PC簡支變連續(xù)T型梁合理斷面設(shè)計研究.pdf

1、通過對國內(nèi)梁橋結(jié)構(gòu)形式進行部分統(tǒng)計了解到，2014年以前建成的單孔跨徑在30～60m范圍內(nèi)的簡支變連續(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。本文針對上述不足，依托內(nèi)蒙古寶貝河大橋工程

2、，對PC簡支變連續(xù)T型梁的合理斷面設(shè)計進行了研究。根據(jù)PC簡支變連續(xù)T梁的特點，結(jié)合相關(guān)學(xué)科中設(shè)計產(chǎn)品“合理設(shè)計”的概念，以及目前T梁在設(shè)計與施工中存在的主要問題，規(guī)劃了合理斷面設(shè)計的內(nèi)容。討論了各個設(shè)計內(nèi)容之間的相關(guān)性，并研究了合理斷面設(shè)計中具體內(nèi)容的設(shè)計與計算方法。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，對幾種橫斷面布置方案進行對比，優(yōu)選出相對合理的方案。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。通過對不同的配筋方案進行比較，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)計值可以滿足設(shè)計車輛荷載作用下承載力要求，同時在主梁截面設(shè)計中作為已知的受壓翼緣板，減少了主梁截面設(shè)計變量，簡化了主梁截面優(yōu)化設(shè)計問題。
　　(2)通過對截面優(yōu)化設(shè)計的一般問題的探討，

4、總結(jié)了截面設(shè)計的變量、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)計問題中的特性。根據(jù)T型梁的構(gòu)造特點確定了截面優(yōu)化設(shè)計變量。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)化算法的各自特點與應(yīng)用，討論了算法的選擇。應(yīng)用MATLAB優(yōu)化工具箱，對既有RC梁進行優(yōu)化試算，對比了各個算法在解決橋梁截面

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

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

7、面設(shè)計。利用試驗橋的成果建立了成橋的MIDAS有限元模型，用該模型對設(shè)計結(jié)果進行了驗證。將原設(shè)計和合理斷面設(shè)計的結(jié)果進行了對比，并做了經(jīng)濟性和安全性等方面的評價與分析。分析結(jié)果表明:合理斷面設(shè)計后，預(yù)應(yīng)力鋼筋用量降低，梁高不變，跨中腹板寬度不變，支點腹板寬度降低，單位梁長重力變化甚微，單位梁長造價降低;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)計相比，混凝土工程量降低，主