鋼筋混凝土公路簡支T梁優化設計分析

舒沖

（湖北省孝感市公路工程設計院 湖北孝感 432000）

鋼筋混凝土公路簡支T梁優化設計分析

舒沖

（湖北省孝感市公路工程設計院 湖北孝感 432000）

在進行公路建設鋼筋混凝土結構設計時，不僅要保證公路的使用功能和外觀效果，還應充分考慮設計安全質量的問題，這也是公路結構設計的重中之重。在公路建設工程中最常見簡支T橋梁選取了截面有效高度以及受拉剛進截面面積作為T梁的設計變量，將T梁的工程造價作為目標函數，并且將目前正在執行的《公路橋規》作為實行的依據，提出了鋼筋混凝土T梁的鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計方案。

鋼筋混凝土；T梁；優化設計

引言

在公路和鐵路的建設過程中，由于T梁結構的簡單性，以及其制作運輸和后期的養護工作都很便利，T梁不僅維修方便，在建設過程中T梁的工程造價也較低。在國內外的許多高速公路和客運鐵路專線上有廣泛的應用，在我們國家的秦沈客運專線上，跨度為12m和16m的梁運用的就是橋面板和橫隔板連接形成整體多片式的鋼筋混凝土T梁，在日本新干線采用的也是T梁結構，日本新干線專線鐵路的跨度為20～40m橋面板和橫隔板連接形成整體多片式的鋼筋混凝土T梁，由此可見，在高速公路和客運鐵路的前兩建設過程中，T梁的建設仍然占據著十分重要的地位，所以對T梁建設結構的優化是目前當務之急。

1 鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的簡介

在橋梁建設過程中最常見的也是最常運用的結構設計方法就是試算法，但是由于在進行試算過程中，試算法往往會出現結構構件截面的尺寸過大或者是由于配筋量過多等現象，從而會造成工程材料的浪費，在后期會提高工程造價。近些年來，橋梁結構的鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計工作已經越來越引起人們的重視，橋梁的結構優化工作主要考慮的就是怎樣用最低消費來達到預期制定的規范技術指標，從而來實現工程最大的價值，產生最佳的經濟效益。

鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計是近些年來的新技術，也是結構設計上一次質的飛躍，橋梁結構的優化和其他傳統的鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計相比較，結構優化可以在一定程度上降低工程造價的5～30%。設計變量就是鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計過程中，不斷調整賦值設計變量的參數，在鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計過程中需要根據實際的規定來確定設計變量的取值范圍。鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的目標函數的大小會隨著設計變量的變化而產生變化。

2 鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的主要內容

橋梁結構鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計主要包括了橋梁的目標函數，設計變量以及約束鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的條件。鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計是一種具有多變量的并且也是存在多約束的優化問題，鋼筋混凝土簡支T梁主要是將經過研究確定下來的因素作為設計變量，并且還將滿足工程橋梁強度剛度和穩定型以及規范等相關規定，結構制造的要求作為T梁的約束條件和約束函數。模擬T梁建設需要達到如工程造價如何做到最低，T梁的重量最輕以及剛度的適中來作為目標函數，最終將鋼筋混凝土簡支T梁的鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計抽象的轉化為數學的方法來進行相關研究。

3 鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計參數的選定

3.1 簡支T梁的設計變量和目標函數

在對結構構件設計過程中，通常設計者都會把能夠產生主要影響作用的或者符合設計要求的參數作為設計變量，再根據實際結構構造的要求等因素來進行綜合性的考慮把滿足設計要求的參數作為結構構件的已知參數，已知參數可以在鋼筋混凝土簡支T梁結構構件鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計時進行擬定，這樣就可以大大的減小設計計算的工作量。

從結構構件的使用力、受力以及結構變形和結構構造等多種因素進行綜合性考慮，鋼筋混凝土簡支T梁截面的有效高度和縱向受拉鋼筋截面面積，在結構構件的鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計中起著主要的影響作用，因此我們通常將鋼筋混凝土簡支T梁截面的有效高度和縱向的受拉鋼筋截面面積作為鋼筋混凝土簡支T梁結構構件鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的設計變量。設計變量是鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計過程中的不斷調整賦值的設計變量的參數，在鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的過程中需要根據實際的具體的規定來進行設計變量的取值范圍的確定。

根據鋼筋混凝土簡支T梁在最不利荷載的組合的作用下，將T梁的梁單位長的鋼筋混凝土使用的費用和剛進費用的總和作為鋼筋混凝土簡支T梁的目標函數，目標函數的大小會隨著設計變量的變化而產生變化。

3.2 簡支T梁的約束條件

鋼筋混凝土簡支T梁約束條件是鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計中需要滿足的條件變量，同時也是設計變量的函數。對鋼筋混凝土簡支T梁的強度的要求，T梁中性軸在翼緣板內時（也被稱為第一類T形截面）可以采用截面為矩形的界面強度的公式來進行試算T梁強度；當中性軸在腹板內時（第二類T形的截面），為了防止簡支T梁發生脆性破壞，就應該滿足《公路橋規》的混凝土受壓區高度界限系數和縱向的受拉鋼筋最小配筋率和配筋率的標準。在進行鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計的過程中為了防止簡支T梁發生斜壓破壞，橋梁的截面尺寸就應該滿足使用荷載引起的支點截面的最大計算剪力，普通的鋼筋混凝土簡支T梁在短期的荷載作用力作用下最大的豎向擾度應該滿足簡支T梁計算跨徑，而在不同條件下的鋼筋混凝土簡支T梁裂縫的最大寬度必須要保證在《公路橋規》規定的裂縫的允許值。

4 鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計實例

在某一個裝配式鋼筋混凝土簡支T梁的橋梁，橋梁標準跨徑是2m，該橋梁配有國家2級鋼筋混凝土8φ32X=R的焊接骨架，鋼筋混凝土的標號為25號，橋梁的跨中截面承受彎矩：橋梁永久性荷載彎矩是833.3kN，最基本的可變荷載彎矩是910.9kN，支點剪力是580.8kN，另外鋼筋是78.5kN，混凝土為25kN/m3，混凝土單價是450元/m3，鋼筋價格為3000元/t，嘗試對該橋梁進行鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計。

按照《公路橋規》的相關的規定，再綜合考慮橋梁的荷載安全系數，經過詳細的計算主梁彎矩為2042kN，再對橋梁主梁的有效分布進行計算后得到主梁有效分布寬度為170cm，對橋梁進行鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計可以先采用第一類的T形的截面計算得出截面的高度＞0.0708m，截面高度為0.125m，經過相關的驗算得出該橋梁截面確實屬于第一類T形橋梁截面。再對約束條件進行驗算得出，實際設計的截面尺寸和鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計比較，實際設計截面高度較大，但是實際設計的鋼筋混凝土使用量比優化結構構件設計前鋼筋混凝土使用量要減少18%。

5 結束語

綜上所述，在公路和鐵路的建設過程中，鋼筋混凝土結構因其具備的強度大、延性好、整體性強等優勢而得到廣泛應用，但同時也存在著自身重量大、抗裂性不好、性質偏脆等缺點，因此在設計中除了以上問題以外，還存在著諸多問題，而且涉及范圍較廣。同時由于T梁結構簡單性，以及其制作運輸和后期的養護工作都很便利，T梁不僅維修方便在建設過程中T梁工程造價也較低，在國內外的許多高速公路和客運鐵路專線上廣泛應用。由此可見，在高速公路和客運鐵路的橋梁建設過程中，T梁建設仍然占據著十分重要的地位，T梁建設結構的鋼筋混凝土簡支T梁結構構件優化設計工作的研究也是十分有必要的。

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U443.32

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1004-7344（2016）26-0187-02

2016-8-25