定义和符号
AASHTO公路桥梁标准性规范第二章第I-A部分：
隔震设计中所用的定义和符号，以及下列定义和符号都适用于本文。
设计位移是指在刚度中心的横向地震位移，隔震系统设计对此有要求。
有效阻尼是指粘滞阻尼的等效值，等于隔震结构在循环反应过程中设计位移的能量损耗。
有效刚度是指在隔震系统瞬间最大横向位移时受到的最大横向力的值，或其一部分，根据最大横向位移来分。
弹性限制系统是指防止隔震结构受到的非地震横向载荷的各种结构件的集合。
弹性限制系统有可能是整个隔震系统的一部分，也有可能是一个独立的装置。
隔震系统是指给隔震接触面提供纵向稳定性，横向活动性以及给系统提供阻尼的所有元件的集合。
包括隔震元件以及弹性限制系统，即使只用一个。
C2.定义和符号
隔震系统
隔震系统不包括下部结构和桥面
隔震元件是指隔震系统的横向活动支座和纵向稳定支座，在地震载荷下可承受较大横向变形。
隔震元件有可能会损耗能量，也有可能不会。
偏移是指隔震装置由于塑性变形、收缩以及50%热位移等原因造成的横向位移。
总设计位移是指隔震元件由于分析和隔震系统设计要求，产生的最大横向地震位移，包括在刚度中心的平行位移di，以及在所考虑方向扭转位移的部件。
A=加速度系数（从第3节开始）
Ab=弹性橡胶接合面积
Ar=已位移的支座上下端橡胶搭接的面积（图C2-1）
B=与隔震系统有效阻尼有关的数字系数，前面表2有设定（第7节）
B=矩形支座负荷方向的接合尺寸或接合直径，或圆形支座的直径（第14节）（图C2-1）
偏移
偏移用于样件试验以及设计隔震元件。
Ar是指已位移的支座上下端橡胶搭接的面积（图C2-1）
图C2-1
粘合尺寸
Cs=弹性地震反应系数
DL=恒载
d=相对地面的总表面位移（di+dsub）
di=隔震系统所考虑方向刚性中心的设计位移
ds=隔震元件的偏移，包括塑性变形，收缩，以及50%的热位移
dsub=下部结构位移
dt=总设计位移
E=杨氏橡胶系数
EDC=每次循环所损耗的能量（滞后回环的面积）
F=从统计学上对等于地震力
FA=抗震类型桥梁连接处的设计力（SPCA）
Fi=在位移处隔震元件的力di。
Fn=在样件试验的单循环过程中隔震元件的最大负向力
Fn,max=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最大负向力
Fn,min=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最小负向力
Fp=在样件试验的单循环过程中隔震元件的最大正向力
Fp,max=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最大正向力
Fp,min=在正常位移范围做样件试验时所有循环过程中隔震元件的最小正向力
G=橡胶剪切系数
g=重力加速度
=橡胶材料恒定性
材料硬度的恒定性（参考值见Roeder，Stanton和Taylor1987）
keff=样件试验过程中测定的隔震元件有效刚度
K=橡胶体积弹性模量（第14节）
Kd=双线性滞后曲线第二个斜面刚度
Keff=支撑上部结构截面的所有支座和下部结构的有效线性刚度的总和，di为支座位移，dsub为下部结构位移。
kmax=隔震元件在所考虑的横向方向上在设计位移时的最大有效刚度。
Kmin=隔震元件在所考虑的横向方向上在设计位移时的最小有效刚度。
LL=活载荷
LLs=地震活载荷
LLs工程师应该以适用于设计的总活载荷的百分比的形式来计算地震活载荷。
AASHTO标准规范（第I部分）第VII载荷小组并未考虑到标准活载荷。
然而，随着隔震结构越来越灵活多变，须考虑活载荷的附加质量。
OT=支座受到水平载荷翻转力矩影响时的附加垂直载荷
P=由于恒载加上用g系数为1的活载荷组合产生的最大垂直载荷（包括地震活载荷，如果有）。
Qd=隔震元件的特征强度。
当支座0位移时，在滞后回路的纵坐标上。
如图C1-4
Si=场地土壤的数字系数，如表5-1所列的隔震结构
S=场地系数，在AASHTO标准性规范第3.5.1条有详细描述（第l-A部分，第5节）
S=形状因数（第14节）
SA=谱加速
SD=谱位移
Te
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