一种桥梁用U型防落梁装置设计方法

1.一种桥梁用U型防落梁装置设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、确定实际铁路桥梁参数，并根据实际铁路桥梁的参数获取实际的工程防落梁需求；S2、根据实际的工程防落梁需求进行U型防落梁装置的抗剪、抗拉及抗弯计算；S3、根据U型防落梁装置的抗剪、抗拉及抗弯计算结果选取以往的U型防落梁装置的材料及尺寸作为初步设计的U型防落梁装置的材料及尺寸；S4、将初步设计的U型防落梁装置的材料力学性能、尺寸、安装空间导入有限元软件中进行建模；S5、对有限元软件中的U型防落梁装置模型加入当前铁路桥梁的防落梁位移约束；S6、对模型进行有限元分析，建立防落梁力和U型钢厚度、单个U型钢宽度和U型钢内侧净高度在当前防落梁位移约束下的关系；S7、调整初步设计的U型防落梁装置的U型钢厚度、单个U型钢宽度和U型钢内侧净高度使得计算结果与设计参数、结构强度容许值吻合；S8、根据调整后的结果制备试验试件；S9、对试件进行结构性能和结构强度试验；S10、判断试验结果与设计参数是否相同，是则进行步骤S11，否则调整初步设计的U型防落梁装置的材料及尺寸后进行步骤S4；S11、完成U型防落梁装置设计并记录最后得到的力和位移关系、强度与材料及尺寸关系；所述步骤S6所述的建立防落梁力和U型钢厚度、单个U型钢宽度和U型钢内侧净高度在当前防落梁位移约束下的关系的方式具体为：确定初步设计的U型防落梁装置的U型钢厚度、单个U型钢宽度和U型钢内侧净高度尺寸；固定模型的U型钢厚度和单个U型钢宽度，调节防落梁力获取满足需求的U型钢内侧净高度曲线；固定模型的U型钢内侧净高度和单个U型钢宽度，调节防落梁力获取满足需求的U型钢厚度曲线；固定模型的U型钢内侧净高度和U型钢厚度，调节防落梁力获取满足需求的单个U型钢宽度曲线；基于U型钢内侧净高度曲线、U型钢厚度曲线和单个U型钢宽度曲线合成特定位移约束条件下的防落梁力 与U型防落梁装置尺寸关系公式为防落梁力 等于U型钢内侧净高度曲线函数、U型钢厚度曲线函数和单个U型钢宽度曲线函数的乘积；所述U型钢内侧净高度曲线函数为 ；所述U型钢厚度曲线函数为 ；所述单个U型钢宽度曲线函数为 ；其中，T为U型钢厚度，B为单个U型钢宽度，H为U型钢内侧净高度，a、b、c、d为在B和H均为定值的情况下T为因变量 为自变量的关系参数，e为防落梁力 与B之间的比例参数，f、g、h均为基于铁路桥梁对防落梁装置的参数要求的高度参数；步骤S9所述的试件进行结构性能和结构强度试验，具体包括阻尼力和水平等效阻尼比试验、防落梁力和极限位移试验和疲劳试验；步骤S9中进行阻尼力和水平等效阻尼比试验加载的方法为根据设计的地震烈度设置地震位移S d， 并将0~S d 均匀分为若干阈值节段，取每个阈值节段的端点作为加载阈值d x ，依次使加载阈值d x 由低至高对加载板采用位移控制进行加载，带动U型防落梁装置水平运动，位移加载曲线为三角波，位移加载速度为amm/s，幅值为d x ，往复加载X次后，静停T小时后，开始下一级加载阈值d x 试验；步骤S9中进行防落梁力和极限位移试验加载的方法为对加载板采用位移控制进行加载，带动U型防落梁装置水平运动，直至U型防落梁装置的水平位移达到设计地震位移S d 的1.5倍或以上且水平荷载大于2倍设计防落梁力；步骤S9中进行疲劳试验加载的方法为对加载板采用位移控制进行加载，带动U型防落梁装置水平运动，位移加载为三角波，位移加载速度为amm/s，幅值为S d ，往复加载Y次，其中Y大于X，如出现试样裂损、断裂或连接失败，则立即停止试验，否则则持续加载至完成；所述S10中根据试验结果判定阻尼力和水平等效阻尼比试验是否试验结果与设计参数相同的方法为：判断滞回曲线是否出现明显捏缩特征，是则判定为试验结果与设计参数不同，否则进行位移荷载判断；位移荷载判断为判断是否出现位移增大荷载下降区段，是则判定为试验结果与设计参数不同，否则进行等效阻尼比计算ξ effb ，计算公式如下：ξ effb =A h,2 /(2πFd x )；其中，F为阻尼力为加载位移d x =S d 时，第2次加载对应的滞回曲线上最大水平荷载与最小水平荷载的绝对值的平均值，A h,2 为装置阻尼力；判断装置阻尼力与设计参数的偏差是否在0～40%范围内，是则进行阻尼比判断，否则判定为试验结果与设计参数不同；阻尼比判断为判断水平等效阻尼比是否小于α，是则判定为试验结果与设计参数相同，否则为试验结果与设计参数不同；第一平衡因子α为1除以1与阻尼力偏差之差；所述步骤S10中根据试验结果判定防落梁力和极限位移试验是否试验结果与设计参数相同的方法为：判断装置的极限位移是否不小于阻尼地震位移的1.5倍且装置的防落梁力不小于设计参数，是则为试验结果与设计参数相同，否则为试验结果与设计参数不同；所述步骤S10中根据试验结果判定疲劳试验是否试验结果与设计参数相同的方法为：计算水平等效刚度K effb.n ，公式如下： ；其中，K effb.n 为第n次加载对应的滞回曲线的等效刚度；F max，n 为第n次加载对应的滞回曲线上最大水平荷载；F min，n 为第n次加载对应的滞回曲线上最小水平荷载；判断水平等效刚度K effb.n 是否满足公式： ；其中，K max 为滞回曲线中第2至第n MAX 条滞回曲线水平等效刚度的最大值，K min 为滞回曲线中第2至第n MAX 条滞回曲线水平等效刚度的最小值，是则为试验结果与设计参数相同，否则为试验结果与设计参数不同。 2.根据权利要求1所述的一种桥梁用U型防落梁装置设计方法，其特征在于：所述步骤S5和步骤S6之间还包括以下步骤：S51、判断当前初步设计的U型防落梁装置是否经过试验调整，是则进行步骤S52，否则进行步骤S6；S52、判断试验结果与设计参数不同的试验为哪种试验，若为阻尼力和水平等效阻尼比试验，则U型钢厚度的各关系参数和基于铁路桥梁对防落梁装置的参数要求的高度参数均乘以第一平衡因子α；若为防落梁力和极限位移试验，则基于铁路桥梁对防落梁装置的参数要求的高度参数和U型钢厚度的各关系参数分别乘以第二平衡因子β，若为疲劳试验，则U型钢厚度的各关系参数和防落梁力与U型钢宽度之间的比例参数乘以第三平衡因子γ；所述第二平衡因子β为实际极限值与设计极限值的比值，所述第三平衡因子γ为 。 3.根据权利要求1所述的一种桥梁用U型防落梁装置设计方法，其特征在于：所述U型防落梁装置为U型板状结构，所述U型防落梁装置两自由端为相互平行的板结构，两自由端之间通过弧形板连接，所述U型防落梁装置板为等厚度板，板厚即U型钢厚度T，所述U型防落梁装置板为等宽结构，宽度即U型钢宽度B，两自由端外侧面之间的间距即为U型钢内侧净高度H。