[發明專利]一種高速鐵路橋梁地震損傷控制體系

有效

• 申請號: 201610744270.2
• 申請日: 2016-08-28
• 公開（公告）號: CN106351113B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 孫治國;劉瑜麗;何福
• 申請（專利權）人: 防災科技學院
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D19/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及土木工程中的橋梁結構體系，特別涉及采用預制殼壁和SMA螺旋彈簧的高速鐵路橋梁體系。

背景技術

目前，我國高速鐵路建設快速開展，勢必引起人們對此類重大交通工程抗震安全的極大關注。橋墩和主梁是橋梁結構的主要承重構件，橋墩和主梁的抗震安全是高速鐵路橋梁抗震安全的保障。

對此類重大交通工程的抗震問題而言，傳統的橋梁延性抗震設計理論已無法滿足其抗震要求。主要原因在于：(1)為保證高速鐵路的行車要求，橋墩的側向剛度必須很大，這就造成其截面大，縱筋配筋率低，箍筋難以有效約束核心混凝土，難以形成塑性鉸并消耗地震能量；(2)大量高速鐵路橋梁跨越江河湖海等惡劣環境，腐蝕性強，耐久性問題突出，對橋墩震后混凝土的開裂破壞必須進行嚴格限制；(3)為保證高速鐵路軌道的平順和高速列車行車安全，必須對橋墩及主梁的震后殘余變形進行嚴格限制；(4)高速鐵路為重大交通工程，一旦震后停止通行，將造成巨大的經濟損失和社會影響，因此橋梁損傷破壞的震后檢查、修復必須快速完成，這就要求對橋墩混凝土開裂等損傷進行嚴格控制。

發明內容

本發明針對上述技術問題，提出一種高速鐵路橋梁地震損傷控制體系。由ECC-鋼板預制殼壁作為橋墩內部混凝土施工的模板，并在橋墩中配置豎向無粘結預應力筋。ECC-鋼板預制殼壁將增加橋墩的延性和耗能能力，并抑制震后橋墩的開裂破壞，無粘結預應力筋將減小橋墩的震后殘余位移，實現橋墩的地震損傷控制設計。高速鐵路橋梁地震損傷控制體系將在橋墩與主梁間設置SMA螺旋彈簧，利用SMA螺旋彈簧的自復位能力限制主梁的震后殘余變形。上述技術措施將充分保證高速鐵路橋梁的抗震安全，在重大交通工程建設中具有廣泛應用前景。

為達到以上目的，通過以下技術方案實現的：

一種高速鐵路橋梁地震損傷控制體系，其特征在于：包括，橋墩基礎，由ECC和鋼板組成的預制殼壁。預制殼壁內部布置縱筋并澆筑混凝土，沿橋墩豎向設置無粘結預應力筋。橋墩頂部設置2個活動支座與主梁相連。且橋墩頂部與主梁間設置4個SMA螺旋彈簧。

由ECC和鋼板組成的預制殼壁沿墩高分段設置，通過接縫連結。接縫為齒狀，便于上下段預制殼壁的咬合。

無粘結預應力筋沿豎向穿過橋墩，底部錨固于基礎中，頂部錨固于橋墩上部。

鋼板內外兩側焊接栓釘，保證鋼板與ECC的協同工作，且鋼板內側的栓釘深入內部的混凝土中，以充分保證預制殼壁與內部鋼筋混凝土的協同工作。

SMA螺旋彈簧分別與鋼套筒、方鋼棒相連。鋼套筒上部嵌入主梁底部，方鋼棒下部通過預埋鋼板和錨固鋼筋嵌入橋墩頂部。

ECC是一種由水泥、砂、粉煤灰，外摻PVA纖維制成的高延性水泥基復合材料。ECC-鋼板預制殼壁可工廠預制，現場通過接縫相連，并作為內部混凝土澆筑時的模板。

上部主梁實際是通過4個SMA螺旋彈簧與下部橋墩相連，SMA螺旋彈簧(11)由鎳鈦形狀記憶合金制作而成，4個SMA螺旋彈簧均在水平方向布置。其中2個沿縱橋向，另2個沿橫橋向布置。SMA螺旋彈簧僅承受水平力，豎向不受力。

采用上述技術方案的本發明：

1.ECC-鋼板預制殼壁將極大增加橋墩的抗剪強度和延性抗震能力，提高橋墩大震后的抗倒塌能力。

2.由于ECC特殊的抗開裂能力，ECC-鋼板預制殼壁將抑制橋墩地震后的開裂破壞，提高橋墩耐腐蝕能力和長壽命抗震安全。

3.ECC-鋼板預制殼壁可工廠預制，且現場作為內部混凝土澆筑時的模板，減少了施工工序，便于加快施工進度。

4.橋墩內部的無粘結預應力筋將較少其震后殘余位移，保證高速列車的震后行車安全和高速鐵路橋梁的震后可修復性。

5.主梁與橋墩間的SMA螺旋彈簧將提供列車正常運行所需的剛度，大震后SMA螺旋彈簧可自動復位，大大減輕主梁的震后殘余變形，且SMA螺旋彈簧可消耗地震能量。

6.主梁與橋墩間的活動支座僅提供豎向承載力和剛度，水平向剛度和強度由SMA螺旋彈簧提供，并依靠SMA螺旋彈簧實現主梁的震后自動復位和耗能能力。實現了高速鐵路橋梁“功能分離”的抗震設計理論。

7.在橋墩的受力機理上，由于鋼板與橋墩下部承臺間預留空隙，且ECC-鋼板預制殼壁沿墩高分段，因此ECC-鋼板預制殼壁不提供抗彎強度；橋墩抗彎能力主要由預制殼壁內部的鋼筋混凝土提供。