一种高速铁路桥梁地震损伤控制体系技术领域
本发明涉及土木工程中的桥梁结构体系，特别涉及采用预制壳壁和SMA螺旋弹簧
的高速铁路桥梁体系。
背景技术
目前，我国高速铁路建设快速开展，势必引起人们对此类重大交通工程抗震安全
的极大关注。桥墩和主梁是桥梁结构的主要承重构件，桥墩和主梁的抗震安全是高速铁路
桥梁抗震安全的保障。
对此类重大交通工程的抗震问题而言，传统的桥梁延性抗震设计理论已无法满足
其抗震要求。主要原因在于：(1)为保证高速铁路的行车要求，桥墩的侧向刚度必须很大，这
就造成其截面大，纵筋配筋率低，箍筋难以有效约束核心混凝土，难以形成塑性铰并消耗地
震能量；(2)大量高速铁路桥梁跨越江河湖海等恶劣环境，腐蚀性强，耐久性问题突出，对桥
墩震后混凝土的开裂破坏必须进行严格限制；(3)为保证高速铁路轨道的平顺和高速列车
行车安全，必须对桥墩及主梁的震后残余变形进行严格限制；(4)高速铁路为重大交通工
程，一旦震后停止通行，将造成巨大的经济损失和社会影响，因此桥梁损伤破坏的震后检
查、修复必须快速完成，这就要求对桥墩混凝土开裂等损伤进行严格控制。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种高速铁路桥梁地震损伤控制体系。由ECC-钢
板预制壳壁作为桥墩内部混凝土施工的模板，并在桥墩中配置竖向无粘结预应力筋。ECC-
钢板预制壳壁将增加桥墩的延性和耗能能力，并抑制震后桥墩的开裂破坏，无粘结预应力
筋将减小桥墩的震后残余位移，实现桥墩的地震损伤控制设计。高速铁路桥梁地震损伤控
制体系将在桥墩与主梁间设置SMA螺旋弹簧，利用SMA螺旋弹簧的自复位能力限制主梁的震
后残余变形。上述技术措施将充分保证高速铁路桥梁的抗震安全，在重大交通工程建设中
具有广泛应用前景。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
一种高速铁路桥梁地震损伤控制体系，其特征在于：包括，桥墩基础，由ECC和钢板
组成的预制壳壁。预制壳壁内部布置纵筋并浇筑混凝土，沿桥墩竖向设置无粘结预应力筋。
桥墩顶部设置2个活动支座与主梁相连。且桥墩顶部与主梁间设置4个SMA螺旋弹簧。
由ECC和钢板组成的预制壳壁沿墩高分段设置，通过接缝连结。接缝为齿状，便于
上下段预制壳壁的咬合。
无粘结预应力筋沿竖向穿过桥墩，底部锚固于基础中，顶部锚固于桥墩上部。
钢板内外两侧焊接栓钉，保证钢板与ECC的协同工作，且钢板内侧的栓钉深入内部
的混凝土中，以充分保证预制壳壁与内部钢筋混凝土的协同工作。
SMA螺旋弹簧分别与钢套筒、方钢棒相连。钢套筒上部嵌入主梁底部，方钢棒下部
通过预埋钢板和锚固钢筋嵌入桥墩顶部。
ECC是一种由水泥、砂、粉煤灰，外掺PVA纤维制成的高延性水泥基复合材料。ECC-
钢板预制壳壁可工厂预制，现场通过接缝相连，并作为内部混凝土浇筑时的模板。
上部主梁实际是通过4个SMA螺旋弹簧与下部桥墩相连，SMA螺旋弹簧(11)由镍钛
形状记忆合金制作而成，4个SMA螺旋弹簧均在水平方向布置。其中2个沿纵桥向，另2个沿横
桥向布置。SMA螺旋弹簧仅承受水平力，竖向不受力。
采用上述技术方案的本发明：
1.ECC-钢板预制壳壁将极大增加桥墩的抗剪强度和延性抗震能力，提高桥墩大震
后的抗倒塌能力。
2.由于ECC特殊的抗开裂能力，ECC-钢板预制壳壁将抑制桥墩地震后的开裂破坏，
提高桥墩耐腐蚀能力和长寿命抗震安全。
3.ECC-钢板预制壳壁可工厂预制，且现场作为内部混凝土浇筑时的模板，减少了
施工工序，便于加快施工进度。
4.桥墩内部的无粘结预应力筋将较少其震后残余位移，保证高速列车的震后行车
安全和高速铁路桥梁的震后可修复性。
5.主梁与桥墩间的SMA螺旋弹簧将提供列车正常运行所需的刚度，大震后SMA螺旋
弹簧可自动复位，大大减轻主梁的震后残余变形，且SMA螺旋弹簧可消耗地震能量。
6.主梁与桥墩间的活动支座仅提供竖向承载力和刚度，水平向刚度和强度由SMA
螺旋弹簧提供，并依靠SMA螺旋弹簧实现主梁的震后自动复位和耗能能力。实现了高速铁路
桥梁“功能分离”的抗震设计理论。
7.在桥墩的受力机理上，由于钢板与桥墩下部承台间预留空隙，且ECC-钢板预制
壳壁沿墩高分段，因此ECC-钢板预制壳壁不提供抗弯强度；桥墩抗弯能力主要由预制壳壁
内部的钢筋混凝土提供。
与传统高速铁路桥梁相比，本发明具有6个突出优点，其一是ECC-钢板预制壳壁将
极大减少桥墩的开裂破坏，提高桥墩的耐腐蚀能力和长寿命抗震安全；其二，ECC-钢板预制
壳壁将提高桥墩的抗剪强度和延性耗能能力，提高了桥墩的抗倒塌能力；其三，ECC-钢板预
制壳壁可工厂预制，并作为内部混凝土现场施工的模板，可减少施工工序，加快施工进度；
其四，无粘结预应力筋将减少桥墩震后的残余变形，保证高速列车的行车安全，并增加了桥
墩的震后可修复性；其五，SMA螺旋弹簧的自复位能力将极大减少主梁的震后残余变形，保
证高速列车轨道的平顺性；其六，SMA螺旋弹簧与活动支座实现了高速铁路桥梁基于“功能
分离”的抗震设计理念。正常情况下，活动支座提供竖向强度和刚度，SMA螺旋弹簧提供水平
向强度和刚度。且大震下SMA螺旋弹簧提供耗能能力和自复位能力。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够
更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
本发明共5幅附图,其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为高速铁路桥墩截面示意图。
图3为桥墩与主梁连接部位详图。
图4为4个水平向布置的SMA螺旋弹簧详图。
图中：1、桥墩基础，2、ECC，3、钢板，4、栓钉，5、纵筋，6、混凝土，7、无粘结预应力筋，
8、接缝，9、活动支座，10、主梁，11、SMA螺旋弹簧，12、钢套筒，13、方钢棒，14、预埋钢板，15、
锚固钢筋。
具体实施方式
如图1至图4所示的一种高速铁路桥梁地震损伤控制体系，包括：包括，桥墩基础，
由ECC和钢板组成的预制壳壁。预制壳壁内部布置纵筋并浇筑混凝土，沿桥墩竖向设置无粘
结预应力筋。桥墩顶部设置2个活动支座与主梁相连。且桥墩顶部与主梁间设置4个SMA螺旋
弹簧。
由ECC和钢板组成的预制壳壁沿墩高分段设置，通过接缝连结。接缝为齿状，便于
上下段预制壳壁的咬合。
无粘结预应力筋沿竖向穿过桥墩，底部锚固于基础中，顶部锚固于桥墩上部。
钢板内外两侧焊接栓钉，保证钢板与ECC的协同工作，且钢板内侧的栓钉深入内部
的混凝土中，以充分保证预制壳壁与内部钢筋混凝土的协同工作。
SMA螺旋弹簧分别与钢套筒、方钢棒相连。钢套筒上部嵌入主梁底部，方钢棒下部
通过预埋钢板和锚固钢筋嵌入桥墩顶部。
ECC是一种由水泥、砂、粉煤灰，外掺PVA纤维制成的高延性水泥基复合材料。ECC-
钢板预制壳壁可工厂预制，现场通过接缝相连，并作为内部混凝土浇筑时的模板。
上部主梁实际是通过4个SMA螺旋弹簧与下部桥墩相连，SMA螺旋弹簧(11)由镍钛
形状记忆合金制作而成，4个SMA螺旋弹簧均在水平方向布置。其中2个沿纵桥向，另2个沿横
桥向布置。SMA螺旋弹簧仅承受水平力，竖向不受力。
采用上述技术方案的本发明：
1.ECC-钢板预制壳壁将极大增加桥墩的抗剪强度和延性抗震能力，提高桥墩大震
后的抗倒塌能力。
2.由于ECC特殊的抗开裂能力，ECC-钢板预制壳壁将抑制桥墩地震后的开裂破坏，
提高桥墩耐腐蚀能力和长寿命抗震安全。
3.ECC-钢板预制壳壁可工厂预制，且现场作为内部混凝土浇筑时的模板，减少了
施工工序，便于加快施工进度。
4.桥墩内部的无粘结预应力筋将较少其震后残余位移，保证高速列车的震后行车
安全和高速铁路桥梁的震后可修复性。
5.主梁与桥墩间的SMA螺旋弹簧将提供列车正常运行所需的刚度，大震后SMA螺旋
弹簧可自动复位，大大减轻主梁的震后残余变形，且SMA螺旋弹簧可消耗地震能量。
6.主梁与桥墩间的活动支座仅提供竖向承载力和刚度，水平向刚度和强度由SMA
螺旋弹簧提供，并依靠SMA螺旋弹簧实现主梁的震后自动复位和耗能能力。实现了高速铁路
桥梁“功能分离”的抗震设计理论。
7.在桥墩的受力机理上，由于钢板与桥墩下部承台间预留空隙，且ECC-钢板预制
壳壁沿墩高分段，因此ECC-钢板预制壳壁不提供抗弯强度；桥墩抗弯能力主要由预制壳壁
内部的钢筋混凝土提供。
与传统高速铁路桥梁相比，本发明具有6个突出优点，其一是ECC-钢板预制壳壁将
极大减少桥墩的开裂破坏，提高桥墩的耐腐蚀能力和长寿命抗震安全；其二，ECC-钢板预制
壳壁将提高桥墩的抗剪强度和延性耗能能力，提高了桥墩的抗倒塌能力；其三，ECC-钢板预
制壳壁可工厂预制，并作为内部混凝土现场施工的模板，可减少施工工序，加快施工进度；
其四，无粘结预应力筋将较少桥墩震后的残余变形，保证高速列车的行车安全，并增加了桥
墩的震后可修复性；其五，SMA螺旋弹簧的自复位能力将极大减少主梁的震后残余变形，保
证高速列车轨道的平顺性；其六，SMA螺旋弹簧与活动支座实现了高速铁路桥梁基于“功能
分离”的抗震设计理念。正常情况下，活动支座提供竖向强度和刚度，SMA螺旋弹簧提供水平
向强度和刚度。且大震下SMA螺旋弹簧提供耗能能力和自复位能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽
然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为
等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对
以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。