结构优化理论在预应力混凝土连续梁桥配束中的应用

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1、铁道建筑RailwayEngineeringJune，201010文章编号：1003-1995(2010)06-0010-04结构优化理论在预应力混凝土连续梁桥配束中的应用王文清，侯广伟(1．安徽建筑工业学院，合肥230601；2．西安铁路局总工程师室，西安710054)摘要：预应力混凝土连续梁桥的配束设计是一个复杂的动态过程，按照传统的方法进行配束是一项十分繁琐的工作。以配柬后钢束的用量最小为目标函数，把结构优化设计理论应用于预应力混凝土连续梁桥的配束设计，采用“钢束用量最小法”作为预应力混凝土连续梁桥的配束设计方法，并提出了计算步骤。结果表明

2、，这种方法具有思路清新、易于操作、调整灵活等特点，与传统的设计方法相比，降低了困难度，而且可得出比较经济的配束结果。关键词：预应力混凝土连续梁桥配束结构优化中图分类号：U448．21文献标识码：A预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形桥各控制断面应力的条件下，使预应力钢筋数量达到小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程最小时的配束设计方案是最经济的。因此以钢束用量量小、抗震能力强及施工方法成熟等特点，在桥梁工程最小为目标函数，采用优化设计方法进行预应力混凝中得到广泛的应用。在预应力混凝土连续梁桥的结构土连续梁桥的配束设计是合理的。计

3、算中，确定预应力钢束(筋)的数量与位置，使结构1钢束用量最小法的基本原理和计算步骤在施工与使用阶段处于合理的受力状态是一项重要的内容。传统的配束方法是：首先按照正常使用极限状1．1基本原理态的应力要求以及按承载能力极限状态的强度要求预在恒载、汽车荷载、温度变化、基础沉降等作用下，估预应力钢束的数量，然后根据预应力钢束的预估数计算连续梁桥各控制截面的应力向量{)、{)和量进行预应力钢束的布置。由于结构的次内力与预应{'erai)，其中{or⋯)为按照作用(或荷载)的标准值组力钢束的数量和布置有关，而且结构施工方法转换体合得到的各控制截面最大应力向量

4、(压应力为正，拉系的顺序对结构次内力的影响也很大，因此预估的预应力为负，以下同)，{，m)为按照作用(或荷载)的短应力钢束的数量是非常粗略的，而且配置的预应力钢期组合得到的各控制截面最小应力向量，{)为按束又导致内力重分配，需再调整。有时结构尺寸不符照作用(或荷载)的长期组合得到的各控制截面最小合要求，亦需要调整。此过程重复几次，直到满足规范应力向量。要求。因此，预应力混凝土连续梁桥的配束是一项十对各预应力钢束施加单位张拉力，按施工过程求分繁琐的工作。得预应力钢束对各截面的应力的影响矩阵[c]。土建结构优化设计是一门土建工程与运筹学交叉根据桥涵设

5、计规范，使用阶段预应力混凝土受弯的学科，它的出现使设计者从被动的分析、校核而进入构件在正截面混凝土的压应力和拉应力均不得超过规主动的设计，这是结构设计上的一次飞跃。结构优化范规定的限值。上述限值构成了优化计算模型的约束设计理论已经成功地应用于确定斜拉桥的合理成桥状条件。态，如弯曲能量最小法(以结构的弯曲应变能作为目1)混凝土压应力限值标函数)、用索量最小法(以索力乘以索长累计值作为对全预应力混凝土构件和A类预应力混凝土构目标函数)，这些方法属于线性规划和非线性规划问件，{⋯}+[C]{}其结果均≤0．(混凝土标题。准抗压强度，为第i根钢束的张拉力

6、)。在预应力混凝土连续梁桥设计中，在满足连续梁2)混凝土拉应力限值．对预制的全预应力混凝土构件，{i)+0．85[c]收稿日期：2009—12-19；修回日期：2010-03-15{}≥{0}，对采用分段浇筑或砂浆接缝的全预应力作者简介：王文清(1968一)，男，河北大城人，高级工程师，硕士。混凝土构件，{i}+0．8[c]{}≥{0}。2010年第6期结构优化理论在预应力混凝土连续梁桥配束中的应用对A类预应力混凝土构件，在作用或荷载短期效凝土收缩徐变时的钢束张拉力{)；应组合下，{i)+[C]{}≥一0．7f,；在荷载长期效5)将索力转换成相应

7、的钢束数目，将此结果带入应组合下，{i)+[c]{T}≥{o}。到计算模型中重新进行计算，并考虑混凝土收缩、徐变当然，设计者也可根据桥梁使用耐久性的要求，提的影响，重新形成各控制断面的应力向量{⋯)、出混凝土应力(包括压应力、拉应力、主压应力、主拉{i}和{)。此时，预应力钢束考虑了包括混凝土应力等)的限制值。显而易见，只需改变优化计算模收缩徐变影响的全部预应力损失；型的约束条件，即可达到上述目的。6)重新求解—min的线性规划问题，得到考虑取各钢束的张拉力{}为设计变量，目标函数为混凝土收缩徐变的钢束张拉力{，)；7)对连续梁桥的各控制断面进行

8、应力验算；=∑，其中，L为第i根钢束的长度。求解目标8)重复第5)～7)步，直到整个结构满足应力条件函数—min的线性规划问题，就可得到