铁路混凝土桥梁抗震设计方法研究

我国现行的《铁路工程抗震设计规范》中还没有对桥墩延性阶段进行抗剪验算的相关规定。而《公路桥梁抗震设计细则》则是借鉴《美国加州抗震设计准则》的抗剪强度计算公式，并对其进行了简化，使其不再考虑桥墩塑性区混凝土抗剪强度随延性增加而降低的现象。《城市桥梁抗震设计规范》则采用美国AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design中的抗剪强度计算公式进行桥墩抗剪设计。后两者虽然给出了公式，但是对其适用性缺乏合理的评价。

结合国内外研究现状，以铁路桥墩为背景，通过对混凝土受剪机理和破坏的分析研究，基于截面分析理论，得出铁路混凝土桥墩抗剪能力公式，该公式主要包括3部分内容：混凝土提供的抗剪能力、箍筋提供的抗剪能力，以及剪跨比的影响系数。

对于混凝土提供的抗剪能力，通过对临界截面进行截面分析，确定了临界截面上混凝土应力的分布情况，并在分别考虑混凝土单元可能发生抗压和抗拉破坏形式的基础上，给出混凝土单元能够承受的最大剪应力，再对其进行截面积分，即可计算出临界截面能够承受的剪力，继而得到了混凝土提供的抗剪能力的计算方法。

对于箍筋提供的抗剪能力，在分析既有桥墩抗剪能力计算公式的基础上，认为能够提供抗剪能力的钢筋是平行于侧向力的箍筋，箍筋提供的抗剪能力与箍筋的截面面积成正比，且与箍筋强度、箍筋间距有关。假定斜裂缝与桥墩轴线的夹角取30°。为考虑箍筋的外鼓和拉断，对其引入折减系数Ks，从而得出了箍筋提供的抗剪能力的计算方法。

以该铁路桥墩为背景，基于截面分析理论，得出铁路桥墩塑性铰区抗剪能力计算方法，具体如下：

式中　Vc——混凝土提供的抗剪能力；(www.xing528.com)

　　　Vs——箍筋提供的抗剪能力；

　　　k——剪跨比影响系数。

通过对既有试验数据进行计算分析，结果表明本研究所提公式计算值与试验值比值的均值为1.000 9，方差为0.087 1，公式计算结果离散性较低，验证了本研究所提公式的准确性和可靠性，为我国铁路钢筋混凝土桥墩塑性铰区抗剪能力计算提供了有效的方法。

本试验变宽高比组研究结果表明，宽高比对桥墩抗剪性能影响不大，因此在采用上述公式进行抗剪计算分析时可不考虑宽高比的影响。