[发明专利]一种铁路桥梁耗能防落梁装置的设计方法

权利要求书

1.一种铁路桥梁耗能防落梁装置的设计方法，其特征在于，耗能防落梁装置包含波纹板和限位框架，包括如下步骤：

a、根据桥梁实际需求确定桥梁结构变形和受力的控制目标；

b、结合工程经验，拟定波纹板的第一力学参数和限位框架的第一力学参数，得到波纹板的第一本构曲线和限位框架的第一本构曲线，其中，波纹板的第一力学参数包含波纹板的屈服力、波纹板的屈服位移、波纹板的屈服后硬化比和波纹板的设计位移，限位框架的第一力学参数包含限位框架的刚度、限位框架的屈服力和限位框架与波纹板的间隙；

c、将波纹板的第一本构曲线和限位框架的第一本构曲线模拟到全桥有限元模型中，判断是否满足桥梁结构变形和受力的控制目标；

d、若满足结构变形和受力的控制目标，则根据波纹板的第一力学参数确定波纹板的结构尺寸参数，根据限位框架的第一力学参数确定限位框架的结构尺寸参数；

e、根据波纹板的结构尺寸参数得到波纹板的第二力学参数，根据限位框架的结构尺寸参数得到限位框架的第二力学参数；

f、若波纹板的第二力学参数与波纹板的第一力学参数之间满足预设误差要求，且限位框架的第二力学参数与限位框架的第一力学参数之间满足预设误差要求，然后将波纹板的第二力学参数对应的第二本构曲线和限位框架的第二力学参数对应的第二本构曲线模拟到全桥有限元模型中，若满足桥梁结构变形和受力的控制目标，则完成耗能防落梁装置的设计；

其中，所述步骤f中，根据波纹板的结构尺寸参数得到波纹板的第二本构曲线，然后根据波纹板的第二本构曲线确定波纹板的第二力学参数；将每个波形划分为至少200个单元节段；

当波纹板的波形为半圆形时，第二本构曲线为：

其中，w表示波纹板单个波形的水平变形，R表示单个波形的半径，Δθ表示单个波形中相邻两个单元节段的夹角，第i单元节段中心截面转角为θ_i＝(i-1)×Δθ(i＝1...n+1)，n表示单个波形沿圆弧方向上划分的单元节段数；

当波纹板的波形为正弦形时，第二本构曲线为：

其中，w表示波纹板单个波形的水平变形，M(x_i)表示第i单元节段承受的弯矩，ρ(x_i)表示第i单元节段的曲率半径，E表示波纹板的弹性模量，I表示波纹板横截面的惯性矩，Δx表示第i单元节段在水平方向的投影长度，x_i表示第i单元节段的绝对坐标，H表示单个波形的幅值，D表示单个波形的半波弦长，n表示单个波形沿正弦线方向上划分的单元节段数。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在步骤d中，若不满足控制目标，则对应调整波纹板的第一力学参数或限位框架的第一力学参数，然后重复步骤b-c。

3.如权利要求2所述的设计方法，其特征在于，控制目标包含主梁位移控制目标和桥墩地震力控制目标，若主梁位移控制目标不满足要求，则增大波纹板的屈服力、波纹板的屈服后硬化比或限位框架的刚度中的至少一项；若桥墩地震力目标不满足要求，则降低限位框架的刚度或波纹板的屈服力中的至少一项；若主梁位移控制目标和桥墩地震力控制目标均不满足要求，则先调整第一力学参数使主梁位移控制目标满足要求，再调整第一力学参数使桥墩地震力目标满足要求。

4.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，波纹板的结构尺寸参数包含波纹板的形状、波纹板的片数、波纹板的厚度和波纹板的波形的数量，波纹板的形状包含波幅和波长。

5.如权利要求4所述的设计方法，其特征在于，步骤d中，根据波纹板的第一力学参数确定波纹板的结构尺寸参数包含如下步骤：

根据工程经验拟定波纹板的形状；

根据布置空间拟定波纹板的片数；

根据单个波纹板的屈服力拟定波纹板的厚度；

根据波纹板的设计位移拟定波纹板的波形的数量。

6.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，若波纹板的设计位移大于10cm且小于或等于20cm，则波形的数量取3-4个，若波纹板的设计位移小于或等于10cm，则波形的数量取1-2个。