主梁混凝土采用C60，主墩混凝土采用C50。橫向、縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用d=15.2mm7股Ⅱ級低松弛鋼絞線；永久荷載主要考慮結(jié)構(gòu)重力和結(jié)構(gòu)二期恒載，混凝土的收縮、徐變主要考慮結(jié)構(gòu)均勻升降溫效應(yīng)及混凝土的收縮、徐變引起的次內(nèi)力效應(yīng)，據(jù)現(xiàn)場施工機(jī)械設(shè)備要求，掛籃荷載取1 200 kN。

　　主梁縱向預(yù)應(yīng)力采用2O-φ15.2、22-φ15．2和25-φ15.2這3種群錨體系，張拉應(yīng)力取0.75fpk=1 395MPa^[1-2]，張拉初期損失及預(yù)應(yīng)力長期損失由程序自動計(jì)算，其相關(guān)參數(shù)如表1所示。

　　

2.優(yōu)化措施及模型的建立

　　原設(shè)計(jì)方案經(jīng)驗(yàn)算合格，并滿足規(guī)范要求，但仍有一定的優(yōu)化空間。為使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理而有必要對其腹板進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化以后腹板的變化方案為：腹板厚度分別為40，50，60，70 cm，在距離左端0-31m范圍內(nèi)腹板厚度為40cm，在31-36m內(nèi)由0.4cm過渡到0.5cm；在距離左端36-65m范圍內(nèi)腹板厚度為50cm，在65-69m內(nèi)由0.5Cm過渡到0.6cm；在距離左端69-78m范圍內(nèi)腹板厚度為60 cm，在78-91.5m內(nèi)由0.6cm過渡到0.7cm；在距離左端91.5-112.5m范圍內(nèi)腹板厚度為70Cm。2種方案的墩頂0^#塊截面尺寸相同，其它位置腹板的厚度可根據(jù)對稱性得到。距墩頂110m范圍內(nèi)的中跨截面與邊跨截面關(guān)于墩軸線對稱，全橋主梁截面關(guān)于橋中心對稱，如圖4所示。

 

優(yōu)化后T1-T16號鋼束類型為25-φ15.2，T17-T48號鋼束類型為20-φ15.2。原方案T1-T21號鋼束類型為25-φ15.2，T22-T48號鋼束類型為20-φ15.2，2方案的鋼束線型和位置均不變，只將T17-T28號鋼束由原來的25根變?yōu)?0根，其他鋼束類型不變。
 

　　
 

　　參照圖1建立施工階段分析模型，共57個施工階段，每一個橋梁節(jié)段劃分為一個模型單元。主梁單元號由左至右為1-113，節(jié)點(diǎn)號由左至右為1-114，共113個梁單元114個節(jié)點(diǎn)。2^#墩單元號由上至下為114-138，139^#單元模擬承臺，節(jié)點(diǎn)號由上至下為31，115-140，3^#墩單元號由上至下為140-164，165^#單元模擬承臺，節(jié)點(diǎn)號由上至下為84，141-166。

　　主梁在支點(diǎn)處設(shè)置橫隔梁，中橫隔梁厚1.5m，對應(yīng)墩壁設(shè)置；端橫隔梁厚2.0m，跨中橫隔板0.3m。主墩上部梁單元(30^#，31^#單元)的計(jì)算截面采用橫隔梁側(cè)面的截面，形成連續(xù)的箱形截面。主梁橫隔梁自重采用加豎向集中力的方法進(jìn)行模擬分析。0 塊節(jié)點(diǎn)與橋墩墩頂節(jié)點(diǎn)的連接采用剛接方式，如圖5所示。

　　
　　3.計(jì)算結(jié)果及分析

　　3.1 施工階段計(jì)算結(jié)果分析

　　全橋施工階段模擬計(jì)算共分為57個施工階段，為對計(jì)算結(jié)果有一個初步的了解，以下僅列出具有典型代表性的幾個施工階段的計(jì)算結(jié)果：

　　(1)施工過程最大懸臂狀態(tài)(施工階段50)；

　　(2)中跨合龍前(施工階段52)；

　　(3)成橋狀態(tài)，二期恒載上橋(施工階段56),優(yōu)化前后所需主要原材料對比：原方案主梁使用C60混凝土9.2×103m3、270K級鋼絞線(15.24)602t、HRB335鋼筋774t；腹板優(yōu)化后主梁使用C60混凝土8.8×103m3、270K級鋼絞線(15.24)575t、HRB335鋼筋683t；從而可節(jié)省C60混凝土400m³、270K級鋼絞線(15.24)27t、HRB335鋼筋9lt，優(yōu)化前后典型施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表2所示。

　　
　　由表2可知，優(yōu)化后的施工階段結(jié)構(gòu)各項(xiàng)內(nèi)力較優(yōu)化前均有所減小，彎矩減小幅度最大。

　　3.2 優(yōu)化后主梁極限狀態(tài)計(jì)算結(jié)果分析

　　(1)承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

　　由圖6-7可得到如下計(jì)算結(jié)果：全橋最大負(fù)彎矩為-2.95×106kN·m，出現(xiàn)在83^#單元的83^#節(jié)點(diǎn)(3^#墩墩頂，距墩軸線5.5m)，該節(jié)點(diǎn)的極限抗力為-4.51×106kN·m；全橋最大正彎矩為7.33×10 kN·m，出現(xiàn)在57^#單元的57^#節(jié)點(diǎn)(中跨跨中截面)，該節(jié)點(diǎn)的極限抗力為3.29×10 kN ·m，可以看出：承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備^[1-2]。
 

　　

　　
　　(2)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

　　荷載短期組合主梁上、下緣正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：單元上緣最小應(yīng)力為0.49 MPa，位于31 單元31^#節(jié)點(diǎn)(位于左側(cè)墩梁固結(jié)處)；單元下緣最小應(yīng)力為2.55 MPa，位于57 單元57^#節(jié)點(diǎn)(跨中截面)；單元最大主拉應(yīng)力為-0.57 MPa．位于31 單元31節(jié)點(diǎn)(位于左側(cè)墩梁固結(jié)處)；根據(jù)橋規(guī)JTG D62-2004第4．2．4條，應(yīng)對墩頂負(fù)彎矩折減，折減后截面應(yīng)力與相鄰截面的應(yīng)力相當(dāng)(根據(jù)橋規(guī)JTG D62- 2004第4．2．6條，此截面與相鄰單元截面相同)。所以，腹板優(yōu)化后荷載短期效應(yīng)組合主梁各截面上緣法向拉應(yīng)力以及主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求^[1]。

　　荷載基本組合主梁上、下緣正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：單元上緣最大應(yīng)力為17.50 MPa，位于28^#單元28^#節(jié)點(diǎn)(左邊跨，距2^#墩墩軸線11 m)；單元下緣最大應(yīng)力為13.60 MPa，位于105^#單元105^#節(jié)點(diǎn)(右邊跨距離右端26m處)；單元最大主壓應(yīng)力為17.50MPa，位于28^#單元28^#節(jié)點(diǎn)(左邊跨，距2^#墩墩軸線11 m)；可以看出：腹板優(yōu)化后荷載基本效應(yīng)組合主梁各截面法向壓應(yīng)力以及主壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備空間。

　　3.3 結(jié)構(gòu)撓度計(jì)算結(jié)果分析

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特性，主梁產(chǎn)生持續(xù)下?lián)峡赡芘c荷載、收縮徐變、主梁剛度變化及主梁縱向預(yù)應(yīng)力有效性等囚素有關(guān)。因此，本文所述的優(yōu)化措施只改變了截面尺寸及預(yù)應(yīng)力鋼束中鋼笳根數(shù)，在其它相關(guān)數(shù)據(jù)均不變的情況下計(jì)算主梁的撓度。計(jì)算結(jié)果顯示主梁優(yōu)化前在荷載的長期效應(yīng)下跨中最大撓度為-28.2cm，而優(yōu)化后在短期荷載的長期效應(yīng)下跨中最大撓度為-27.2 cm；優(yōu)化前主梁需設(shè)置的預(yù)拱度最大值為66.0mm，而優(yōu)化后主梁需設(shè)置的最大預(yù)拱度值為56.3mm?？梢?，主梁的優(yōu)化對解決主跨跨中的持續(xù)下?lián)蠁栴}是有利的。

　　3.4 結(jié)構(gòu)動力特性分析

　　在計(jì)算跨徑一定的情況下，影響結(jié)構(gòu)動力性能的主要因素有跨中截面慣性矩及跨中處單位長度的質(zhì)量等[4]，由于優(yōu)化措施改變了截面尺寸進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的自振特性會有一定的影響，所以本文通過對2種有限元模型進(jìn)行特征值求解，得到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的自振特性，并加以比較分析，下面分別列出全橋橫向、縱向、豎向1階頻率，如表3所示。

　　
　　由表3看出優(yōu)化后結(jié)構(gòu)在橫向、縱向及豎向基頻均有所增加，由于橋梁結(jié)構(gòu)的基頻直接反映了動力沖擊系數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。不管橋梁的建筑材料、結(jié)構(gòu)類型是否有差別，也不管結(jié)構(gòu)尺寸與跨徑是否有差別，只要橋梁結(jié)構(gòu)的基頻相同，在同樣條件的汽車荷載下，就能得到基本相同的沖擊系數(shù)。所以，由計(jì)算結(jié)果可以看出優(yōu)化措施提高了結(jié)構(gòu)的動力性能。

　　4.結(jié)論

　　腹板厚度由原來的方案(以左邊跨為例)即：腹板厚分別為50，60，70 cm，優(yōu)化為新的方案，即：腹板厚度分別為40，50，60，70 cm。如圖5-6所示，2種方案的墩頂0塊截面尺寸相同，經(jīng)過如上所述的優(yōu)化后可節(jié)省C60混凝土400m³、270K級鋼絞線(15.24)27t、HRB335鋼筋91t，從而可以降低工程造價。優(yōu)化前后2種設(shè)計(jì)綜合計(jì)算結(jié)果表明：

　　(1)主梁腹板優(yōu)化后在施工階段及運(yùn)營階段各項(xiàng)內(nèi)力均滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備，成橋狀態(tài)的正常使用極限狀態(tài)的不同荷載組合效應(yīng)下主梁應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備，承載能力極限狀態(tài)主截面強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備。另外，優(yōu)化對主梁跨中的持續(xù)下?lián)蠁栴}是有利的。

　　(2)施工階段計(jì)算結(jié)果顯示，腹板優(yōu)化以后結(jié)構(gòu)在各施工階段的各項(xiàng)內(nèi)力值均小于相應(yīng)的原方案的內(nèi)力值，其中彎矩的減小幅度最大。

　　(3)通過對結(jié)構(gòu)的動力特性分析可知優(yōu)化措施提高了結(jié)構(gòu)的動力性能。綜上所述，優(yōu)化后的腹板厚度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，并有一定的安全儲備，優(yōu)化措施使橋梁結(jié)構(gòu)跨中的自重減輕，進(jìn)而使施工階段及成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力有所減小，使結(jié)構(gòu)的動力性能得到提高，不僅增大了鋼束的安全儲備，而且節(jié)約了大量的原材料，因此此優(yōu)化方案是可行的。

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