本发明涉及桥梁工程领域，尤其涉及一种多柱墩节段式耗能盖梁结构及其设计方法。
背景技术：
1、对于普通多柱墩变形模式，刚度更大的盖梁在横向对桥墩的变形进行了约束，限制了桥墩的有效变形长度。根据“强梁弱柱”的设计原则，多柱墩在横向地震激励下表现出类似门式框架的变形规律。强梁弱柱的机制明显减小了桥墩的有效变形长度，并且塑性铰通常出现在桥墩底部。此外，由于框架效应的存在，当作用于其中一桥墩的轴压力减小时，作用于另一桥墩的轴压力必定会增大。轴向波动的荷载可能会造成钢筋混凝土桥墩的受压破坏甚至出现压溃，这将是难以修复的，因此需要提供一种新型构造来避免这种现象。
技术实现思路
1、为了克服或缓解以上一个或多个技术问题，本发明目的是提供一种多柱墩节段式耗能盖梁结构及其设计方法，使用金属剪切耗能装置连接节段式盖梁。金属剪切耗能装置的引入，改变了盖梁和墩柱的刚度比，释放了盖梁对墩柱的耦合变形作用，由此实现了横向地震下的多柱墩损伤控制，降低整体结构地震响应。并且在地震之后，这种金属剪切耗能装置可以很容易地通过螺栓连接替换，以便于震后修复和快速恢复交通。
2、本发明提供了如下的技术方案：
3、一方面，本发明提供了一种多柱墩节段式耗能盖梁结构，其包括多个节段式盖梁，每个节段通过其底部至少一个柱墩支撑，相邻两个盖梁之间均设有耗能组件，单个所述耗能组件包括金属剪切耗能装置(102)，相邻盖梁相对端部均嵌设有连接件(101)，所述连接件(101)朝内端均垂直固定连接第一连接钢板(103-1)，所述金属剪切耗能装置(102)的左右两端垂直固定连接第二连接钢板(103-2)，左右侧的所述第二连接钢板(103-2)通过螺栓(104)可拆卸连接于所述第一连接钢板(103-1)，所述金属剪切耗能装置(102)的剪切刚度小于所述盖梁的剪切刚度。
4、根据一些实施方式，所述金属剪切耗能装置(102)包括工字钢板，所述工字钢板两侧固定设有加劲肋(105)。
5、根据一些实施方式，单侧的所述加劲肋(105)为两条，呈十字分布。
6、根据一些实施方式，所述工字钢板和所述加劲肋(105)的材质均选自q355钢。
7、根据一些实施方式，所述连接件(101)抗剪刚度大于所述金属剪切耗能装置(102)。
8、根据一些实施方式，所述连接件(101)选自工字钢、栓钉、pbl剪力连接件、型钢或预埋钢筋。
9、根据一些实施方式，所述螺栓(104)选自高强螺栓，其剪切力大于地震荷载的最大剪力。
10、根据一些实施方式，单个节段盖梁底部对应设有一个柱墩。
11、另一方面，本发明提供了一种如上述多柱墩节段式耗能盖梁结构的设计方法，其包括如下步骤：
12、s1:需求分析与设计目标，需求分析是确定桥梁的抗震要求和性能目标；设计目标是确保在地震作用下桥梁结构的安全性和快速恢复能力和降低地震作用下整体结构的损伤，起到保护盖梁和桥墩的效果；
13、s2:初步设计，确定节段长度是根据结构需求和施工条件，将盖梁总长度划分为节段；选择制作金属剪切耗能装置(102)和加劲肋(105)的材料；根据施工条件和实际需要，选择嵌入盖梁的连接件(101)的形式；
14、s3:设计耗能组件，根据耗能需求设计金属剪切耗能装置(102)的长度、金属剪切耗能装置(102)两侧设计有十字形的加劲肋(105)的工字钢板；连接件(101)与金属剪切耗能装置(102)的连接是使用第一、二连接钢板和螺栓(104)将金属剪切耗能装置(102)与连接件(101)可拆卸连接，螺栓(104)采用高强螺栓，第一、二连接钢板之间不允许出现滑动，所述螺栓(104)的抗剪力大于可能受到地震荷载的最大剪力；
15、s4:数值仿真与优化，建立包含耗能组件的节段式盖梁与普通盖梁的数值模型；仿真分析以进行不同地震强度下的动力分析，确定不同地震强度下金属剪切耗能装置(102)的耗能情况，根据实际抗震需求对金属剪切耗能装置(102)的钢板厚度的调整；对比包含耗能组件的节段式盖梁与普通盖梁两种结构下的桥梁有限元时程分析结果，对新型盖梁结构的具体优势进行量化；进行优化设计，即根据仿真结果，优化耗能组件的布置和参数，以降低盖梁的最大主拉应变和桥墩的塑性应变。
16、根据一些实施方式，步骤s3中，连接件(101)抗剪刚度大于金属剪切耗能装置(102)。
17、相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
18、1)本发明提供的一种多柱墩节段式耗能盖梁结构，其盖梁开缝嵌入金属剪切耗能装置，改变了多柱墩在横向地震激励下的整体变形模式，增大了桥墩的有效变形长度并且耗散一定能量，能够对盖梁桥墩结构进行损伤控制，避免桥墩在地震作用下过早受压破坏；
19、2)金属剪切耗能装置的屈服强度是单个桥墩在地震作用下波动轴压力的基本上限，其材料和尺寸可根据有可能受到地震荷载作用大小进行设计，可充分满足不同桥墩结构的抗震需求，具有良好的可设计性和拓展性；
20、3)分段式盖梁结构中，单个节段构件的长度有限，如实施例一中盖梁总长24.5m，设置耗能组件后，最长盖梁节段长度为6m，有效避免了多柱墩中盖梁过长造成的收缩开裂难题，通过减小盖梁长度，有利于提升多柱墩的震损控制和建造品质。
21、4)金属剪切耗能装置为能量耗散的关键结构单元，其材料一般采用钢材，方便取材以及标准化生产；
22、5)螺栓连接的方式便于震后替换，实现了整体结构的震后快速修复和交通恢复。
23、6)本发明提供的多柱墩节段式耗能盖梁结构的设计方法采用初步设计和有限元分析联合的方式，能按照实际工程的需求准确设计出符合预期的减震盖梁新结构，保证金属耗能剪切装置在预设的地震强度下屈服耗能，同时解耦框架结构，结构变成类似单柱变形模式，避免框架效应导致盖梁-墩柱节点附近产生较大损伤，也即降低了盖梁损伤和节点附近的柱的损伤。
24、7)有限元对比分析普通盖梁和减震盖梁结构的时程分析结果，有利于对新型盖梁结构的减震效果进行具体量化。
25、8)分段盖梁设计避免了多柱墩中盖梁过长造成的收缩开裂问题，提高了结构耐久性。此外，节段式设计使结构构造简单，易于实现标准化和工业化生产，减少施工难度和时间。同时，金属剪切耗能装置在地震后可快速替换，减少维修时间和成本。由于结构的高耐久性和易维护性，减少了长期的维修和更换成本。标准化设计和简单的连接方式提高了施工效率，减少了施工时间和人工成本。该设计符合现代桥梁抗震设计的性能化要求，确保在多遇地震和罕遇地震作用下的安全性和功能性。
1.一种多柱墩节段式耗能盖梁结构，其包括多个节段式盖梁，每个节段通过其底部至少一个柱墩支撑，其特征在于：相邻两个盖梁之间均设有耗能组件，单个所述耗能组件包括金属剪切耗能装置(102)，相邻盖梁相对端部均嵌设有连接件(101)，所述连接件(101)朝内端均垂直固定连接第一连接钢板(103-1)，所述金属剪切耗能装置(102)的左右两端垂直固定连接第二连接钢板(103-2)，左右侧的所述第二连接钢板(103-2)通过螺栓(104)可拆卸连接于所述第一连接钢板(103-1)，所述金属剪切耗能装置(102)的剪切刚度小于所述盖梁的剪切刚度。
2.根据权利要求1所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：所述金属剪切耗能装置(102)包括工字钢板，所述工字钢板两侧固定设有加劲肋(105)。
3.根据权利要求2所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：单侧的所述加劲肋(105)为两条，呈十字分布。
4.根据权利要求2所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：所述工字钢板和所述加劲肋(105)的材质均选自q355钢。
5.根据权利要求1所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：所述连接件(101)抗剪刚度大于所述金属剪切耗能装置(102)。
6.根据权利要求5所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：所述连接件(101)选自工字钢、栓钉、pbl剪力连接件、型钢或预埋钢筋。
7.根据权利要求1所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：所述螺栓(104)选自高强螺栓，其剪切力大于地震荷载的最大剪力。
8.根据权利要求1所述多柱墩节段式耗能盖梁结构，其特征在于：单个节段盖梁底部对应设有一个柱墩。
9.一种如权利要求2～8任一所述多柱墩节段式耗能盖梁结构的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述多柱墩节段式耗能盖梁结构的设计方法，其特征在于：步骤s3中，连接件(101)抗剪刚度大于金属剪切耗能装置(102)。
