铁路桥梁下部结构抗震设计研究

引言：随着我国铁路交通运输网络的不断发展，已在强地震区域实现了网络覆盖，而这也对其桥梁下部结构的抗震性能提出了更高的要求。尽管目前我国已在这一方面有突破，但在桥台与桩基协同工作机制、土 - 结构动力耦合效应等相关方面，仍需进一步展开研究。以往的抗震设计，在面对地震动频谱特征差异、地基生效等问题时，往往会体现出结构损伤累计、性能退化等情况。因此，对铁路桥梁下部结构抗震设计展开分析，是不容忽视的实际问题。

1 铁路桥梁下部结构特点

（2）在多种荷载作用开展桥梁下部结构设计，不仅需要结合桥梁本身重量以及车辆荷载，还需要充分考虑地震荷载、风荷载等外界荷载，任何一种荷载都会给下部结构的安全性带来威胁。设计师可以构建计算模型，应用现代化分析手段准确得出所有荷载作用下的结构响应。

（1）铁路桥梁下部结构涉及桥墩、桥台、桩基础等多个核心部分。桥墩主要起到支撑作用，因此在实际设计过程中，要求设计人员充分考量荷载传递效率等相关因素。此外，还应结合桥梁跨度、荷载力等多方面实际情况，适当选择桥墩类型，如在大跨度桥梁设计领域，目前常采用多柱式桥梁结构，以保证其具有足够的承载能力。桥台则主要符合连接桥梁与线路路基结构。桩基础则负责将桥墩和桥台的荷载，最大程度传递给地基，因此在设计阶段，确保地基结构的稳定与安全是重中之重[1]。

（2）在复杂荷载条件下进行桥梁下部结构设计时，既要考虑桥梁自身的重量和车辆荷载，又要考虑外部荷载，如地震荷载、风荷载等，任意一种荷载都有可能影响上部结构的安全、稳定。因此，在实际设计时，设计人员往往会通过构建计算模型，借助各种现代化分析技术，尽可能精准计算出全部荷载影响下的结构相应。

2 桥台抗震设计

2.1 过渡段动力协同设计

以粒径 5～40mm ，不均匀系数 的级配碎石和水泥掺量为 6%～8% 的水泥

改良土作为过渡段，其最佳长度为桥台高度的 1.5-2.0 倍。经过大规模地震模

拟实验发现，这种结构的地震波衰减速率能够达到 40%～60% ，能够一定程度上

降低刚度变化导致的应力集中。如日本的东海道干线，通过修建 30m 长的，过1

渡段后，将桥台和路基过渡段的位移情况，相较以往，降低了约3

2.2 界面连接强化技术

（1）采用极限抗拉强度 80kN/m ，标称应变 ≤10% 的双向高密度聚乙烯土工格栅，以 0.5m 层距为施工标准，进行分层铺设。同时利用厚度 :≥20mm 的预埋式锚固板，实现与桥台背墙的稳固连接，使二者成为连续加筋土结构。（2）以纵向间距 0.5m ，锚入填土深度 ≥8m 的施工标准，设置直径为 25-32mm ，HRB400 倒 L 型锚固钢筋，随后开展拟静力试验，试验结果为：该结构可提高界面抗剪强度约 2.5 倍。（3）对于强震地区，可使用直径为 300m ，以 1.5m 间距为标准，设置微型桩群，用于对后台填土进行加固，通过有限元分析得知：该结构桥台水平位移为 30mm ，允许水平位移为 50mm. 。

3 桥墩抗震设计

对于铁路桥梁下部结构抗震设计而言，桥墩截面尺寸和配筋设计是核心因素，直接影响地震情况下的桥墩稳定性，因此在设计时，设计人员应先科学设置桥墩截面尺寸。在结构刚度方面，截面尺寸与桥墩抗侧刚度之间成本比，即：桥墩截面尺寸越大，发生地震时的桥墩水平位移越小。特别是对于地震多发地区和高海拔地区的桥墩，适当增加桥墩截面尺寸，可有效避免桥墩在强地震影响下，发生严重位移而造成的结构破坏。配筋设计同样是桥墩抗震设计中的关键环节。根据弹塑性时程分析发现，地震弯矩沿桥墩高度呈非线性分布，墩底处的弯矩值甚至能达到墩顶处的3\~5 倍，同时还会发生轴力- 弯矩耦合作用 [2]。

根据弯矩包络图非均匀布置纵向钢筋，在桥墩底部（一般为墩高的 ）设置加密配筋率（通常为 ≥2.5% ），并通过钢筋连续性来保证塑性铰发展。同时，对横向约束体系给予高度重视，根据相关要求，塑性铰区箍筋体积配箍率≥0.6% ，运用螺旋箍筋，箍筋间距应控制在 100mm 以下，同时不得大于纵筋直径的6 倍。

结果表明，当箍筋间距由 150mm ，加密成 80mm 时，桥墩的位移延性系数由最初的 3.0，优化到 5.5 因此，在实际设计过程中，应按照国家现行相关标准和力学计算结果，合理设置纵向钢筋。通过精细化配筋，使桥墩在地震情况下能够有效形成可控的弯曲塑性铰机制，如此才能显著将混凝土裂缝宽度控制在规定范围内（通常为 0.2mm ），最大程度避免脆性剪切破坏风险。在实际实施过程中，可采取如下优化方法：（1）采用大直径纵向主钢筋，以此提高单筋抗拉性能；（2）适当加密纵向配筋间距，以提高桥墩截面的整体抗弯性能。

4 桩基础抗震设计

4.1 桩身纵筋配置

在地震荷载作用下，桩基结构需同时承担上部结构的水平惯性荷载与周围土体的侧向位移压力，这两种力的相互作用会在桩身形成明显的弯矩分布。因此，在设计时应参照弯矩包络图实施非均匀配筋：（1）针对强地震区域，在桩顶 3 倍桩径的范围内，选用 HRB500 级高强纵筋（最小直径 32mm ），配筋率应在 1.5% 以上，同时确保钢筋间距不超过 100mm ；（2）有限元分析表明，采用该配筋方案能够有效控制桩顶裂缝扩展，使其宽度控制在 0.15mm 以下，从而防止桩身发生弯曲破坏。

4.2 锚固构造设计

（1）桩 - 承台连接段采用扩大头锚固工艺，扩径尺寸须超过桩径 1.5 倍，锚固长度应符合抗震构件对黏结性能的技术指标；（2）桩体塑性铰区（自桩顶向下延伸 5 倍桩径区域）布置复合螺旋箍筋，钢筋直径 ≥12mm ，体积配箍率控制在 1.2% 以上，箍筋排布间距小于纵筋直径的 6 倍，实验数据证实，该方案能使位移延性指标突破 4.0 ；（3）桩底应用机械式套筒连接工艺，实现纵筋抗拔性能提高 30% 。借助精确的配筋方案与锚固构造改良，可有效增强桩基抗弯性能，（刚度增加 45% ）与耗能能力（滞回环面积提升 60% ），确保地震作用下桩基可靠性。

结束语

综上所述，本文采用桥墩塑性铰区域配钢强化方案，结合桥台 - 路基界面加筋处理，以及桩基扩大头锚固技术，有效改善了结构抗震表现。实验数据证实，该技术方案能使桥墩位移延展性能提升至 4.0 倍以上，同时将桩基破坏程度指标控制在 0.3 以内，为强地震区域的铁路桥梁工程提供了可靠的技术依据，对我国交通基础设施抗震能力的整体提升具有重要实践价值。

参考文献

[1] 李 坤 衡 . 铁 路 桥 梁 下 部 结 构 抗 震 设 计 研 究 [J]. 工 程 建 设 与 设计 ,2025,(08):48-50.

[2] 杨 健 . 桥 梁 结 构 抗 震 设 计 与 设 防 措 施 研 究 [J]. 运 输 经 理 世界 ,2023,(27):133-135.