专利名称：高架桥下部构造及其设计方法 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，减震器与支柱组件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与支柱组件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。
本发明提供一种RC框架的抗震加强法，其步骤包括将RC构件的主钢筋部分切割，以便使RC构件的破坏性能从剪切破坏优先型转变成弯曲破坏优先型。
本发明还提供一种RC框架的抗震加强法，其步骤包括将构成RC刚性框架的RC柱构件的主钢筋的一部分切割，以便使RC构件的破坏性能从剪切破坏优先型转变成弯曲破坏优先型；和将减震器与支柱组件机构布置在RC刚性框架的一个平面内。
本发明还提供一种抗震框架结构，它包括一个RC刚性框架，该RC刚性框架由一对柱和一个梁组成，该对柱垂直地相对布置，该梁在柱的顶部之间伸展；一个反V形或V形偏心支柱材料，该偏心支柱材料布置在RC刚性框架的结构平面内，其两端与柱的中部附近销接；和减震器，该减震器夹在反V形偏心支柱材料的上端和梁之间或者夹在V形偏心支柱材料的下端和基础梁之间，该基础梁用于将柱的腿部连接。
本发明还提供一种抗震框架结构的设计方法，该抗震框架结构包括一个RC刚性框架，该RC刚性框架由一对柱和一个梁组成，该对柱垂直地相对布置，该梁在柱的顶部之间伸展，一个反V形偏心支柱材料，该偏心支柱材料布置在RC刚性框架的结构平面内，其两端与柱的中部附近销接；和减震器，该减震器夹在反V形偏心支柱材料的上端和梁之间，该方法的步骤包括通过用转动弹簧代替RC刚性框架的刚性接头，从而获得RC分析模型，通过用虚刚性柱和虚刚性梁代替柱和梁，使虚刚性柱与虚刚性梁销接，并将减震器夹在虚刚性梁和偏心支柱材料的上端之间，从而获得减震器与支柱组件分析模型，因此，通过将抗震框架结构分解成这两种模型，从而使抗震框架结构模型化；设计外力P作用在抗震框架结构上，从下列公式得到减震器与支柱组件分析模型的负荷Pdb，Pdb＝(h’/h)Hb其中h表示从虚刚性柱的腿部到虚刚性梁的高度，h’表示从虚刚性柱的支柱连接位置到虚刚性梁的高度，Hb表示减震器荷载位移特征，从下列公式得到RC分析模型的负荷Prc，Prc＝P-Pdb；和使Pdb作用于减震器与支柱组件分析模型，使Prc作用于RC分析模型，以单独进行弹塑性分析，并进行抗震框架结构的截面设计。
本发明的抗震框架结构应用的场所是任意的，本发明可应用于例如建筑抗震墙壁，或者作为高架桥下部构造的桥墩。另外，高架桥概念上包括用于铁路，高速公路等的高架桥，无须多说，其用途是任意的。
钢框架支柱材料主要用作偏心支柱材料。
对于减震器，通常使用由超低碳钢、狭长切口薄钢板等构成的滞后剪切减震器，但只要通过相对的水平变形产生阻尼，并且不能确保充分的变形，则可使用任何原理或结构的减震器，还可以使用滞后弯曲减震器等。
当偏心支柱材料的两端钉住在柱的某些位置时，本发明的“中间位置附近”指柱腿部和柱顶部之间但不包括这些部分的适当的位置，它不仅限于柱平分点，(h’/h)的设定是设计的事情。


结合附图并通过下面的说明，本发明的上述和其它目的、特点和优点将更清楚，其中图1是根据本发明的第一实施例的高架桥下部构造的设计方法的流程图；图2是第一实施例的高架桥下部构造的设计方法的类似的流程图；图3是从本发明的桥梁轴向看去高架桥下部构造的前视图；图4是屈服地震系数谱的图；图5是RC刚性框架和减震器与支柱组件的负荷水平力和变形能力的图；图6是静态非线性分析得到的荷载位移关系图；图7是根据一个改进的实例从桥梁的轴向看去高架桥下部构造的前视图；图8是根据本发明的第二实施例的高架桥下部构造的设计方法的流程图；图9是第二实施例的高架桥下部构造的设计方法的类似的流程图；图10是弹性反应谱的图；图11是根据本发明的第三实施例的高架桥下部构造的设计方法的流程图；图12是第三实施例的高架桥下部构造的设计方法的类似的流程图；图13A是采用本发明的RC框架的抗震加强法的高架桥下部构造的前视图；图13B是在加强前沿线G-G截取的水平截面图；图13C是在加强后沿线G-G截取的水平截面图；图14是说明本发明的RC框架的抗震加强法的效果的示意图；图15是采用本发明的RC框架的抗震加强法的另一种结构的截面图；图16是采用本发明的RC框架的抗震加强法的高架桥下部构造的前视图；图17是说明本发明的RC框架的抗震加强法的效果的示意图；图17A是在单独的RC刚性框架内的恢复力特征；图17B是单独的减震器与支柱组件机构的恢复力特征，和图17C表示整体恢复力特征。
图18是采用本发明的RC框架的抗震加强法的另一种结构的前视图；图19是从本发明的桥梁轴向看去作为抗震框架结构的高架桥下部构造的前视图；图20是高架桥下部构造的效果的示意图；
图21是根据本发明的抗震框架结构的设计方法的示意图；图22是检验根据本发明的抗震框架结构设计方法的适当程度得到的结果的图；图23是从本发明的桥梁轴向看去作为抗震框架结构的改造的高架桥下部构造的前视图；和图24是改进的抗震框架结构设计方法的示意图。

图1和2是根据本发明的第一实施例的高架桥下部构造的设计方法的流程图；且图3是从的桥梁轴向看去高架桥下部构造的前视图。
如图3所示，高架桥的下部构造1由RC刚性框架2和布置在一个结构平面内的减震器与支柱组件3，减震器与支柱组件3设有一个布置在RC刚性框架2的结构平面内的反V形钢框架支柱4，和滞后减震器5，该滞后减震器5将钢框架支柱4的顶部与RC刚性框架2的梁的中部的下表面连接。而且，由桥的大梁等构成的上部构造7在下部构造1上延伸，下部构造1和上部构造7构成了铁路高架桥8。
另外，通过布置减震器与支柱组件3确保达到要求的水平刚度时，用来连接基础9，9的基础梁10可省去，该基础9布置在RC刚性框架2的支腿部分上。省去的基础梁10可显著的降低下部构造1的施工成本。
为了设计高架桥的下部构造1，如图1和2所示，下部构造1的目标延度系数μd和目标固有周期Td根据假定的地震运动进行设定(步骤101)。
特别是，当接受到假定的地震运动时，下部构造1的延度系数和固有周期的目标值分别设定成目标延度系数μd和目标固有周期Td。
这里，作为假定的地震运动，例如，可认为是在下部构造1的使用周期内基本上发生一次的强地震。而且，例如由减震器与支柱组件3的性能，目标延度系数μd可设定为μ＝约3.0，例如由铁路行驶安全的观点，目标固有周期Td可设定为Td＝约0.5秒。另外，如上所述，这里描述的假定的地震运动包括表面层地面的影响。
随后，目标延度系数μd和目标固有周期Td的屈服地震系数从假定地震运动的屈服地震系数谱中获得以作为设计地震系数Kh(步骤102)。图4表示屈服地震系数谱。
对于屈服地震系数谱来说，当假定的地震运动输入到具有任意屈服荷载支承能力的振动系统时，利用作为参数的延度系数μ＝1，2，3…来计算最大的水平作用力，通过使目标延度系数μd和目标固有周期Td分别与作为屈服地震系数谱的参数的延度系数和横坐标的固有周期相联系，计算结果以无量纲方式除以重量并绘制成屈服地震系数，纵坐标的值可读作屈服地震系数。特别是，参见图4，例如，在图4的一个圆点所示的位置，当目标延度系数μd为3，目标固有周期Td为0.5时，屈服地震系数约为0.44，因此，设计地震系数Kh为0.44。
另一方面，获得对应于目标固有周期Td的目标屈服刚度Kd(步骤103)。目标屈服刚度Kd可利用下部构造1的有效重量W由Kd＝(2π/T)2W/g(g；重力加速度)来计算。
结果，利用设计地震系数Kh获得设计水平荷载支承能力Hd，并从目标屈服刚度Kd获得对应于设计水平荷载支承能力Hd的位移作为设计屈服位移δd(步骤104)。通过设计地震系数Kh乘以下部构造1的有效重量W，即Hd＝WKh来计算水平荷载支承能力Hd。而且，通过设计水平荷载支承能力Hd除以目标屈服刚度Kd，即δd＝Hd/Kd来计算设计屈服位移δd。
随后，水平荷载支承能力Hd分解成由RC刚性框架2承受的水平力Hf和由减震器与支柱组件3承受的水平力Hb(步骤105)。这里，可以任意比率进行分解。
接着，设定RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的构件截面，因此，RC刚性框架2和减震器与支柱组件3承受水平力Hf，Hb，最终的荷载支承能力和对应于水平力Hf，Hb的位移等于设计屈服位移δd与目标延度系数μd的乘积，即δdμd(步骤106)。图5表示Hd，Hf，Hb，δd，μd和δdμd的相互关系。
下面将相对于RC刚性框架2具体描述构件截面的设定。首先，确定柱截面尺寸，因此，当水平力Hf作用在RC刚性框架2上时，产生了设计屈服位移δd。随后，确定剪力钢筋配筋量，因此，变形能力超过δdμd。而且，为了确定RC刚性框架2的柱的配筋量(主钢筋的配筋量)，使用了弯曲最终荷载支承能力，而不是柱弯曲屈服荷载支承能力。
另一方面，对于减震器与支柱组件3，可设定构件截面，因此，减震器与支柱组件3承受水平力Hb，最终的荷载支承能力和对应于水平力Hb的位移等于设计屈服位移δd与目标延度系数μd的乘积，即δdμd。另外，构成减震器与支柱组件3的滞后减震器5可构成例如由低屈服点钢制成的剪切式减震器。
随后，RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的设定好的构件截面用来形成下部构造1的结构分析模型，在结构分析模型中采用静态非线性分析(步骤107)。
随后，由静态非线性分析得到的图6的荷载与位移关系被图6所示的双线性特性代替。根据双线性特性计算保持屈服刚度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷载支承能力Hy和保持最大位移δu的值(步骤108)。
随后，由保持屈服刚度Ky获得的保持固有周期T用来从屈服地震系数谱得到保持屈服荷载支承能力Hy的必要延度系数μ(步骤109)。为了计算必要的延度系数μ，选择满足保持固有周期T和保持屈服荷载支承能力Hy的谱曲线，谱曲线的延度系数可用作必要的延度系数μ(见图4)。
随后，通过必要的延度系数μ乘以保持屈服位移δy得到反应最大位移δmax，反应最大位移δmax与保持最大位移δu比较，计算每个RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的对应于反应最大位移δmax的构件反应最大位移δ’max，构件反应最大位移δ’max分别与保持最大位移δ’u比较，因此检验RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的设定截面(步骤110)。随后，当条件δmax＜δu，δ’max＜δ’u满足时，设计结束，当条件没有得到满足时，流程返回到步骤106，再次进行截面计算，接着，重复步骤106至110，直到上述条件满足。
如上所述，根据本发明的高架桥下部构造1及其设计方法，由于水平荷载支承能力Hd分解成由RC刚性框架2和减震器与支柱组件3承受的水平力Hf，Hb，对于RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的构件截面设定来说，足以单独进行已分解的水平力Hf，Hb的设定，而且，有可能很容易的进行截面设计。
这是基于这样的假定，即抵抗作用在整个下部构造1上的水平力可表示成RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的叠加的最终荷载支承能力，但在传统的结构的抗震设计中，没有认识到这种叠加的原理可用于RC和钢的混合结构的弹塑性设计中，因为这种混合结构在施工现场开始不存在，在本发明的情况下，没有产生对于混合结构的弹塑性设计的本身的方法。
然而，在本实施例中，假定叠加成立，将全部水平力分配给RC刚性框架2和减震器与支柱组件3，单独进行截面设定，结果，设定的截面显著的更合理，这由本发明人等通过许多试验和模拟分析已经证实。
而且，根据本实施例的高架桥下部构造1及其设计方法，由于不是根据屈服荷载支承能力，而是根据最终的荷载支承能力来计算构件截面，不需要重复计算构件截面，就可得到经济的截面设计。
特别是，当考虑到与使用屈服地震系数谱匹配的性能，基于屈服荷载支承能力进行截面设计时，导致过分的安全结果，为了得到更经济的结果，截面设定不得不重复许多次。
然而，经过本申请人等作试验和模拟分析进一步证实，通过假定如上所述叠加成立，将全部水平力分配给RC刚性框架2和减震器与支柱组件3，对每个截面进行最终荷载支承能力的设定，结果，设定的截面显著的更合理。而且，在大多数情况下，不需要重复设定构件截面，根据步骤101至106，通过计算构件截面，在步骤110中可清楚的检验构件截面。
因此，根据本实施例，有可能很容易的获得RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的构件截面，与此同时，充分的利用延展性，而不会多次重复，因此，有可能显著的降低设计成本和高架桥下部构造1的施工成本。
在本实施例中，在步骤107至110中检验设定的构件截面，但通过计算上述步骤101至106中的构件截面，在许多情况下，只可清楚的进行一次检验步骤110中的构件截面。因此，当情况需要时，可省去这种检验流程。即使在结构中，相对于构件截面的设定，可获得上述类似的作用/效果。
而且，在本实施例中，已经描述了与桥轴线垂直交叉的RC刚性框架的结构平面，但无须多说，本发明甚至可沿桥轴线应用在RC刚性框架，和布置在结构平面内的减震器与支柱组件。
而且，在本实施例中，由下部构造1和上部构造2构成的铁路高架桥8已作为一个实例加以描述，但本发明的高架桥下部构造和上部构造的结合是任意的，如图3所示的上部构造2不受限制，图7表示了还可以使用的一种类型(梁板式)的下部构造31，其梁32还用作上部构造板。
下面描述第二实施例。另外，与第一实施例相同的部件用相同的参考标号来表示，并且省略了对其的描述。
图8和9是根据第二实施例的高架桥下部构造的设计方法的流程图。
为了根据第二实施例的高架桥下部构造的设计方法设计高架桥下部构造1，如图8和9所示，首先，在与第一实施例类似的程序中，根据假定的地震运动，设定下部构造1的目标延度系数μd和目标固有周期Td(步骤111)。
随后，对应于目标固有周期Td的弹性反应谱地震系数从对应于假定的地震运动的弹性反应谱中获得，弹性反应谱地震系数和目标延度系数μd应用于恒定势能的纽马克定律，以便计算设计地震系数Kh(步骤112)。特别是，Kh＝弹性反应谱地震系数/(2μd-1)0.5图10表示弹性反应谱。
对于弹性反应谱来说，当假定的地震运动输入到具有任意刚性的弹性振动系统时，计算最大的水平作用力，通过使目标固有周期Td与横坐标的固有周期相联系，计算结果以无量纲方式除以重量并绘制成弹性反应谱地震系数，纵坐标的值可读作弹性反应谱地震系数。特别是，参见图10，例如，在图10的一个圆点所示的位置，当目标固有周期Td为0.5时，弹性反应谱地震系数约为0.44。
另一方面，获得对应于目标固有周期Td的目标屈服刚度Kd(步骤113)。目标屈服刚度Kd可利用下部构造1的有效重量W由Kd＝(2π/T)2W/g(g；重力加速度)来计算。
然后，在与利用屈服地震系数谱的程序(步骤104至106)类似的程序中，设定RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的各构件截面(步骤114至116)。
随后，RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的设定好的构件截面用来形成下部构造1的结构分析模型，在结构分析模型中采用静态非线性分析(步骤117)。
随后，由静态非线性分析得到的荷载与位移关系被双线性特性代替(见图6)，根据双线性特性计算保持屈服刚度Ky，保持屈服位移δy，保持屈服荷载支承能力Hy和保持最大位移δu的值(步骤118)。
随后，由保持屈服刚度Ky获得的保持固有周期T用来从弹性反应谱得到弹性反应谱地震系数，弹性反应谱地震系数与保持屈服荷载支承能力Hy一起应用于恒定势能的纽马克定律，以获得必要的延度系数μ(步骤119)。
特别是，μ＝{[弹性反应谱地震系数/保持屈服荷载支承能力Hy]2+1}/2随后，通过必要的延度系数μ乘以保持屈服位移δy计算出反应最大位移δmax，反应最大位移δmax与保持最大位移δu比较，计算每个RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的对应于反应最大位移δmax的构件反应最大位移δ’max，构件反应最大位移δ’max分别与构件保持最大位移δ’u比较，因此检验RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的设定截面(步骤120)。随后，当条件δmax＜δu，δ’max＜δ’u满足时，设计结束，当条件没有得到满足时，流程返回到步骤116，再次进行截面计算，接着，重复步骤116至120，直到上述条件满足。
由于第二实施例的效果基本上与第一实施例的相同，下面省去对其的描述。
下面描述第三实施例。另外，与第一、第二实施例相同的部件用相同的参考标号来表示，并且省略了对其的描述。
图11和12是根据第三实施例的高架桥下部构造的设计方法的流程图。
为了根据第三实施例的高架桥下部构造的设计方法设计高架桥下部构造1，如图11和12所示，首先，在与第一实施例类似的程序中，根据假定的地震运动，设定下部构造1的目标延度系数μd和目标固有周期Td(步骤121)。
随后，对应于目标固有周期Td的弹性反应谱地震系数从对应于假定的地震运动的弹性反应谱中获得，弹性反应谱地震系数除以由结构类型确定的反应改正系数，以计算设计地震系数Kh(步骤122)。
当高架桥下部构造是例如墙壁式桥墩时，反应改正系数可设定为2，对于单柱桥墩可设定为3，对于多柱桥墩可设定为5。
另一方面，获得对应于目标固有周期Td的目标屈服刚度Kd(步骤123)。目标屈服刚度Kd可利用下部构造1的有效重量W由Kd＝(2π/T)2W/g(g；重力加速度)来计算。
然后，在与利用屈服地震系数谱的程序(步骤104至106)类似的程序中，设定RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的各构件截面(步骤124至126)。
随后，RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的设定好的构件截面用来形成下部构造1的结构分析模型，在结构分析模型中采用静态非线性分析(步骤127)。
随后，由静态非线性分析得到的荷载与位移关系被双线性特性代替(见图6)，根据双线性特性计算保持最大位移δu的值(步骤128)。
随后，根据假定的地震运动进行动态非线性分析以得到下部构造的反应最大位移δmax(步骤129)。对于动态非线性分析来说，例如，可采用经过静态非线性分析的结构分析模型。
随后，反应最大位移δmax与保持最大位移δu比较，计算每个RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的对应于反应最大位移δmax的构件反应最大位移δ’max，构件反应最大位移δ’max分别与构件保持最大位移δ’u比较，因此检验RC刚性框架2和减震器与支柱组件3的设定截面(步骤130)。随后，当条件δmax＜δu，δ’max＜δ’u满足时，设计结束，当条件没有得到满足时，流程返回到步骤126，再次进行截面计算，接着，重复步骤126至130，直到上述条件满足。
由于第三实施例的效果基本上与第一实施例的相同，下面省去对其的描述。
本发明的RC框架抗震加强法包括如下步骤，即将RC构件主钢筋部分切割成RC构件；将RC构件的破坏性能从剪切破坏优先型转变到弯曲破坏优先型。图13表示这种抗震加强法应用的高架桥下部构造41。
图13所示作为RC框架的高架桥下部构造41设有作为RC构件的RC柱构件42，42和在RC柱构件的顶部之间延伸的RC梁构件43，RC柱构件42，42是所谓的剪切破坏优先型RC构件，其中由于作为剪力钢筋的箍筋47(图13B)的配筋量小于主钢筋48的配筋量，因此，剪力强度低，剪切破坏在弯曲破坏之前发生，并且发生脆度破坏。另外，RC柱构件42垂直布置在基础46上，该基础位于桩45的顶部上。
在RC框架的抗震加强法中，剪切破坏优先型RC柱构件42，42的部分主钢筋48切割成如图13C所示的柱腿部和柱顶部。例如，如图13的实例所示，在进行抗震加强之前，在12个主钢筋48之间，在0°，90°，180°，270°方向布置的四个钢筋被切割，主钢筋减少到共八个钢筋。
为了切割，选择没有设置箍筋47的高度，用金刚石刀具将主钢筋和外覆混凝土一起切割，在切割后，在需要的情况下，在混凝土切割的位置填充水泥浆或类似物，最好进行主钢筋48的防锈处理等。
当切割主钢筋48的一部分时，每个RC柱构件42的弯曲屈服点降低，因此，剪力屈服点相对升高，而且，RC柱构件的破坏性能从剪切破坏优先型转变到弯曲破坏优先型。而且，对于每个RC柱构件来说，与表现为脆度破坏的剪切破坏不同，破坏性能变得富于延展性，通过沿如图14的滞后曲线重复弯曲变形，在破坏适当的发生之前，能量以滞后衰减的形式被吸收。
如上所述，根据本实施例的RC框架的抗震加强法，通过切割主钢筋48的一部分，RC柱构件42的破坏性能从剪切破坏优先型转变到弯曲破坏优先型。
因此，在地震期间，通过弯曲变形，RC柱构件42实现滞后衰减，并吸收整个RC刚性框架的振动能量，因此，RC柱构件42和整个RC刚性框架的抗震性能增强。而且，由于仅切割主钢筋48是足够的，抗震加强在短时间内即可实现。
另外，当切割主钢筋48时，RC柱构件42的弯曲屈服点因此下降，RC柱构件42因此进入具有较小地震荷载的弹塑区域，但是，即使超过弯曲屈服点，通过沿上述滞后曲线重复弯曲变形，实现滞后衰减。结果，RC柱构件42和整个RC刚性框架的抗震性能可提高。
在本实施例中，本发明的RC框架的抗震加强法应用在与高架桥下部构造内的桥轴线垂直交叉的平面内，但无须多说，本发明可用于与桥轴线平行的平面内。而且，将连接有减震器支柱机构的平面是任意的，该机构可连接到RC框架的所有平面上，或者仅连接到任一平面内。
而且，在本实施例中，本发明的RC框架的抗震加强法应用于高架桥下部构造41中，但可适用目的不仅限于这种结构，本发明还可应用于其它结构，以及建筑工地的抗震墙壁。
图15表示在地下结构52的中间柱53上进行的抗震加强，该地下结构内设有地道51，柱的主钢筋48的一部分切割成柱腿部53和柱顶部54。
由于地下结构52的中间柱53具有许多主钢筋和很少的剪力钢筋，并非剪切破坏倾向于优先，根据本发明的抗震加强法，与上述实施例类似，有可能将该类型转变成弯曲破坏优先型，并增强抗震性能。
而且，在本实施例中，总共四个主钢筋48每隔90切割，并且在柱腿部和柱顶部进行切割，但是待切割的钢筋数量和倾斜位置是任意的，无须多说，情况需要时，主钢筋可在柱腿部或者在柱顶部切割。
根据本发明的另一个优选实施例的RC框架的抗震加强法包括的步骤有将构成RC刚性框架的RC柱构件的主钢筋的一部分切割，以便使RC构件的破坏性能从剪切破坏优先型转变成弯曲破坏优先型；将减震器与支柱组件机构布置在RC刚性框架的平面内。这种抗震加强法应用于图13所示的高架桥下部构造41内。
在本实施例的RC框架的抗震加强法内，剪切破坏优先型的RC柱构件42，42的主钢筋48以图13所示的方式切割，减震器与支柱组件机构61布置在构成RC柱构件42，42的RC刚性框架的平面内，RC梁构件43在图16所示的顶部之间伸展。
减震器与支柱组件机构61设有一个反V形支柱62，和在支柱的顶部和RC梁构件43之间连接的减震器63，当梁构件43和支柱62之间的相对位移被迫增加时，减震器导致弹塑性变形，并且在地震期间通过滞后衰减吸收RC刚性框架的能量以减少振动。减震器63例如由低屈服点钢或设有狭长切口的普通钢板构成。
当用金刚石刀具等将作为RC刚性框架的构件的剪切破坏优先型的RC柱构件42，42的主钢筋48的一部分切割时，每个RC柱构件42的弯曲屈服点降低，因此，剪力屈服点相对升高，而且，RC柱构件的破坏性能从剪切破坏优先型转变到弯曲破坏优先型。而且，对于每个RC柱构件来说，与表现为脆度破坏的剪切破坏不同，通过沿滞后曲线重复弯曲变形，在地震期间，能量以滞后衰减的形式被吸收，并发生适当的破坏。
而且，在地震期间，由于不仅RC刚性框架而且减震器与支柱组件61承受水平力，因此，在RC柱构件42，42内产生的构件力减小。在本实施例中，即使在没有减震器与支柱组件机构61时使RC柱构件42，42进入弹塑性区域的地震水平下，RC柱构件42弹性工作而不会超过弯曲屈服点。
图17表示利用本实施例的抗震加强法的高架桥下部构造41的恢复力特性的变化，图17A表示当通过间断线没有进行加强时RC刚性框架的恢复力特性，和当通过实现进行加强时的恢复力特性，而图17B表示减震器与支柱组件机构61的恢复力特性。而且，图17C表示通过预防措施单独的RC刚性框架和单独的减震器与支柱组件机构的恢复力特性。
如图17C所示，在进行抗震加强之后，恢复力特性从原始为0经过第一折叠点A变化到第二折叠点B，然后，只有变形发展。
参考恢复力特性具体的描述在地震期间的情况。首先，在小地震时，包括RC柱构件42，42和减震器与支柱组件机构61的RC刚性框架根据地震期间的承受的水平力来变形，但变形限制在弹性范围(初始为0至第一折叠点A)，在RC刚性框架或减震器与支柱组件机构61内没有引起破坏。
随后，在中度地震中，减震器与支柱组件机构61的减震器63变形超过屈服点(第一折叠点A至第二折叠点B)，但这种情况下，通过地震迅速的会聚，减震器63实现了滞后衰减和振动。而且，由于RC刚性框架在弹性范围内工作，RC柱构件42没有产生破坏，真个结构的稳固性完全保持。另外，当减震器63大大损坏时，无须多说，在任何时间可用新的减震器来更换该坏的减震器。
而且，在大地震中，RC柱构件42和减震器与支柱组件机构61的减震器63变形大大超出各屈服点(在第二折叠点B及其之后)，但RC柱构件42和减震器63实现大的之后衰减，以吸收地震能量，即使在减震器63破坏的最后阶段，RC柱构件42连续的支撑垂直荷载，这不会导致脆度破坏，因此，可预先避免整个结构的倒塌。
如上所述，根据本实施例的RC框架的抗震加强法，通过切割主钢筋48的一部分，RC柱构件42的破坏性能可从剪切破坏优先型转变成弯曲破坏优先型。
因此，通过在地震期间利用弯曲变形以吸收整个RC刚性框架的振动能，从而RC柱构件42实现滞后衰减，这样提高了RC柱构件42和整个RC刚性框架的抗震性能。而且，由于仅通过切割主钢筋48即足够，因此，有可能在显著短的时间内完成抗震加强。
而且，根据本实施例的RC框架的抗震加强法，通过将减震器与支柱组件机构61布置在RC刚性框架的平面内，由于RC柱构件42的弯曲屈服点降低，RC刚性框架的负荷水平力减小施加到减震器与支柱组件61上，在中/小或更小的地震水平下，整个结构的破坏和变形最小，在大地震水平下，在地震期间的能量由RC柱构件42和减震器63的变形引起的滞后衰减吸收，并可避免整个结构的倒塌。
特别是，根据本实施例，当从图17的恢复力特性看去，由于减震器与支柱组件机构61的减震器63允许在RC柱构件42之前屈服，至少在中度地震水平或较小(直到第二折叠点B的范围)，在包括RC柱构件42在内的RC刚性框架内不会产生破坏，损坏的减震器63可适当的更换，因此在这种地震水平下，结构的稳固性可完全得以保持。
本实施例中并没有特别指出，如果由于减震器与支柱组件机构61导致的负荷水平力的增加允许等于切割主钢筋48时RC刚性框架的负荷水平力的减少，则整个结构的水平荷载支承能力不变。特别是，在加强前或之后，在地震期间作用在RC柱构件42的基础46上的水平力的大小不变，围绕基础没有必要进行上述抗震加强。
而且，在本实施例中，本发明的RC框架的抗震加强法应用在高架桥下部构造41上，但可适用目的不仅限于这种结构，本发明还可不仅应用于其它结构，而且可应用于建筑工地的抗震墙壁。
图18表示一个实例，其中在设有RC柱构件71，71和RC梁构件72，72的RC刚性框架上进行抗震加强，柱构件71的主钢筋48的一部分切割成柱腿部74和柱顶部73。另外，由于在这种改进的实例中的效果基本上与上述实施例的效果类似，下面省去对其的描述。
而且，在本实施例中，减震器与支柱组件机构61的减震器63允许在RC柱构件42，42之前屈服，但主钢筋48被切割的比例，即RC刚性框架的水平荷载支承能力的设定是任意的，还可以任意设计减震器与支柱组件机构61，以便减少得到补偿，或者不考虑减少来设计减震器与支柱组件机构61。
图19是从桥轴线看去本发明的作为抗震框架结构的高架桥下部构造的前视图。从图19可见，本实施例的高架桥下部构造81包括一个RC刚性框架84，该RC刚性框架由一对柱82，82和一个梁83组成，该对柱82垂直地相对布置成桥墩状，该梁83在柱82，82的顶部之间伸展；一个反V形偏心支柱材料85，该偏心支柱材料85布置在RC刚性框架84的结构平面内，其两端钉住柱82，82的中部附近；和夹在反V形偏心支柱材料85的上端和梁83之间的滞后剪切减震器86。这里，柱82垂直地布置在桩87上的基础88之上。而且，偏心支柱材料85可由例如钢框架材料制成。
在地震期间，通过滞后阻尼，滞后剪切减震器86吸收振动能量，并在与桥轴线垂直交叉的方向上迅速减少高架桥的振动。
滞后剪切减震器86可通过形成许多普通薄钢板上的狭长切口来构成，或者可由超柔钢制成，最好情况需要时布置加强刚性肋并防止局部弯曲。滞后剪切减震器86可拆卸的在偏心支柱材料85和梁83之间连接，因此在保养期间可更换减震器。
反V形偏心支柱材料85的两端可钉住例如柱82的平分点附近。
高架桥下部构造81这样构成，即它使塑性铰在大地震中在柱82的上端和下端内产生。在这种情况下，柱82的曲率只在上端和下端产生，每个柱82在中部基本上线性倾斜。
而且，如图20所示，由于滞后剪切减震器86承受线性倾斜柱82引起的强制变形，在滞后剪切减震器86内产生的相对水平变形量δd减小到小于在RC刚性框架84内产生的整体水平变形量δ，这是基于偏心支柱材料85的端部的连接高度比，即(h’/h)(h；从柱82的腿部到梁83的高度，h’；从柱82上的支柱连接位置到梁83的高度)，和(h’/h)δ的结果。
特别是，当偏心支柱材料85的端部正好钉住柱82的平分点上时，在滞后剪切减震器86内产生的相对水平变形量δd基本上是在RC刚性框架84内产生的水平变形量δ的1/2。
因此，在这种情况下，RC刚性框架84的变形是传统量的两倍，且滞后剪切减震器86不会破坏。RC刚性框架84的延展性可充分利用。
另外，由于偏心支柱材料85钉住柱82，在偏心支柱材料的端部不可能产生弯矩，因此，不可能端部承受销接位置的弯曲破坏。
随后，为了设计本发明的作为抗震框架的高架桥下部构造81，第一高架桥下部构造81分解成如图21所示的RC分析模型89和减震器与支柱组件分析模型90。考虑到整个系统与RC刚性框架84和减震器与支柱组件(偏心支柱材料85和滞后剪切减震器86)混合不适合实际使用，因此对此加以完善，这是因为模型复杂而且困难，分析时间加长。
这里，RC刚性框架84在柱82的上端和下端塑化，并且如图21所示，RC刚性框架的柱顶部和柱腿部由转动弹簧91代替，在这种条件下形成RC分析模型89。
另外，转动弹簧91相对于位移(转动量)是非线性弹簧，在具有小转动量区域，即在弹性区域，具有对应于刚性接头的较大的刚性，但当变形发展时塑化，在大变形区域具有小的刚性。
另一方面，在减震器与支柱组件分析模型90中，柱82和梁83用虚刚性柱92和虚刚性梁93代替，相互销接，滞后剪切减震器86夹在虚刚性梁93和偏心支柱材料85的上端之间。
这里，由于在柱82的上端和下端RC刚性框架84塑化，柱82只在其上端和下端具有曲率，在中部位置线性倾斜。因此，变形后的RC刚性框架84根据柱82钉住在偏心支柱材料85上的位置的比率，即在上述实例中为(h’/h)，从而使滞后剪切减震器86强制变形，结果，滞后剪切减震器86导致(h’/h)δ的变形。
因此，用虚刚性柱92和虚刚性梁93代替柱82和梁83，相互销接，并将滞后剪切减震器86置于虚刚性梁93和偏心支柱材料85的上端之间，这具有足够的工程适合程度。
在以这种方式结束RC分析模型89和减震器与支柱组件分析模型90的建模，作用在高架桥下部构造81上的设计外力P分配到RC分析模型89和减震器与支柱组件分析模型90上。特别是，Pdb作用在减震器与支柱组件分析模型90上，Prc(Prc＝P-Pdb)，单独进行弹塑性分析，随后，根据分析结果进行截面设计，对高架桥下部构造81的整个性能求值作为叠加分析的结果。
这里，当滞后剪切减震器86的荷载变形特征(相对于相对位移量δ的荷载曲线)限定为Hb，强制相对变形(h’/h)δ进入滞后减震器86，减震器与支柱组件分析模型90的负荷Pdb由强制变形自动确定，并且可表示为(h’/h)Hb。
从该方程可知，当确定(h’/h)时，减震器与支柱组件分析模型90的负荷Pdb由减震器荷载位移特征Hb单独确定。
图22是通过上述所谓的简单方法验证设计的适当程度所获得的结果的图。图22表示荷载位移曲线，其中纵坐标表示作用在RC刚性框架上的荷载，横坐标表示产生的位移，通过设定(h’/h)为约0.6，设定RC刚性框架的负荷Prc为(P-0.6Hb)，并根据上述简单方法绘制分析结果，从而得到一条实线，通过仅去掉RC刚性框架并绘制荷载位移关系来得到虚线。
如图22所示，RC刚性框架的实际荷载位移关系(虚线)显著的满足并符合由上述简单方法得到的荷载位移关系，据说简单方法的适当程度已经充分证实。
如上所述，根据本实施例的抗震框架结构，由于偏心支柱材料85的两端与柱82的中部位置附近连接，根据偏心支柱材料85的端部的连接高度的比率(h’/h)，在滞后剪切减震器86内产生的相对水平变形量减少到小于RC刚性框架84内产生的水平变形量。例如，当端部正好与柱的平分点连接时，该量减小，以提供RC刚性框架84内产生的水平变形量的基本上一半。
因此，有可能使RC刚性框架84变形到传统变形量的两倍的变形量，并充分利用延展性，通过滞后剪切减震器86的滞后阻尼从而与振动能量吸收作用的协同作用，有可能通过更合理的截面设计而不需要大截面的设计，以确保充分地抵抗大地震。
而且，根据本实施例的抗震框架结构，由于偏心支柱材料85钉住到柱82上，因此，在偏心支柱材料85的端部不可能产生弯矩，这样，可预先防止在销接位置的偏心支柱材料的端部的弯曲破坏。
而且，根据本实施例的抗震框架结构，由于反V形偏心支柱材料85的两端粘合到一对柱82，82的中间高度位置附近，在偏心支柱材料85下确保具有大空间。
因此，在偏心支柱材料85下的空间可用作设置商业运营铁路，并可能以其它不同方式有效的利用。
另外，根据本实施例的抗震框架结构，由于反V形偏心支柱材料85布置在RC刚性框架84的结构平面内，通过与桥轴线垂直交叉的水平方向上的偏心支柱材料85，与此同时不需要安装任何基础梁，足以确保满足刚度要求。
而且，根据本实施例的抗震框架结构的设计方法，尽管在已有技术中必须在复杂的结构模型混合有RC刚性框架84和减震器与支柱组件(偏心支柱材料85和滞后剪切减震器86)，RC刚性框架84和减震器与支柱组件可独立和单独的以类似方式进行分析，在设计工作中可获得显著有效的简单设计方法。
在本实施例中，偏心支柱材料85具有反V形，但如图23所示，替而代之的是，可采用V形偏心支柱材料95，其下端可通过滞后剪切减震器86与基础梁94连接，该基础梁94用于连接基础88，88，柱82垂直布置在该基础88，88上。
即使在这种结构中，抗震框架结构的效果与上述实施例的效果类似。
而且，对于设计方法，可以与上述程序类似的程序进行设计。特别是，首先，作为抗震框架结构的高架桥下部构造81分解成两个，并且如图21所示的RC分析模型89和减震器与支柱组件分析模型90相类似模型化。
这里，RC分析模型可与以下方式获得的RC分析模型89类似，即假定RC刚性框架84在柱82的上端和下端塑化，并用转动弹簧91代替RC刚性框架的刚性接头(柱顶部和柱腿部)。
另一方面，通过用虚刚性柱92和虚刚性梁93来代替柱82和梁83，使柱相互钉住，而且，如图24所示，用虚刚性基础梁96代替基础梁94，将该梁钉住到虚刚性柱92的腿部，以及将滞后剪切减震器86夹在虚刚性基础梁96和偏心支柱材料95的上端之间，从而考虑和获得该减震器与支柱组件分析模型。


为了设计高架桥的下部构造，首先下部构造的目标延度系数μ