铁路混凝土桥梁延性设计理论研究

20世纪60年代，纽马克（Newmark）等学者开始研究基于结构的非线性地震反应，从“延性”的概念提出开始，在一系列地震震害和一大批学者试验研究的基础上，延性抗震设计理论得以丰富和发展。

采用延性概念来设计抗震结构，要求结构在预期的设计地震作用下必须具有一定的可靠度保证延性储备。即，必须在概率意义上保证结构具有的延性超过预期地震动所能激起的最大非弹性变形（延性需求）。为了实现这一目标，在进行结构延性抗震设计时，应当进行延性需求与延性能力的分析比较。由于延性概念涉及结构的非弹性变形问题，因此准确计算得到延性需求比较困难。

延性需求可以通过弹塑性动力时程分析获得。但因其计算工作量大，在日常工程设计应用中推广难度较大。对公路、铁路常规桥梁，一般采用简化的延性抗震设计理论；对复杂结构桥梁，多进行全桥（主桥）结构的弹塑性动力时程分析，得到结构的延性需求。

延性抗震设计的核心是采用能力设计方法。在地震作用下，希望在桥墩中产生塑性铰，利用其滞回变形来消耗地震能量。为了充分发挥桥墩的延性性能，必须确保其不发生脆性破坏。按照能力设计方法，要求桥梁结构的脆性破坏强度比延性破坏强度高一个等级。根据能力设计方法设计的结构具有很好的延性，能最大限度地避免倒塌，同时也降低了结构对许多不确定因素的敏感性。(www.xing528.com)

在采用能力设计方法进行延性抗震设计时，最重要的是选择合适的延性构件和潜在的塑性铰位置。而桥墩在地震作用下，主要负责将上部结构传递过来的惯性力向基础传递，进入延性后形成结构整体的延性机制，而且发生损伤后也往往易于检查和修复，在损伤较大且场地条件允许的情况下还可以进行置换。因此，桥墩是适宜的延性构件，宜进行延性构件设计，通过提高配箍率、降低轴压比、增大剪跨比，均能显著提高桥墩的延性性能，使其发生延性破坏。当发生弯曲破坏时，构件的破坏主要会经过混凝土开裂、钢筋首次屈服、混凝土初始剥落、混凝土保护层完全剥落、核心混凝土压溃或纵筋屈曲等阶段。当桥墩不适宜作为延性构件时，进行强度设计。

目前在桥梁静力设计阶段中仍普遍采用强度设计方法和延性设计方法相结合的方式进行设计。在进行桥墩延性抗震设计时，桥墩的变形能力、墩顶位移、塑性铰区域长度、延性系数等是重要的考核指标。在此不再赘述。