专利名称：抗震加固结构的设计分析方法和存储介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于管道支架的抗震加固结构的设计分析方法，该管道支架用于支撑例如天然气(LGN)储存设备厂中的能量输送管道，还涉及一种存储程序模块的存储介质，用于使计算机运行分析。
例如，作为对于现存的钢框架钢筋混凝土结构的抗震加固方法，已经有人提出包括使钢筋与浇注的混凝土很好地握裹来提高柱构件的强度的方法，和用钢板加强柱构件的设计方法，以及类似的方法等等。
然而，在传统的应用于管道支架和类似物的设计操作中，直到管道支架最终超出我们考虑的范围而破坏，对构件例如梁、柱或者支撑的选择不是采用极限载荷(实际强度)进行的。也就是说，对于结构和其承受外力之间的关系来说，所选择的构件有时具有足够的强度，有时没有足够的强度，在设计阶段没有反映出定量的估价。
作为一个用于支架结构的传统的抗震加固方法中存在的问题是，当通过将加强板与位于钢柱下端的柱与梁之间的节点部分相连接，或者通过浇注钢筋混凝土柱脚而使钢柱柱基与基础刚性地进行连接时，柱基支座由铰支支座改变为固定支座，剪力或者弯矩通过位于柱基和加强板之间或者钢筋混凝土的新的连接传递到基础。传递到基础的剪力或者弯矩随着地震力大小的增加而增大。因此，如果钢柱柱基与基础是刚性连接的话，基础本身不能承受高于其允许应力强度的应力，从而会破坏。
传统的用于基础的强度设计能够确保具有抵抗轴向力(一种沿构件的轴向作用的载荷)的足够的安全系数，但是抵抗弯矩的安全系数与抵抗轴力的安全系数相比较来说却没有足够的富余。因此，当基础的允许应力有一些富余时，最好采用将一块盖板施加于柱或者梁来进行加固的抗震加固方法。然而，当基础的允许应力的设计只有很小的余地时，简单地采用盖板来加固柱或者梁的方法不是最好的选择。
在传统的管道支架的设计中，直到管道支架最终超出我们考虑的范围而破坏，对构件例如梁、柱或者支撑的选择不是采用极限载荷(实际强度)来进行的。也就是说，对于支架结构和其承受的载荷之间的关系来说，所选择的构件有时具有足够的强度，有时没有足够的强度，在设计阶段，直至整个管道支架破坏，并没有反映出对于载荷条件和构件选择的定量估价。
另外，在结构设计中，对于管道支架的极限载荷进行定量估价很重要，通过抗震加固扩展弹性区和塑性变形区，从而可以提高管道支架的抗震性能。然而，对这些因素进行定量估价很困难，这种估价也是基于设计人员的经验得出的。
本发明的目的是提供一种以延性系数比为基础的估价载荷度的设计分析方法，该载荷能够由具有采用混凝土柱脚的抗震加固结构的管道支架来平衡，定量地获得作为管道支架的构件的每一根柱、梁或者支撑的体现载荷增加的载荷系数(地震烈度)和允许应力强度比(σ/f)之间的关系，由所给定的设计条件来确定每一构件或者整个结构破坏的极限载荷，并且提供一种存储程序模块的存储介质，用于使计算机运行分析。
为了达到上述目的，按照本发明的抗震加固结构的设计分析方法和存储介质的主要特征如下。
也就是说，一种抗震加固结构的设计分析方法，其特征在于包括选择步骤，根据构件的允许应力强度比对抗震加固结构的构件进行选择；延性系数比的调整(set)步骤，调整允许作为所选择构件的抗震加固的变形放大率的延性系数比；载荷系数计算步骤，以所调整的延性系数比为基础，计算在塑性范围内作用于所选择的构件上的载荷的增加；计算步骤，计算在塑性范围内相应于载荷的增加的允许应力强度比；以及确定步骤，当将所计算的允许应力强度比限定为最大值时，确定在塑性范围内相应的载荷增加为所选择的构件破坏时的极限载荷。
在该抗震加固结构的分析方法中，允许应力强度比的最大值最好为1.0。
在该抗震加固结构的分析方法中，在该抗震加固结构中，在柱构件的基础与采用混凝土柱脚的加强构件之间设置有减震部件的抗震加构的延性系数比最好不小于3.0。
在该抗震加固结构的分析方法中，在选择步骤中，最好将由抗震加固结构支承的物体的载荷用作构件选择的一个条件。
在该抗震加固结构的分析方法中，在确定步骤中，对于由多种类型的构件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，并且将其中最小的极限载荷值确定为该抗震加固结构的极限载荷值。
在该抗震加固结构的分析方法中，在确定步骤中，最好是，对于由主要构件和用于加强主要构件的加强件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，当主要构件的极限载荷大于加强件的极限载荷时，则将主要构件的极限载荷确定为该抗震加固结构的极限载荷。
在该抗震加固结构的分析方法中，最好是，主要构件包括梁或者柱构件，加强件包括支撑构件。
一种用于存储使计算机实施抗震加固结构的设计分析方法的程序模块的存储介质，包括选择模块，用于根据构件的允许应力强度比对抗震加固结构的构件进行选择；延性系数比调整模块，用于调整允许作为所选择构件的抗震加固的变形放大率的延性系数比；载荷系数计算模块，用于以所调整的延性系数比为基础，计算在塑性范围内作用于所选择构件上的载荷的增加；计算模块，用于计算在塑性范围内相应于载荷的增加的允许的应力强度比；以及确定模块，用于当将所计算的允许应力强度比限定为最大值时，确定在塑性范围内的相应的载荷增加为所选择的构件破坏时的极限载荷。
在该存储介质中，允许应力强度比的最大值最好为1.0。
在该存储介质中，于抗震加固结构中，在柱构件的基础与采用混凝土柱脚的加强构件之间设置有减震部件的抗震加固的延性系数比最好不小于3。
在该存储介质中，在选择模块中，构件的选择处理最好是通过将由抗震加固结构支承的物体的载荷用作构件选择的一个条件来执行。
在该存储介质中，在确定模块中，最好是，对于由多种类型的构件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，并且将其中最小极限载荷定确定为该抗震加固结构的极限载荷。
在该存储介质中，在确定模块中，最好是，对于由主要构件和用于加强主要构件的加强件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，当主要构件的极限载荷大于加强件的极限载荷时，则将主要构件的极限载荷作为该抗震加固结构的极限载荷。
一种抗震加固结构的设计分析方法，包括以下步骤
以由上述的设计方法所确定的极限载荷为基础，对所选择的构件进行设计；以及通过在所设计选择的柱构件的基础和采用混凝土柱脚的加强件之间提供减震部件来对抗震加固进行设计，所述加强构件用于加强基础。
本发明的其它特征和优点将在下面参照相关附图的描述中变得十分清楚，其中在所有的附图中，相同的附图标记代表相同的或者类似的部件。
图1A是在加固前由钢柱形成的管道支架的整个结构的平面图；图1B是在加固前管道支架的整个结构的前视图；图1C是在加固前管道支架的整个结构的侧视图；图2是管道支架1的未被加固的柱基的下端侧面的放大图；图3是当从图2中的箭头所示的方向看时，示于图2中的柱基下端的连接部件的视图；图4是管道支架1的柱基的放大图，它由采用混凝土柱脚的加固结构来进行加固；图5是当从图4中的箭头所示的方向看时，管道支架1的柱基的剖面图，它由采用混凝土柱脚的加固结构来进行加固；图6是在管道支架1的柱基处设置金属应变片13a至18a的布置图，用于在加固前进行抗震测试；图7是在管道支架1的柱基处设置金属应变片13b至18b的布置图，用于在加固后进行抗震测试；图8A是由对用于非抗震加固结构的模块A进行静载荷试验所获得的载荷-位移曲线图；图8B是由对用于抗震加固结构的模块B进行静载荷试验所获得的载荷-位移曲线图；图9是显示静载荷试验的结果表，也就是说，直至支架结构屈服的位移(屈服位移xy)的测量结果和直至支架结构破坏的位移(最大位移xu)以及延性系数μ(＝xu/xy)之间的比较表；图10是与网络相连接的信息处理装置的原理布置的方框图；图11A是用于解释按照本发明的一个实施例的抗震加固方法的程序步骤的流程图；图11B是用于解释按照本发明的一个实施例的抗震加固方法的详细的程序步骤的流程图；图12A是显示框架结构的恢复力特性中的完全的弹-塑性变形图；图12B是显示框架结构的恢复力特性中的滑移变形图；图13A是当水平载荷(P)作用于结构上时产生的水平位移(δ)图；图13B是用于解释存储的弹性能量和弹-塑性能量之间的关系图(弹性恢复力的面积△OAB等于弹-塑性恢复力的面积□OCDE)；图14是用于解释所选择的构件的载荷系数和允许应力强度比之间的关系曲线图；图15是显示构件特性数据内容的表格。
<抗震加固结构的描述>
下面将参考相关的附图描述应用于管道支架的抗震加固方法。图1A至图1C所示的是在加固前的管道支架1的整个结构。图1A是由钢柱2a(例如H型钢)所形成的管道支架1的平面图，图1B是管道支架1的前视图，图1C是管道支架1的侧视图。每一个钢柱2a位于基础3之上，如图1B和1C所示。梁2b固定于两个柱2a之间，由支撑构件2c进行加固。
图2是管道支架1的未加固的柱基的下端侧面的放大图。图3是当从图2中的箭头所示的方向看时，图2中所示的柱基的下端的连接部件的视图。图2和图3显示的是一种状态，其中未加固的钢柱2a焊接到底板4上，并且用地脚螺栓5与基础3相连接。
图4是管道支架1的柱基放大图，它由采用混凝土柱脚的加固结构来进行加固。图5是当从图4中所示的箭头方向看时，管道支架1的柱基剖面图，它由采用混凝土柱脚的加固结构来进行加固。在管道支架的基础上形成抗震加固结构(混凝土柱脚12)的程序将在下面参考图4进行描述。
混凝土柱脚(the concrete portion with pedestal fundation)12是通过将用于固定混凝土柱脚12的地脚螺栓9固定于基础3上来形成的，沿基础3布置顶部钢筋8和箍筋6，然后沿钢柱2a布置用于形成预定间距10的模板，最后浇筑混凝土。下一步是将沿钢柱2a所埋入的模板移走，从而沿钢柱2a形成间距10。将这样获得的间距10用预先选择好的填充料(例如隔振橡胶)进行填充，从而形成混凝土柱脚的加固结构。
<由抗震加固结构进行加固的管道支架>
<抗震性能的评估>
为了检验具有混凝土柱脚的抗震加固结构的管道支架1的加固效果，通过将一静载荷施加于非抗震加固结构的支架(指下文的“模型A”)和抗震加固结构的支架(指下文的“模型B”)上来实施一静载荷试验，从而获得超过构件例如梁，支撑和柱的屈服点的强度(极限强度)。
下面将参考图6和7来描述该静载试验。
图6是在管道支架1的柱基处设置金属应变片13a至18a的布置图，用于在加固前进行抗震试验。图7是在管道支架1的柱基处设置金属应变片13b至18b的布置图，用于在加固后进行抗震试验。静载荷P水平地施加于图1B所示的模型A的梁上，当载荷P逐渐增大时，用应变片测量所发生的位移。载荷P还施加于模型B的相同的位置处。
<屈服位移、最大位于和延性系数之间的比较>
图8A和图8B所示的是由静载荷试验所获得的模型A和模型B的载荷-位移曲线图。按照该试验可以推测，在非抗震加固结构的模型A中，每一个构件的应力是随载荷的增加而逐渐增大的，地脚螺栓在25KN(图8A中的点A1)的载荷处超过了屈服点，并且在58KN(图8A中的点B1)的载荷处进入塑性区。之后，随着载荷继续增大，只有应变增加，地脚螺栓在67KN的载荷处发生脆性断裂。该点被视为模型A的破坏点(图8A中的点C1)。可以确定，非抗震加固结构的管道支架的极限强度是由地脚螺栓的强度来确定的。
另一方面，在具有抗震加固结构的模型B中，可以确定，构件由于按照加载方向的受压支撑和梁柱的顺序进行加载，超过了屈服点。受压支撑在160KN(图8B中的点A2)的载荷处超过了塑性区。之后，当继续加载时，只有位移增加，支撑在170KN的载荷处完全屈曲。由于地脚螺栓的强度随着在柱脚(图4)上的混凝土柱脚的增加而增大，柱和梁用钢板进行加固，受压侧支撑首先屈曲。支撑在142mm(图8B中的点C2)的位移处断裂。这就是模型B的破坏点。
按照图8A和图8B所示的曲线，非抗震加固结构的模型A(图8A)的屈服点不是很明显，而具有抗震加固结构的支架的屈服点则很明显(图8B)，也就是说，直至最后断裂，其特性明显地不同于图8A。
图9是显示静载荷试验的结果表，也就是说，直至支架结构屈服的位移(屈服位移xy)和直至支架结构破坏时的位移(最大位移xu)和屈服位移与最大位移之比的延性系数μ(＝xu/xy)之间的比较表。参见图9，具有抗震加固结构的模型B的延性系数大约为非抗震加固结构(模型A)的延性系数的三倍(13.7/4.4＝3.11)。延性系数之比将被称为“延性系数比”。
具有抗震加固结构的结构延性系数比指的是变形放大率，对于非抗震加固结构，指的是在该点处结构能够变形(包括弹性区和塑性变形区)。延性系数比增大到三倍意味着需要三倍的能量(由载荷-位移曲线所包围的面积)，直至结构由于载荷的增加而破坏，也就是说，结构破坏需要增加三倍的能量。
图8A和图8B表示由静载荷加载所获得的位移。施加振动载荷所发生的位移小于静载荷试验的位移。这是由于所施加的振动载荷作用于每一个构件上而引起了应力损失。因此，在设计支架时，主要考虑静载荷。
如图4和5所示，在该实施例中，沿钢柱2a在大约10至15mm的间隙中布置减振部件10，减震部件10用一种具有很高的抗压强度的填充料进行填充，其膨胀/收缩很小，能够吸收由于弯曲变形产生的应力，尤其是，可以采用沥青乳胶模压成的条形板(减振材料)作为一种条形材料用于混凝土。
填充料并不限于上述的材料，可以使用任何弹性或者塑性变形的材料，例如各种包括隔振橡胶的橡胶材料，聚合材料例如环氧树脂，金属材料例如铝板，铝合金板和锌板，合金材料或者例如包含石油或者煤的沥青材料等。
也就是说，当外力作用其上时，可以使用任何能够吸收钢柱基础的弯矩的材料。也可以使用任何结构或者形状的构件，只要它能够极大地降低从柱基传递至基础的弯矩即可，它是通过以下措施来实现上述功能的，即在混凝土柱脚和柱基的下端侧面之间形成间隙，而不是直接与之相连，用填充料填充间隙以降低混凝土柱脚和柱基的下端侧面之间的界面粘结力，并且允许钢柱柱基在吸收了大部分的由填充料和混凝土柱脚在柱基中产生的弯矩时而发生弯曲变形。
当此结构没有由混凝土柱脚进行加固时，具有减震部件10的带柱脚(图4)的混凝土柱脚12还具有防止基础3由于从柱构件2a传来的应力而引起破坏的功能。由于具有这种功能，从柱构件2a传递至基础3的应力通过减震部件10和混凝土柱脚12被消除。当混凝土柱脚12具有这种功能时，传递至基础3的应力减小。因此，由基础3所负担应力随之减小，从而可以防止基础3发生任何破坏。
<考虑塑性时的抗震加固结构的设计分析方法>
支架的载荷-位移特性很明显地依赖于有/没有抗震加固结构(图8A和图8B)而变化。屈服位移和最大位移将从图9所示的试验数据进行比较。当形成的是非抗震加固的结构时，屈服位移为1.38mm。当形成的是具有抗震加固的结构时，屈服位移为10.36mm。也就是说，直到屈服时的弹性范围增加大约7.5倍(＝10.36/1.38)。
将屈服后的最大位移进行比较。当形成的是非抗震加固的结构时，最大位移为6.12mm。当形成的是具有抗震加固的结构时，屈服位移为142mm。直到构件断裂，塑性变形增加大约23.2倍(＝142/6.12)。如上所述，当形成的是具有抗震加固的结构时，弹性区和塑性变形区均变宽。
在抗震加固结构的设计分析方法中，可以估算出支架直至断裂时，其抗震性能由于加固而增强的极限载荷，由极限载荷计算出设计载荷(使用载荷)。
另外，对载荷进行粗算以获得梁、柱、支撑和类似构件的允许应力强度比，从而确定所选择的构件是否恰当。
通常，在设计阶段考虑极限断裂的条件下来反映塑性变形和载荷条件是很困难的，这是由于它们的非线性特性的原因。在本实施例中，塑性变形接近完全的弹-塑性模型，被认为等同于弹性变形，其中储存在变形模型(由载荷和位移确定)中的能量表现为线性特性，在该能量为常量的条件下，将载荷条件和位移条件作为设计中的约束条件。
在设计区逐渐变宽至极限塑性区中，获得允许应力强度比(σ/f)和用于确定载荷增加与屈服载荷(产生屈服位移的载荷)比的载荷系数(地震烈度)之间的相互关系，以及选择满足设计条件的支架的构件(梁、柱和支撑)的方法将在下面进行描述。
<抗震加固设计的程序>
图11A是用于解释按照本实施例的抗震加固方法的处理步骤的流程图。
<步骤S1101>
在步骤S1101中，确定是否已经进行了支架的结构计算。
如果没有执行结构计算(S1101-否)，则程序进入步骤S1190和S1195，执行管道支架的结构计算和支架基础的设计计算。
如果已经执行了管道支架的结构计算(S1101-是)，则程序进入步骤S1103。
图10是表示与网络相连接的信息处理装置的示意结构的方框图。与用于管道支架的结构计算有关的支架规格信息由输入设备1007例如键盘或者鼠标输入，并且存储进信息处理装置的RAM 1004b和辅助存储设备1004c中。在OS 1002的控制下由CPU 1010执行自动运算程序。
<步骤S1103>
在步骤S1103中，从基于结构计算的分析结果校核支架构件(梁，柱和支撑)的允许应力强度比。存储在信息处理装置(图10)的辅助设备1004c中的构件特性数据中存储了所有的单个构件的独一无二的信息，包括剖面形状，尺寸，弯矩(M)，剪力(Q)，屈曲长度(lb)，允许弯曲应力(fσ)，允许剪应力(fs)，以及允许应力强度比(σ/f)，如图15所示。当允许应力强度比按照对构件选择的参数调整为在预定范围时，则对数据库进行访问，将落在允许应力强度比例如0.9≤□/f≤1.0的范围内的那些构件选择出来。
结果显示于显示设备1006例如信息处理装置的显示板上。设计人员可以依据所显示的构件信息选择或者改变构件。
<步骤S1104>
在步骤S1104中，输入由管道支架支承的大直径管道的支点。当将支架的载荷条件考虑进去作为输入支点的梁构件时，允许应力强度比从第一设定范围，例如0.8≤□/f≤1.0开始降低，从而可以选择一种作为抗震加固结构的构件。
然而，抗震加固的允许应力强度比的范围并不局限于上述范围，可以任意调整。
<步骤S1105>
在步骤S1105中，以结构计算(步骤S1190和S1195)的结果，允许应力强度比(S1103)的校核，以及支点设定(S1104)为基础，最终选择出承受抗震加固的构件。
<步骤S1106>
在步骤S1106中，对在步骤S1105中选择出的构件进行抗震加固设计。从允许应力强度比和载荷系数的关系曲线中，确定用于该抗震加固设计的载荷系数和允许应力强度比。按照图11B中的流程表运行详细的程序。抗震加固设计的详细的程序步骤将参考图11B中的流程表来进行描述。
<步骤S1201>
在图11B所示的步骤S1201中，对用于由所选择的构件形成的管道支架的延性系数比进行调整。该参数定义为延性系数比＝(抗震加固结构的延性系数)/(非抗震加固结构的延性系数)。
延性系数比对于计算用于确定设计载荷的余量的安全系数设计一个很重要的因素，也就是说对于确定载荷系数和在塑性区确定极限载荷是很重要的一个因素。结构模量和延性系数比的关系将在下面进行描述。
<结构模量和延性系数比>
框架结构中的恢复力特性取决于构件的结构、构件的连接方法以及载荷(P)和位移。至于在框架结构(当恢复力不存在时)破坏时的累积塑性变形量，在完全弹-塑性类型(图12A)、滑移类型(图12B)或者具有完全弹-塑型和滑移型的组合后的恢复力特性的振动类型中，由于累积塑性变形的正负反应值几乎相等，故可吸收的塑性应变能量UWP给定如下UWP＝2QyδB(1)其中δB结构断裂时的层间位移。
当采用累积塑性变形的放大率η来估价框架的变形能力时，等式(1)可以这样表达η＝δB/δY (2)其中δY框架屈服时的层间位移。
实际中的管道支架是一个接近两层的结构。基于这个原因，当框架结构的每一层的恢复力特性用完全的弹-塑性变形来代替时，直至结构破坏时，第一层的能量吸收量UWPt由下式给出UWP1＝(Mg2T2/4π2)×2C1α21η1(3)其中C11/x1x1K1/keqkeq4π2M/T2T第一顺序固有期K1第一层的弹性常数α1第一层的屈服剪力系数Qy第一层的屈服强度η1第一层的累积塑性变形的平均放大率。
UWP1和直至管道支架的第一层破坏时的整个框架所吸收的塑性变形总能量UWP之间的关系由下式给出UWP＝α1-UWP1(4)因为α1能够表达为结构的每一层的强度分配，刚度分配和面积分配的函数，所以弹性振动能量可以表达为We＝(Mg2T2/4π2)×(α21/2) (5)利用等式(1)至(5)，可以得出结构破坏时第一层的屈服剪力系数α1为α1＝1/(1+4C11)(1/2)×2πVD/gT (6)其中VD速度谱(velocity spectrum)因此，第一层所需的极限强度的下限值Qun1为Qun1＝α1W (7)其中W结构总重＝Mg。
按照日本建筑标准，等式(7)可以改写为Qun1＝DsFesQud1 (8)当Qud1＝ZRtC0W和Fes＝Z＝1.0时，由等式(7)和(8)我们可以得出α1＝DsRtC0(9)等式(9)可以基本上被视为加速度反应谱(acceleration responsespectrum)。加速度反应谱和速度反应谱VD之间的关系为RtC0g＝(2π/T)VD(10)当以等式(10)为基础对等式(6)和(9)进行比较时，结构模量Ds给定如下Ds＝1/(1+4C11)(1/2)(11)将其最终作为管道支架的塑性系数。
由于在抗震试验中所获得的支架的延性系数比大约为3.0，因此可以将该值作为计算中所用的变形放大率。另外，可以将延性系数比设定为任意常量。
正如在本发明的实施例中所述的，采用用于柱构件基础的减振构件的抗震加固方法能够使结构具有使弹性区和塑性变形区变宽的结构特性和抗震特性。因此，与已有技术相比较能够使材料选择和设计载荷的范围变宽。
<步骤S1202>
在图11B所示的步骤S1202中，以在步骤S1201中确定的延性系数比为基础，考虑管道支架的极限载荷的塑性设计的载荷系数以等式(11)为基础进行计算。
在抗震试验中所获得的支架的延性系数比大约为3.0。当将该值代入等式(11)中时，结构模量Ds为Ds＝0.33 (12)等式(12)的数值是一个落在由日本建筑标准所确定的结构模量的允许范围之内的恰当的值，日本建筑标准给定为Ds＝0.3至0.55(13)结构模量是一个在计算结构的固有强度中由结构的形状所确定的数值。在设计中考虑极限强度时，固有强度设计成可以防止结构产生破坏，即使在结构构件超过屈服点应力时。因此，支架的塑性设计的载荷系数Ce大约为1.3(＝1.0+结构模量Ds 0.33)，也就是说Ce1.3 (14)Ce值在用于设计载荷中有安全系数的含义。将设计载荷乘以安全系数所得的载荷值作为极限载荷。
<步骤S1203>
在步骤S1203中，运行获得载荷系数(地震烈度)和允许应力强度比(σ/f)的关系的程序。这种关系是在假定模型的基础上获得的，其中当支架结构中发生塑性变形时，载荷和塑性变形之间的关系大致就是所谓的完全的弹-塑性模型，直至破坏(其作用由载荷和位移体现)，当支架的特性用一个弹性构件代替时，其能量几乎等于恢复力(能量)。
也就是说，当水平载荷作用于结构时(图13A)，在力的作用位置，水平力X和水平位移δ之间的关系可以简化为图13B所示的关系曲线，其中弹性恢复力的面积△OAB等于弹塑性恢复力的面积□OCDE。由抗震试验获得的弹塑性恢复力特性与图13B所示的OCD曲线相一致。
在日本的建筑标准中这样规定(1)在计算每一个构件的截面时，所允许应力强度比(σ/f)必须小于1.0，以及(2)虽然延性系数比很大，但是允许应力强度比从来不会大于1.0，例如1.3。
塑性设计用于校核一个结构在抵抗极限载荷时是否安全，极限载荷是通过将所作用的载荷乘以载荷系数来获得的。也就是说，执行设计，以便通过将用于允许应力强度比的设计载荷(作用载荷)乘以载荷系数(安全系数)来确定极限载荷，以及载荷的放大值等于主框架结构破坏时的载荷(破坏载荷)。
在步骤S1203中，可以获得用于每一个所选择的构件的允许应力强度比和载荷系数之间的关系，如图14所示。
载荷的增加，与用于设计载荷(作用载荷)的载荷系数相一致，它是由使塑性区的位移增加的屈服水平载荷Py所引起，其用使弹性变形增加的载荷来代替的，作为图13B中的从C点(Py，δy)增大到A点(PE，δE)的载荷。当允许应力强度是用来计算载荷的增加时，可以获得与载荷系数相对应的允许应力强度比。
由于延性系数比因采用抗震加固结构而提高，所以弹性变形和塑性变形的范围变宽。因此，可行的设计范围也超过了弹性范围(屈服点)和塑性范围内的载荷增加，以及相应于载荷的增加的允许应力强度比。
然而，对于载荷的增加，日本建筑标准规定允许应力强度比不超过1.0，正如上面所描述的。
关于抗震加固的效果，可行的设计范围变宽。如果相应于选择好的构件的允许应力强度比的最大值(上限值)为1.0的话，载荷系数可以规定为构件断裂的极限载荷。在最大值处充分利用可行的设计范围的极限设计法已经很可行。
<步骤S1204>
在步骤S1204中，以在步骤S1203(图14)中所获得的载荷系数和允许应力强度比为基础，可以确定设计载荷，以及所选择的每一构件是否均恰当。
(1)参考所选择构件的允许应力强度比的上限值1.0，可以确定相应于它的载荷系数。当极限载荷确定之后，可以得到设计载荷，以及确定作用于管道支点处和类似处的载荷条件是否恰当。
例如，校核图14中的支撑构件。当允许应力强度比为1.0时，载荷系数为1.57。在这种情况下，相对于基准载荷系数1.0(设计载荷)来说，载荷增加了大约57％。当所施加的载荷更大时，支撑构件破坏(屈曲)。将设计载荷(作用载荷)乘以安全系数所得到的载荷即为极限载荷。因此，当得出了载荷系数(安全系数)时，就可以定量地掌握允许设计载荷了。
从图14中所示的关系曲线，可以得出相应于1.57的载荷系数的梁构件的允许应力强度比为0.94。同样地，柱构件的允许应力强度比为0.9。二者的允许应力强度比均小于1.0并且还有富余。
另一方面，对于梁构件，当允许应力强度比为1.0时，其载荷系数大约为1.68。对于柱构件，即使当载荷系数超过1.70时，允许应力强度比仍旧小于1.0并且还有富余。
在包括梁、柱和支撑构件的管道支架中，即使在相应于1.57的载荷系数的载荷作用，支撑屈曲时，柱构件也不会达到其极限载荷，支架结构仍然会很稳定。
在所确定的用于管道支架的多种类型的构件的极限载荷中，将最小值作为该结构的极限载荷值。
然而，如果管道支架的主要构件的极限载荷大于加强件例如支撑构件的极限载荷的话，则将主要构件的最小的极限载荷值确定为该支架结构的极限载荷值。
(2)相反地，所选择的构件是否落在预定的允许应力强度比(σ/f)的范围内，可以通过参考载荷系数来确定。
例如，现在校核图14中的柱构件。当载荷系数为1.5时(载荷增加50％)，柱构件的允许应力强度比(σ/f)为0.88。也就是说，即使当载荷增加50％时，柱构件的允许应力强度比仍然小于1.0(上限值)并且有富余。如果0.88的值落在所给定的允许应力强度比的设计自由度内的话，则此柱构件满足设计条件。
如果所选择的构件不合适的话，程序返回执行步骤S1103和S1104，以选择构件并且重新调整条件，比如载荷条件(S1103和S1104)。
当确定了极限载荷时，继续确定是否所选择的每一种材料恰当，如上所述，程序继续向前执行图11A中的步骤S1107。
<步骤S1107>
在图11A的步骤S1107中，对每一构件的变量信息进行测量，例如每一个抗震构件的倾斜或者弯曲度，对结果进行处理。
<步骤S1108>
在步骤S1108中，创建管道支架图。
<步骤S1109>
在步骤S1109中，执行用于抗震加固工作的整平处理(planningprocessing)。
<步骤S1110和S1111>
在步骤S1110中，按照基础设计计算(步骤S1195)校核在基础中产生的设计应力。在步骤S1111中，将基础中产生的预定应力选择为抗震加固的目标。
<步骤S1112>
在步骤S1112中，对在步骤S1111中选择的基础部分进行抗震加固设计。作为一种抗震加固的方法，参照图4和5确定用于所述方法的加强件的尺寸。
作为该设计分析方法，可以使用任何结构和形状的构件，只要它能够满足如下条件，即通过在混凝土柱脚和柱基之间形成间隙，而不是直接相连，用填充料填充间隙以降低混凝土柱脚和柱基之间的界面的粘结力，允许钢柱当吸收了大部分的由填充料和混凝土柱脚在钢柱柱基中的弯矩而产生的外力的作用而产生弯曲变形，从而极大地降低从柱基传到基础的弯矩。
填充料的材料并不局限于隔振橡胶，可以使用任何弹性材料或者塑性变形的材料，例如各种橡胶材料，聚合材料例如环氧树脂，金属材料例如铝板，铝合金和锌板，金属合金材料或者例如包含石油或者煤的沥青材料。也就是说，当外力作用时，能够吸收钢柱柱基的弯矩。
所述间距可以空开而不一定用填充料来填充。在这种情形下，当外力作用于间隙的空隙部分时，吸收钢柱柱基的弯矩的效果降低。然而，与间隙中填充有填充料的情形相比，钢柱柱基的弯矩变形允许的范围可以通过间隙的空隙部分而变宽，该弯矩变形是由外力的作用而产生的。因此，在钢柱柱基产生的弯矩和从柱基传到基础的弯矩会由于间隙的空隙部分而减小。上述的两种结果，即使当间隙中空开时，仍希望填充有填充料。
<步骤S1113>
在步骤S1113中，执行在步骤S1112中所做的加固设计的图形生成程序。
在图10中所示的信息处理装置中，在OS 1002的控制下，由CPU 1010执行图11A和图11B中所示的流程表的程序。在校核每一构件(步骤S1103)的允许应力强度比时，对构件特性数据进行访问，可以存储在辅助存储设备1004c中，例如信息处理装置中的硬盘中或者ROM 1004a中。另外，也可以通过与网络(1005)相连接，将数据传送/接受到另一个信息处理装置，或者从另一个信息处理装置传送，可以使用经过恰当修改过的数据。
在本实施例中，可以根据从延性系数比所获得的定量分析来得出管道支架的实际强度，外力能够被抵消的程度也会变得很清楚。当采用延性系数比来进行抗震设计时，可以选择出最佳的构件。
本发明的目的还可以通过提供一种存储介质来达到，该存储介质可以存储用于完成上述实施例所述的系统或者装置的功能的软件程序代码，并且使系统或者装置的计算机(或者CPU或者MPU)能够读出和执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情形下，从存储介质读出的程序代码就能够完成本发明的新的功能，存储程序代码的存储介质构成本发明。作为提供程序代码的存储介质有，例如软盘，硬盘，光盘，磁光盘，，DVD，CD-ROM，磁带，非易失存储卡，ROM，EEPROM，或者类似物。
上述实施例的功能不仅可以由计算机运行读出的程序代码来完成，而且可以在以程序代码的指令为基础时，由运行在计算机上的操作系统(OS)执行部分或者全部程序来完成。上述实施例的功能还可以在将从存储介质读出的程序代码写入插入计算机上的功能扩充卡或者与计算机相连接的功能扩充单元的内存中来完成，功能扩充卡或者功能扩充单元的CPU以程序代码的指令为基础执行部分或者全部程序。
如上所述，按照采用用于支承在基础构件上的柱构件的混凝土柱脚的抗震加固，在基础和混凝土柱脚之间布置有减震部件。因为在基础中由外力产生的弯矩可以通过减震部件进行减小，致使它几乎不会传递到基础，这样基础构件所分担的弯矩就会减小。因此，与抗震加固前的结构相比较，延性系数比可以提高，可以通过加宽构件的弹性范围和塑性变形范围来加宽可行的设计范围。
在采用抗震加固的抗震加固结构的设计分析方法中，可以由载荷系数和允许应力强度比的关系来确定管道支架的极限载荷。
当采用延性系数比来进行抗震设计时，可以根据抗震能力来选择构件。
由于在不偏离本发明的精神和范围的条件下可以作出许多不同的实施例，所以应当理解，本发明并不局限于除外其所附权利要求限定的特定实施例。
权利要求
1.一种抗震加固结构的设计分析方法，包括选择步骤，根据构件的允许应力强度比对抗震加固结构的构件进行选择；延性系数比的调整步骤，调整允许作为所选择构件的抗震加固的变形放大率的延性系数比；载荷系数计算步骤，以所调整的延性系数比为基础，计算在塑性范围内作用于所选择的构件上的载荷的增加；计算步骤，计算在塑性范围内相应于载荷的增加的允许应力强度比；以及确定步骤，当将所计算的允许应力强度比限定为最大值时，确定在塑性范围内的相应的载荷增加为所选择的构件破坏时的极限载荷。
2.按照权利要求1的分析，其中允许应力强度比的最大值为1.0。
3.按照权利要求1的分析，其中在该抗震加固结构中，在柱构件的基础和采用混凝土柱脚的加强件之间设置有减震部件的抗震加固的延性系数比不小于3.0。
4.按照权利要求1的分析方法，其中在选择步骤中，将由抗震加固结构支承的物体的载荷用作构件选择的一个条件。
5.按照权利要求1的分析方法，其中在确定步骤中，对于由多种类型的构件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，并且将其中最小的极限载荷值确定为该抗震加固结构的极限载荷值。
6.按照权利要求1的分析方法，其中在确定步骤中，对于由主要构件和用于加强主要构件的加强构件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，当主要构件的极限载荷大于加强件的极限载荷时，则将主要构件的极限载荷确定为该抗震加固结构的极限载荷。
7.按照权利要求6的分析方法，其中主要构件包括梁或者柱构件，加强件包括支撑构件。
8.一种用于存储使计算机实施抗震加固结构的设计分析方法的程序模块的存储介质，包括选择模块，用于根据构件的允许应力强度比对抗震加固结构的构件进行选择；延性系数比调整模块，用于调整允许作为所选择构件的抗震加固的变形放大率的延性系数比；载荷系数计算模块，用于以所调整的延性系数比为基础，计算在塑性范围内作用于所选择构件上的载荷的增加；计算模块，用于计算在塑性范围内相应于载荷的增加的允许的应力强度比；以及确定模块，用于当将所计算的允许应力强度比限定为最大值时，确定在塑性范围内的相应的载荷增加为所选择的构件破坏时的极限载荷。
9.按照权利要求8的介质，其中允许应力强度比的最大值为1.0。
10.按照权利要求8的介质，其中在抗震加固结构中，在柱构件的基础和采用混凝土柱脚的加强件之间设置有减震部件的抗震加固的延性系数比不小于3.0。
11.按照权利要求8的介质，其中在选择模块中，构件的选择处理是通过将由抗震加固结构支承的物体的载荷用作构件选择的一个条件来执行。
12.按照权利要求8的介质，其中在确定模块中，对于由多种类型的构件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，并且将其中最小的极限载荷确定为该抗震加固结构的极限载荷。
13.按照权利要求8的介质，其中在确定模块中，对于由主要构件和用于加强主要构件的加强件形成的抗震加固结构，将所确定的单个构件的极限载荷进行比较，当主要构件的极限载荷大于加强件的极限载荷时，则将主要构件的极限载荷确定为该抗震加固结构的极限载荷。
14.一种抗震加固结构的设计分析方法，包括以下步骤以设计分析方法所确定的极限载荷为基础，对所选择的构件进行设计；以及通过在所设计选择的柱构件的基础和采用混凝土柱脚的加强构件之间提供减震部件来对抗震加固进行设计，所述加强件用于加强该基础，其中确定极限载荷的设计分析方法包括选择步骤，根据构件的允许应力强度比对抗震加固结构的构件进行选择；延性系数比的调整步骤，调整允许作为所选择构件的抗震加固的变形放大率的延性系数比；载荷系数计算步骤，以所调整的延性系数比为基础，计算在塑性范围内作用于所选择的构件上的载荷的增加；计算步骤，计算在塑性范围内相应于载荷的增加的允许应力强度比；以及确定步骤，当将所计算的允许应力强度比限定为最大值时，确定在塑性范围内的相应的载荷增加为所选择的构件破坏时的极限载荷。
全文摘要
根据构件的允许应力强度比对抗震加固结构的构件进行选择,调整容许作为所选择构件的抗震加固的变形放大率的延性系数比,以所调整的延性系数比为基础,计算在塑性范围内作用于所选择的构件上的载荷的增加,并且获得相应的允许应力强度比。当将所获得的允许应力强度比限定为最大值为1.0时,则在塑性范围内的相应的载荷增加被确定为所选择的构件破坏时的极限载荷。
文档编号E04G23/02GK1361342SQ01144018
公开日2002年7月31日 申请日期2001年12月25日 优先权日2000年12月25日
发明者安在一, 立川隆, 吉田圭二郎, 须藤浩, 中村友道, 落合茂 申请人:日本海Lng株式会社, 三菱重工业株式会社, 乔奎尔咨询株式会社