AASHTO指导性规范隔震设计中文版.docx

1、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

2、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：David L.Winstead,马里兰州副会长：Dan Flowers, 阿肯萨斯州秘书/财务部长：Clyde E.Pyers,马里兰州区域代表：区域：IAnne Canby, 特拉华州 Glenn Gershaneck, 佛蒙特州IIElizabeth Mabry, 南卡罗莱纳州James C,Codell,III,肯塔基州IIICharles Thompson, 威斯康星州James Denn, 明

3、尼苏达州IVDwight M. Bower, 爱达荷州Thomas R. Warne, 犹他州无投票权成员前任主席：Darrel Rensink, 爱荷华州执行总监：Francis B. Francois, 华盛顿1998年AASHTO 桥梁和结构小组委员会主席：David Pope, 怀俄明州副主席：James E. Roberts, 加利福尼亚秘书：David H. Densmore, 联邦公路局阿拉巴马，William F.Conway 田纳西，Ed Wasserman阿拉斯加，Steve Bradford 德克萨斯，Richard Wilkison亚利桑那，F. Daniel Davi

4、s 美国运输局，David Densmore（联邦公路局Nick E. Mpras (美国海岸警卫队)阿肯萨斯，Dale F. Loe加利福尼亚，James E.Roberts 犹他，P.K. Mohanty科罗拉多，Stephen W. Horton 佛蒙特,Warren B. Tripp康涅狄格, Gordon Barton 弗吉尼亚，Malcolm T. Kerley特拉华，Chao H. Hu 华盛顿，Myint Lwin华盛顿，Donald Cooney 西弗吉尼亚，James Sothen佛罗里达，Jerry Potter 威斯康星，Stanley W. Woods佐治亚，Paul

5、 Liles 怀俄明，B. Patrick Collins夏威夷，Donald C. Ornellas爱达荷，Matthew M. Farrar 亚伯达，Dilip K. Dasmohapatra伊利诺，Ralph E. Anderson 英属哥伦比亚，Peter Brett印第安纳，Mary Jo Hamman 马尼托巴，Walter Saltzberg爱荷华，William A. Lundquist 马里亚纳群岛,John C. Pangalinan堪萨斯，Kenneth F. Hurst 新不伦瑞克, Garth Rushton肯德基，Stephen E. Goodpaster 纽芬兰，

6、Peter Lester路易斯安那，Norval Knapp,Wayne Aymond 西北领土，Jivko Jivkov缅因，James E. Tukey 新斯科舍，Stan Nguan马里兰，Earle S. Freedman 安大略，Ranjit S. Reel 萨斯喀彻温省,Herve,Bachelu 马萨诸塞，Alexander K.Bardow 马萨诸塞城市区委员会，David Lenhardt密歇根，Sudhakar Kulkami 新泽西州高速公路管理局，Thomas E. Margro明尼苏达，Donald J. Flemming 纽约，新泽西港口管理局，Joseph K.

7、Kelly，Joseph Zitelli密西西比，Wilbur F. Massey 纽约州桥梁管理局，William Moreau密苏里，Allen F.Laffoon 印第安纳事务管理局，Wade F. Casey蒙大拿，William S. Fullerton 美国农业-森林服务部，Nelson Hernandez内布拉斯加，Lyman D. Freemon 军事交通管理局指挥， Robert D. Franz内华达，William C. Crawford, Jr. 新罕布什尔，James A. Moore 新泽西，Harry A. Capers, Jr. 新墨西哥，Jimmy D. Ca

8、mp 纽约，James M. OConnell 北卡罗莱纳，William J, Rogers 北达科他，Steven J. Miller 俄亥俄，Brad W. Fagrell 俄克拉何马，Robert J. Rusch 美国陆军工程兵部队，Paul C.T.Tan俄勒冈, Terry J. Shike 美国海岸警卫队总部， Jacob Patnaik宾夕法尼亚，R. Scott Christie 北安普敦郡郡理事会， R.T. Hughes波多黎各，Hector L. Camacho 罗得岛，Kazem Farhoumand 南卡罗莱纳，Randy R. Cannon 南达科他，John

9、C. Cole AASHTO T-3 工作组James E. Roberts-主席，加利福尼亚运输部Roberto Lacalle/Li-Hong Sheng-工委主席/联合主席，加利福尼亚运输部Myint M. Lwin-华盛顿运输部Ralph E. Anderson-伊利诺运输部专家John F. Stanton-华盛顿大学专家Michael C. Constantinou-纽约州立大学，布法罗校区专家 James M. Kelly/Ian Aiken博士-加利福尼亚大学，伯克利Ronald L. Mayes 博士，会长-动态隔离系统Victor A. Zayas博士，会长-抗震系统Pau

10、l Bradford-R.J.沃森有限公司Hamid Ghasemi博士-联邦公路管理局页码前言7引言91. 适用范围92. 定义和符号153. 加速系数204. 抗震性能类别（SPCs）225. 场地影响和场地系数236. 响应修正系数（R）237. 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338. 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369. 间隙3710. SPC A设计力3811. SPCs B，C和D设计力3912. 其他要求40 12.1非地震横向力40 12.2横向恢复力 41 12.3

11、垂直载荷稳定性43 12.4转动能力4313. 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4914. 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5515. 弹性橡胶支座-结构56 15.1总要求56 15.2质量控制试验5616. 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 6217. 滑动支座-结构63 17.1总要求63 17.2质量控制试验6318. 其他隔震系统65 18.1范围65 18

12、.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AA/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

13、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

14、产生负刚度。4.反应修正系数（R-系数）的值已经降到1.52.5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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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。

21、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

22、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

23、=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

24、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（SPC A）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

25、性（参考值见Roeder，Stanton和Taylor 1987）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C1-4Si=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