【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程设计领域，具体涉及一种带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系，一种采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法和系统，以及一种抗震桥梁墩柱的设计与施工方法。
技术介绍
1、为适应山区地形地势特点，钢筋混凝土双柱高墩形式桥梁在我国西部地区应用较为广泛，其主要特点是设置多层混凝土系梁以增大桥墩横向刚度。但过往地震灾害表明，系梁与墩柱节点处容易遭受地震破坏，从而严重削弱桥墩竖、横向承载能力。如何设计一种能够降低梁-柱节点地震损伤的新型桥梁墩柱的结构形式，正成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
2、屈曲约束斜撑用于桥梁双柱墩抗震设计与加固可以显著降低墩柱的地震响应，屈曲约束斜撑的牺牲耗能特性能够有效保护主体墩柱不受严重地震损伤。但对于双柱高墩来说，整体结构中往往需要设置多层斜撑，各层斜撑的参数确定一般需要进行大量的参数分析，耗时费力，不适于设计人员在实际工程中应用。因此如何解决采用多层屈曲约束斜撑的双柱高墩结构桥梁的参数设计难度较大问题，也是本领域技术亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、为了解决现有钢筋混凝土双柱高墩形式桥梁的抗震性能不足和多层屈曲约束斜撑的双柱高墩结构桥梁的结构设计难度较大的问题，本专利技术提出来一种带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系及抗震设计方法。
2、本专利技术采用以下技术方案实现：
3、一种带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系，其应用于采用双柱高墩结构的桥梁的桥墩中。该抗震体系为一种由多根系梁和多根屈曲约
4、本专利技术还包括一种采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其用于在指定抗震设计目标下，将前述的带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系分解为并联的纯双柱高墩和多层屈曲约束斜撑桁架两个结构。并基于两者间的变形协调和受力协同理论，快速确定多层屈曲约束斜撑的关键参数。
5、具体地，本专利技术提供的述抗震设计方法包括如下步骤：
6、s1：根据设计信息获取桥梁双柱高墩的基本设计参数和设计地震动参数；包括：桥墩结构尺寸、各部分的结构等效质量、设计地震动位移反应谱s(t)、桥墩横向一阶振型以及桥墩的初始设计位移d0。
7、s2：根据桥墩结构尺寸、各部分的结构等效质量和桥墩横向一阶振型计算桥梁双柱高墩的等效质量m。
8、s3：结合墩柱的截面抗弯刚度ei和桥墩横向一阶振型计算未设置屈曲约束斜撑时双柱高墩横向弹性刚度kp。
9、s4：根据设计地震动位移反应谱s(t)生成在特征周期为t*时双柱高墩的地震位移d*。
10、s5：判断s1中的初始设计位移d0是否小于d*：是则对初始设计位移d0进行修正；否则认为结构周期满足等位移原理，将其作为桥墩设计位移d。
11、其中，初始设计位移d0的修正步骤如下：
12、s51：假定一个弹性位移值d1，其满足：d1<d0；
13、s52：通过设计地震动位移反应谱s(t)获得设计位移d1对应的结构周期t1。
14、s53：结合结构周期t1，通过下式计算出对应的位移修正系数rd1：
15、
16、上式中，μd为设计位移延性系数。
17、s54：判断rd1×d1与d0的误差是否小于5％：是则表示修正完成，利用rd1修正d0；
18、否则重新假定弹性位移值d2＝d/rd1，并返回步骤s52继续迭代修正。
19、s6：由迭代收敛得到的设计位移d，结合设计地震动反应谱s(t)计算得到设置屈曲约束斜撑的双柱高墩的弹性刚度k。
20、s7：假定各层斜撑为串联关系，根据串联构件间刚度关系公式确定多层屈曲约束斜撑桁架结构的弹性刚度kb，并计算出各层屈曲约束斜撑设计弹性刚度kbi和水平设计位移δbi。
21、s8：结合各层屈曲约束斜撑设计弹性刚度kbi和水平设计位移δbi，计算每层所需的屈曲约束斜撑最小有效长度lbi和斜撑截面积abi。
22、作为本专利技术进一步的改进，步骤s2中，桥梁双柱高墩的等效质量m的计算公式如下：
23、
24、上式中，ms、mc和mc分别表示主梁质量、盖梁质量以及下部墩柱的等效质量；h表示墩高；ei表示墩柱的截面抗弯刚度；x表示桥墩的据地高度。
25、作为本专利技术进一步的改进，步骤s3中，双柱高墩横向弹性刚度kp的计算公式如下：
26、
27、作为本专利技术进一步的改进，步骤s53中，位移延性系数μd是一个人工设定的与工程场景相关的常数。
28、作为本专利技术进一步的改进，步骤s6中，双柱高墩的弹性刚度k的计算公式如下：
29、
30、上式中，n表示多层屈曲约束斜撑桁架结构的层数；kbi表示第i层屈曲约束斜撑设计弹性刚度，n表示多层屈曲约束斜撑桁架结构的总层数。
31、作为本专利技术进一步的改进，步骤s7中，串联构件间刚度关系公式如下：
32、
33、上式中，c为比例系数；kbj第j层屈曲约束斜撑的设计弹性刚度，i≠j；hj、hj-1、hi和hi-1分别表示第j、j-1、i，i-1层屈曲约束斜撑的高度。
34、作为本专利技术进一步的改进，步骤s8中，屈曲约束斜撑最小有效长度lbi和斜撑截面积abi满足的约束方程如下：
35、
36、上式中，l表示屈曲约束斜撑总长度；μb为斜撑容许位移延性系数，取值由核心材料的容许应变来确定；θ为斜撑倾斜角；εy为斜撑核心材料屈服应变；eb表示斜撑材料弹性模量。
37、本专利技术还包括一种采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计系统，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时，实现如前述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法的步骤，进而根据桥梁工程的基本设计参数和设计地震动参数，得到满足抗震设计目标的多层屈曲约束斜撑的关键参数。
38、本专利技术还包括一种抗震桥梁墩柱的设计与施工方法，其包括如下步骤：
39、(1)桥梁的桥墩设计为采用如前述的带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系的双柱高墩结构的桥墩，并确定桥梁工程的基本设计参数和设计地震动参数。
40、(2)采用如前述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，根据基本设计参数和设计地震动参数，得到满足抗震设计目标的多层屈曲约束斜撑的关键参数。
41、(3)根据关键参数采购或预制出带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系中的各个结构组件。
42、(4)在桥梁主体的双柱高墩结构施工完毕后，按照设计图纸安装预制出的结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系，其应用于采用双柱高墩结构的桥梁的桥墩中，其特征在于，所述抗震体系为一种由多根系梁和多根屈曲约束斜撑构成的桁架结构；各个系梁沿墩柱高程方向均匀分布在盖梁和墩柱基台之间；屈曲约束斜撑则依次分布在各层的盖梁与系梁之间、系梁与系梁之间，以及系梁与墩柱基台之间；
2.一种采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：其用于在指定抗震设计目标下，将如权利要求1所述的带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系分解为并联的纯双柱高墩和多层屈曲约束斜撑桁架两个结构，并基于两者间的变形协调和受力协同理论，快速确定多层屈曲约束斜撑的关键参数；
3.如权利要求2所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤S2中，桥梁双柱高墩的等效质量M的计算公式如下：
4.如权利要求3所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤S3中，双柱高墩横向弹性刚度kp的计算公式如下：
5.如权利要求4所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤S53
6.如权利要求4所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤S6中，双柱高墩的弹性刚度K的计算公式如下：
7.如权利要求6所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤S7中，串联构件间刚度关系公式如下：
8.如权利要求2所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤S8中，所述屈曲约束斜撑最小有效长度Lbi和斜撑截面积Abi满足的约束方程如下：
9.一种采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计系统，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-8中任意一项所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法的步骤，进而根据桥梁工程的基本设计参数和设计地震动参数，得到满足抗震设计目标的多层屈曲约束斜撑的关键参数。
10.一种抗震桥梁墩柱的设计与施工方法，其包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系，其应用于采用双柱高墩结构的桥梁的桥墩中，其特征在于，所述抗震体系为一种由多根系梁和多根屈曲约束斜撑构成的桁架结构；各个系梁沿墩柱高程方向均匀分布在盖梁和墩柱基台之间；屈曲约束斜撑则依次分布在各层的盖梁与系梁之间、系梁与系梁之间，以及系梁与墩柱基台之间；
2.一种采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：其用于在指定抗震设计目标下，将如权利要求1所述的带有铰接系梁和耗能斜撑的高墩抗震体系分解为并联的纯双柱高墩和多层屈曲约束斜撑桁架两个结构，并基于两者间的变形协调和受力协同理论，快速确定多层屈曲约束斜撑的关键参数；
3.如权利要求2所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤s2中，桥梁双柱高墩的等效质量m的计算公式如下：
4.如权利要求3所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其特征在于：步骤s3中，双柱高墩横向弹性刚度kp的计算公式如下：
5.如权利要求4所述的采用铰接系梁和屈曲约束斜撑的桥梁的抗震设计方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：项乃亮，吴晓雪，冯扬，徐汉翔，王鉴，黄金汇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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