[发明专利]一种桥梁用缓冲耗能防落梁装置的设计方法

说明书

本发明提供了一种桥梁用缓冲耗能防落梁装置的设计方法，根据摩擦摆的位移反推出需要采用的缓冲耗能防落梁装置的截面形式，进而确定其结构尺寸，根据实际需求出发，使缓冲耗能防落梁装置能够与摩擦摆相互配合协调，避免出现材料设计浪费或安全隐患，使缓冲防落梁挡块或减震卡榫在大震发生时能够参与屈服耗能，有效提高体系耗能能力，在中小地震时又能继续起到保护限位作用，保护桥梁上部结构不发生碰撞和落梁等严重震害，配合摩擦摆等减隔震支座既能起到隔震作用，又能对整体结构安全有所保障，尤其适用于近断层地震动区域的抗震设防，增强桥梁的安全性和可维修性，降低震后桥梁维养成本。

技术领域

本发明涉及桥梁抗震设计技术领域，特别涉及一种桥梁用缓冲耗能防落梁装置的设计方法。

背景技术

地震发生时会向桥梁结构输入较大能量，会引起桥梁过度变形，甚至坍塌，为了保护桥梁在地震中不致严重破坏，通常设置减隔震装置，在降低地震力的同时，还可以调整地震力在下部结构间的分配，使整个体系的受力分配更趋合理，避免地震对桥梁结构带来的损害，保证桥梁在地震时的安全性。

隔震支座主要包括铅芯橡胶减隔震支座、高阻尼橡胶减隔震支座和摩擦摆减隔震支座，其中摩擦摆式支座是较为常用的一种减隔震装置，其重量轻、等效阻尼比大，具有正常支座功能与减隔震功能分离的优点，但摩擦摆支座隔震系统在铁路桥梁上的应用存在诸多缺陷，因此为了限制纵向隔震桥梁在中小地震作用下的位移，以及大震下不发生落梁和碰撞的方法，需要配合防落梁装置，如缓冲防落梁挡块装置或减震卡榫装置，使其在受到地震作用的情况下与摩擦摆支座一起协同耗能减震，缓和地震时冲击，并起到防落梁的作用。

现有的设计方法通常采用先选择防落梁装置的截面形式，即确定采用方形截面的缓冲防落梁挡块或圆形截面的减震卡榫，然后进行理论设计，最后通过有限元分析验证其使用效果，采用此方法进行设计时，主要考虑地震力小于防落梁装置所受屈服力即可，因此在实际受到地震动作用时，防落梁装置的实际难以产生缓冲作用，并且无法参与耗能，难以匹配实际应用需求，造成桥梁结构严重损坏，维修难度很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有防落梁装置的设计方法没有充分考虑实际需求，导致防落梁装置缓冲作用差，无法参与耗能，造成抗震性能不佳或产生材料浪费等的不足，提供一种桥梁用缓冲耗能防落梁装置的设计方法，为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种桥梁用缓冲耗能防落梁装置的设计方法，包括如下步骤：

(1)根据摩擦摆的位移确定缓冲耗能防落梁装置的极限位移和屈服剪力；

(2)根据所述极限位移和屈服剪力确定所述缓冲耗能防落梁装置的截面形式；

(3)根据截面形式进行力学性能分析计算其对应的力学参数；

(4)根据求得的所述力学参数计算出对应的结构尺寸，完成设计。

相较于现有的设计方法，本方法根据摩擦摆的位移反推出需要采用的缓冲耗能防落梁装置的截面形式，进而确定其结构尺寸，根据实际需求出发，使缓冲耗能防落梁装置能够与摩擦摆相互配合协调，避免出现材料设计浪费或安全隐患，使缓冲防落梁挡块或减震卡榫在大震发生时能够参与屈服耗能，有效提高体系耗能能力，在中小地震时又能继续起到保护限位作用，保护桥梁上部结构不发生碰撞和落梁等严重震害，配合摩擦摆等减隔震支座既能起到隔震作用，又能对整体结构安全有所保障，尤其适用于近断层地震动区域的抗震设防，增强桥梁的安全性和可维修性，降低震后桥梁维养成本。

进一步的，所述截面形式为方形截面或圆形截面。

进一步的，若采用方形截面的缓冲防落梁挡块时，根据屈服剪力P_y计算出缓冲防落梁挡块的极限剪力P_p、屈服位移Δ_y和初始刚度K_d，然后根据公式：