PC簡(jiǎn)支變連續(xù)T型梁合理斷面設(shè)計(jì)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、通過對(duì)國(guó)內(nèi)梁橋結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行部分統(tǒng)計(jì)了解到,2014年以前建成的單孔跨徑在30~60m范圍內(nèi)的簡(jiǎn)支變連續(xù)梁橋以T梁居多。但是預(yù)應(yīng)力混凝土T梁在設(shè)計(jì)和施工方面仍存在不足,如:吊裝就位后相鄰的主梁存在較大的反向撓度差;薄腹板T梁在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)側(cè)彎變形現(xiàn)象;由于橋面寬度與車道規(guī)劃不當(dāng),導(dǎo)致車輪頻繁的作用在T梁橫向連接處;相同跨度的橋梁結(jié)構(gòu)尺寸不統(tǒng)一,施工單位的模板與設(shè)備無法得到充分的循環(huán)利用等等。本文針對(duì)上述不足,依托內(nèi)蒙古寶貝河大橋工程

2、,對(duì)PC簡(jiǎn)支變連續(xù)T型梁的合理斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。根據(jù)PC簡(jiǎn)支變連續(xù)T梁的特點(diǎn),結(jié)合相關(guān)學(xué)科中設(shè)計(jì)產(chǎn)品“合理設(shè)計(jì)”的概念,以及目前T梁在設(shè)計(jì)與施工中存在的主要問題,規(guī)劃了合理斷面設(shè)計(jì)的內(nèi)容。討論了各個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容之間的相關(guān)性,并研究了合理斷面設(shè)計(jì)中具體內(nèi)容的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。本文的主要研究成果如下:
  (1)為使橋面板受力最不利位置避開車輪頻繁作用線,對(duì)幾種橫斷面布置方案進(jìn)行對(duì)比,優(yōu)選出相對(duì)合理的方案。利用曲線擬合的方法得到了橋面板彎

3、矩與主梁間距的關(guān)系及計(jì)算公式,得到了在鋼筋應(yīng)力限制條件、抗彎承載力限制條件和裂縫限制條件下橋面板板厚的變化規(guī)律,分析了在特定的配筋下橋面板板厚與主梁間距的關(guān)系。通過對(duì)不同的配筋方案進(jìn)行比較,得到了各種主梁間距下的鋼筋布置方案與橋面板最優(yōu)板厚。此板厚設(shè)計(jì)值可以滿足設(shè)計(jì)車輛荷載作用下承載力要求,同時(shí)在主梁截面設(shè)計(jì)中作為已知的受壓翼緣板,減少了主梁截面設(shè)計(jì)變量,簡(jiǎn)化了主梁截面優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。
  (2)通過對(duì)截面優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般問題的探討,

4、總結(jié)了截面設(shè)計(jì)的變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件和優(yōu)化算法等在橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中的特性。根據(jù)T型梁的構(gòu)造特點(diǎn)確定了截面優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。根據(jù)現(xiàn)行橋規(guī)建立截面優(yōu)化的約束條件,并提出將施工變形控制要求引入截面優(yōu)化約束條件當(dāng)中。建立了曲線配束時(shí)變截面的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的目標(biāo)函數(shù)。研究了內(nèi)點(diǎn)算法、序列二次規(guī)劃法和有效集算法這三種優(yōu)化算法的各自特點(diǎn)與應(yīng)用,討論了算法的選擇。應(yīng)用MATLAB優(yōu)化工具箱,對(duì)既有RC梁進(jìn)行優(yōu)化試算,對(duì)比了各個(gè)算法在解決橋梁截面

5、優(yōu)化問題時(shí)的特點(diǎn)和效率。通過算例驗(yàn)證和算法對(duì)比表明,內(nèi)點(diǎn)算法在配筋混凝土截面的優(yōu)化計(jì)算時(shí)體現(xiàn)了較好的效率和效果。利用內(nèi)點(diǎn)算法對(duì)既有PC梁進(jìn)行了優(yōu)化試算,試算結(jié)果表明了內(nèi)點(diǎn)算法在預(yù)應(yīng)力混凝土梁截面優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中是可行的優(yōu)化算法。對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度問題進(jìn)行了探討,分析了結(jié)構(gòu)造價(jià)與可靠度之間的關(guān)系以及有關(guān)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)造價(jià)的影響。得到了結(jié)構(gòu)總投資最低時(shí)參數(shù)的確定方法,給出了基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。
  (3)為了研究施工預(yù)加力時(shí)的梁體變形,

6、討論了T型梁施工變形計(jì)算與控制中存在的問題,實(shí)施了預(yù)應(yīng)力混凝土T梁試驗(yàn),建立了與試驗(yàn)梁對(duì)應(yīng)的ABAQUS有限元模型。考慮梁體底面存在接觸的實(shí)際情況,探討了梁體張拉過程中的摩擦接觸問題,通過有限元計(jì)算,揭示了梁體在張拉過程中的變形規(guī)律。提出了計(jì)算的基本假設(shè),運(yùn)用靜力法對(duì)施工梁體進(jìn)行受力分析,推導(dǎo)了確定反向撓度變形的邊界約束條件方程和側(cè)彎變形計(jì)算公式。結(jié)合截面優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了施工變形控制的設(shè)計(jì)措施。
  (4)對(duì)寶貝河大橋進(jìn)行了合理斷

7、面設(shè)計(jì)。利用試驗(yàn)橋的成果建立了成橋的MIDAS有限元模型,用該模型對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。將原設(shè)計(jì)和合理斷面設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,并做了經(jīng)濟(jì)性和安全性等方面的評(píng)價(jià)與分析。分析結(jié)果表明:合理斷面設(shè)計(jì)后,預(yù)應(yīng)力鋼筋用量降低,梁高不變,跨中腹板寬度不變,支點(diǎn)腹板寬度降低,單位梁長(zhǎng)重力變化甚微,單位梁長(zhǎng)造價(jià)降低;翼緣板平均厚度增大,每米板寬內(nèi)鋼筋用量降低;邊梁和中梁的施工反向撓度變形差變小,施工側(cè)彎變形較易控制。與原設(shè)計(jì)相比,混凝土工程量降低,主

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