铁路混凝土桥梁抗震设计研究及试验结果

《铁路工程抗震设计规范》最新版本于2006年颁布，2009年针对部分条文进行了修正。修正后的规范条文对铁路桥梁抗震设计的标准和流程更加明确，但是在具体工程实践中，目前仍存在以下问题有待解决：

1.桥墩塑性铰区等效塑性铰长度的计算

等效塑性铰长度计算的准确性对于桥墩抗震性能的评估至关重要，直接影响墩顶位移计算值的大小。我国《铁路工程抗震设计规范》中虽然给出了塑性铰长度的计算方法及在塑性铰区加强箍筋配置的措施，而塑性铰的位置没有明确，且塑性铰长度计算是基于实体墩试验得到的，既有等效塑性铰长度计算方法是否适用于空心墩还有待深入研究。鉴于空心墩与实体墩的差异，还需对空心墩等效塑性铰长度计算模型进行研究。

2.延性设计的量化指标

各国相关规范常采用曲率延性系数和位移延性比来表征结构延性，我国《铁路工程抗震设计规范》采用的是非线性位移延性比，且验算应满足式（2.4-1）的要求：

式中　μu——非线性位移延性比；

　　　[μu]——容许位移延性比；

　　　Δmax——桥墩的非线性响应最大位移；

　　　Δy——桥墩的屈服位移。

我国《铁路工程抗震设计规范》规定铁路钢筋混凝土桥墩应进行延性设计，墩身全截面的主筋配筋率在0.5%到4%之间。相应的位移延性指标以及延性设计也是据此制定。然而，由于铁路桥墩要求刚度较大，桥墩截面尺寸也较大，铁路实体桥墩的主筋配筋率大部分都在0.1%～0.5%之间，属于少筋混凝土，所以现行规范并不能满足桥梁设计的需求。与美国Caltrans规范、我国《公路桥梁抗震设计细则》对比，我国铁路抗震规范对于延性设计指标的规定较为笼统，可进一步按照不同的场地类别、结构类型等因素细化。(www.xing528.com)

3.桥梁结构的有效抗弯刚度的取值

在地震荷载作用下，钢筋混凝土桥墩通常处于带裂缝工作状态，使得桥梁结构的抗弯刚度下降。在桥梁抗震验算中，桥墩整体有效刚度的取值对桥梁构件及桥梁整体的响应需求计算和延性能力估计都有较大的影响。结合各国规范、相关文献，分析各公式的适用性，可以发现，影响桥墩有效刚度的因素主要有：纵筋率、纵筋直径、轴压比、墩高、剪跨比（长细比）、配箍率、纵筋屈服强度以及混凝土抗压强度等，现行铁路规范高估了桥墩的有效刚度，因而低估了桥墩的位移能力。

4.铁路减隔震技术的应用

自2008年汶川地震以来，国内专家学者对地震灾害进行了系统评估与深入研究，国家在减隔震技术研究方面开始投入大量人力物力，并取得了一系列成果与突破。与此同时，抗震领域内新的设计规程不断发布，新的减隔震装置也不断被研发设计和使用。2016年4月8日，《桥梁减隔震通用技术条件》（JT/T 1026—2016）发布，我国桥梁减隔震研究趋于完善和成熟。在《铁路工程抗震设计规范》（2009年）中未有减隔震方面的条文。以广泛采用的摩擦摆支座为例，截至目前，国内外已做出了很大的努力，并且有很大的进步，但仍有很多不明确的地方：

（1）现在对摩擦摆支座的研究大多集中于公路桥，由于铁路桥梁和公路桥梁在结构形式、荷载和抗震设计方法上面有一定的差异，摩擦摆的隔震效率或多或少会受到一定影响。

（2）有少量研究表明墩高的改变对摩擦摆隔震效率影响非常大，但目前对全桥研究并不是很多，而且分析的桥墩高度样本不够多。

（3）目前摩擦摆支座的研究主要集中在摆动过程中，然而对摩擦摆何时摆动，如何通过剪力键控制摆动的范围研究较少。

在结构工程抗震实践中，试验研究作为结构抗震研究的三大基础之一，与强震观测、震害经验一起推动了桥梁抗震设计研究的发展。进行室内实验室的试验研究是进行桥梁结构抗震研究的重要手段，近些年国内试验条件得到较大的提升，有助于丰富和完善、发展桥梁抗震研究成果。