結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋配束中的應(yīng)用

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1、鐵道建筑RailwayEngineeringJune，201010文章編號：1003-1995(2010)06-0010-04結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋配束中的應(yīng)用王文清，侯廣偉(1．安徽建筑工業(yè)學(xué)院，合肥230601；2．西安鐵路局總工程師室，西安710054)摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的配束設(shè)計是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行配束是一項十分繁瑣的工作。以配柬后鋼束的用量最小為目標(biāo)函數(shù)，把結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的配束設(shè)計，采用“鋼束用量最小法”作為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的配束設(shè)計方法，并提出了計算步驟。結(jié)果表明

2、，這種方法具有思路清新、易于操作、調(diào)整靈活等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，降低了困難度，而且可得出比較經(jīng)濟(jì)的配束結(jié)果。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋配束結(jié)構(gòu)優(yōu)化中圖分類號：U448．21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)受力性能好、變形橋各控制斷面應(yīng)力的條件下，使預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量達(dá)到小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程最小時的配束設(shè)計方案是最經(jīng)濟(jì)的。因此以鋼束用量量小、抗震能力強(qiáng)及施工方法成熟等特點(diǎn)，在橋梁工程最小為目標(biāo)函數(shù)，采用優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝中得到廣泛的應(yīng)用。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)土連續(xù)梁橋的配束設(shè)計是合理的。計

3、算中，確定預(yù)應(yīng)力鋼束(筋)的數(shù)量與位置，使結(jié)構(gòu)1鋼束用量最小法的基本原理和計算步驟在施工與使用階段處于合理的受力狀態(tài)是一項重要的內(nèi)容。傳統(tǒng)的配束方法是：首先按照正常使用極限狀1．1基本原理態(tài)的應(yīng)力要求以及按承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度要求預(yù)在恒載、汽車荷載、溫度變化、基礎(chǔ)沉降等作用下，估預(yù)應(yīng)力鋼束的數(shù)量，然后根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼束的預(yù)估數(shù)計算連續(xù)梁橋各控制截面的應(yīng)力向量{)、{)和量進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束的布置。由于結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力與預(yù)應(yīng){'erai)，其中{or?)為按照作用(或荷載)的標(biāo)準(zhǔn)值組力鋼束的數(shù)量和布置有關(guān)，而且結(jié)構(gòu)施工方法轉(zhuǎn)換體合得到的各控制截面最大應(yīng)力向量

4、(壓應(yīng)力為正，拉系的順序?qū)Y(jié)構(gòu)次內(nèi)力的影響也很大，因此預(yù)估的預(yù)應(yīng)力為負(fù)，以下同)，{，m)為按照作用(或荷載)的短應(yīng)力鋼束的數(shù)量是非常粗略的，而且配置的預(yù)應(yīng)力鋼期組合得到的各控制截面最小應(yīng)力向量，{)為按束又導(dǎo)致內(nèi)力重分配，需再調(diào)整。有時結(jié)構(gòu)尺寸不符照作用(或荷載)的長期組合得到的各控制截面最小合要求，亦需要調(diào)整。此過程重復(fù)幾次，直到滿足規(guī)范應(yīng)力向量。要求。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的配束是一項十對各預(yù)應(yīng)力鋼束施加單位張拉力，按施工過程求分繁瑣的工作。得預(yù)應(yīng)力鋼束對各截面的應(yīng)力的影響矩陣[c]。土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是一門土建工程與運(yùn)籌學(xué)交叉根據(jù)橋涵設(shè)

5、計規(guī)范，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎的學(xué)科，它的出現(xiàn)使設(shè)計者從被動的分析、校核而進(jìn)入構(gòu)件在正截面混凝土的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均不得超過規(guī)主動的設(shè)計，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計上的一次飛躍。結(jié)構(gòu)優(yōu)化范規(guī)定的限值。上述限值構(gòu)成了優(yōu)化計算模型的約束設(shè)計理論已經(jīng)成功地應(yīng)用于確定斜拉橋的合理成橋狀條件。態(tài)，如彎曲能量最小法(以結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)變能作為目1)混凝土壓應(yīng)力限值標(biāo)函數(shù))、用索量最小法(以索力乘以索長累計值作為對全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)目標(biāo)函數(shù))，這些方法屬于線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃問件，{?}+[C]{}其結(jié)果均≤0．(混凝土標(biāo)題。準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度，為第i根鋼束的張拉力

6、)。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計中，在滿足連續(xù)梁2)混凝土拉應(yīng)力限值．對預(yù)制的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，{i)+0．85[c]收稿日期：2009—12-19；修回日期：2010-03-15{}≥{0}，對采用分段澆筑或砂漿接縫的全預(yù)應(yīng)力作者簡介：王文清(1968一)，男，河北大城人，高級工程師，碩士?；炷翗?gòu)件，{i}+0．8[c]{}≥{0}。2010年第6期結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋配束中的應(yīng)用對A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用或荷載短期效凝土收縮徐變時的鋼束張拉力{)；應(yīng)組合下，{i)+[C]{}≥一0．7f,；在荷載長期效5)將索力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)

7、的鋼束數(shù)目，將此結(jié)果帶入應(yīng)組合下，{i)+[c]{T}≥{o}。到計算模型中重新進(jìn)行計算，并考慮混凝土收縮、徐變當(dāng)然，設(shè)計者也可根據(jù)橋梁使用耐久性的要求，提的影響，重新形成各控制斷面的應(yīng)力向量{?)、出混凝土應(yīng)力(包括壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、主壓應(yīng)力、主拉{i}和{)。此時，預(yù)應(yīng)力鋼束考慮了包括混凝土應(yīng)力等)的限制值。顯而易見，只需改變優(yōu)化計算模收縮徐變影響的全部預(yù)應(yīng)力損失；型的約束條件，即可達(dá)到上述目的。6)重新求解—min的線性規(guī)劃問題，得到考慮取各鋼束的張拉力{}為設(shè)計變量，目標(biāo)函數(shù)為混凝土收縮徐變的鋼束張拉力{，)；7)對連續(xù)梁橋的各控制斷面進(jìn)行

8、應(yīng)力驗算；=∑，其中，L為第i根鋼束的長度。求解目標(biāo)8)重復(fù)第5)～7)步，直到整個結(jié)構(gòu)滿足應(yīng)力條件函數(shù)—min的線性規(guī)劃問題，就可得到