钢筋混凝土公路简支T梁优化设计分析

舒冲

（湖北省孝感市公路工程设计院 湖北孝感 432000）

钢筋混凝土公路简支T梁优化设计分析

舒冲

（湖北省孝感市公路工程设计院 湖北孝感 432000）

在进行公路建设钢筋混凝土结构设计时，不仅要保证公路的使用功能和外观效果，还应充分考虑设计安全质量的问题，这也是公路结构设计的重中之重。在公路建设工程中最常见简支T桥梁选取了截面有效高度以及受拉刚进截面面积作为T梁的设计变量，将T梁的工程造价作为目标函数，并且将目前正在执行的《公路桥规》作为实行的依据，提出了钢筋混凝土T梁的钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计方案。

钢筋混凝土；T梁；优化设计

引言

在公路和铁路的建设过程中，由于T梁结构的简单性，以及其制作运输和后期的养护工作都很便利，T梁不仅维修方便，在建设过程中T梁的工程造价也较低。在国内外的许多高速公路和客运铁路专线上有广泛的应用，在我们国家的秦沈客运专线上，跨度为12m和16m的梁运用的就是桥面板和横隔板连接形成整体多片式的钢筋混凝土T梁，在日本新干线采用的也是T梁结构，日本新干线专线铁路的跨度为20～40m桥面板和横隔板连接形成整体多片式的钢筋混凝土T梁，由此可见，在高速公路和客运铁路的前两建设过程中，T梁的建设仍然占据着十分重要的地位，所以对T梁建设结构的优化是目前当务之急。

1 钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的简介

在桥梁建设过程中最常见的也是最常运用的结构设计方法就是试算法，但是由于在进行试算过程中，试算法往往会出现结构构件截面的尺寸过大或者是由于配筋量过多等现象，从而会造成工程材料的浪费，在后期会提高工程造价。近些年来，桥梁结构的钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计工作已经越来越引起人们的重视，桥梁的结构优化工作主要考虑的就是怎样用最低消费来达到预期制定的规范技术指标，从而来实现工程最大的价值，产生最佳的经济效益。

钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计是近些年来的新技术，也是结构设计上一次质的飞跃，桥梁结构的优化和其他传统的钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计相比较，结构优化可以在一定程度上降低工程造价的5～30%。设计变量就是钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计过程中，不断调整赋值设计变量的参数，在钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计过程中需要根据实际的规定来确定设计变量的取值范围。钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的目标函数的大小会随着设计变量的变化而产生变化。

2 钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的主要内容

桥梁结构钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计主要包括了桥梁的目标函数，设计变量以及约束钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的条件。钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计是一种具有多变量的并且也是存在多约束的优化问题，钢筋混凝土简支T梁主要是将经过研究确定下来的因素作为设计变量，并且还将满足工程桥梁强度刚度和稳定型以及规范等相关规定，结构制造的要求作为T梁的约束条件和约束函数。模拟T梁建设需要达到如工程造价如何做到最低，T梁的重量最轻以及刚度的适中来作为目标函数，最终将钢筋混凝土简支T梁的钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计抽象的转化为数学的方法来进行相关研究。

3 钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计参数的选定

3.1 简支T梁的设计变量和目标函数

在对结构构件设计过程中，通常设计者都会把能够产生主要影响作用的或者符合设计要求的参数作为设计变量，再根据实际结构构造的要求等因素来进行综合性的考虑把满足设计要求的参数作为结构构件的已知参数，已知参数可以在钢筋混凝土简支T梁结构构件钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计时进行拟定，这样就可以大大的减小设计计算的工作量。

从结构构件的使用力、受力以及结构变形和结构构造等多种因素进行综合性考虑，钢筋混凝土简支T梁截面的有效高度和纵向受拉钢筋截面面积，在结构构件的钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计中起着主要的影响作用，因此我们通常将钢筋混凝土简支T梁截面的有效高度和纵向的受拉钢筋截面面积作为钢筋混凝土简支T梁结构构件钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的设计变量。设计变量是钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计过程中的不断调整赋值的设计变量的参数，在钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的过程中需要根据实际的具体的规定来进行设计变量的取值范围的确定。

根据钢筋混凝土简支T梁在最不利荷载的组合的作用下，将T梁的梁单位长的钢筋混凝土使用的费用和刚进费用的总和作为钢筋混凝土简支T梁的目标函数，目标函数的大小会随着设计变量的变化而产生变化。

3.2 简支T梁的约束条件

钢筋混凝土简支T梁约束条件是钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计中需要满足的条件变量，同时也是设计变量的函数。对钢筋混凝土简支T梁的强度的要求，T梁中性轴在翼缘板内时（也被称为第一类T形截面）可以采用截面为矩形的界面强度的公式来进行试算T梁强度；当中性轴在腹板内时（第二类T形的截面），为了防止简支T梁发生脆性破坏，就应该满足《公路桥规》的混凝土受压区高度界限系数和纵向的受拉钢筋最小配筋率和配筋率的标准。在进行钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计的过程中为了防止简支T梁发生斜压破坏，桥梁的截面尺寸就应该满足使用荷载引起的支点截面的最大计算剪力，普通的钢筋混凝土简支T梁在短期的荷载作用力作用下最大的竖向扰度应该满足简支T梁计算跨径，而在不同条件下的钢筋混凝土简支T梁裂缝的最大宽度必须要保证在《公路桥规》规定的裂缝的允许值。

4 钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计实例

在某一个装配式钢筋混凝土简支T梁的桥梁，桥梁标准跨径是2m，该桥梁配有国家2级钢筋混凝土8φ32X=R的焊接骨架，钢筋混凝土的标号为25号，桥梁的跨中截面承受弯矩：桥梁永久性荷载弯矩是833.3kN，最基本的可变荷载弯矩是910.9kN，支点剪力是580.8kN，另外钢筋是78.5kN，混凝土为25kN/m3，混凝土单价是450元/m3，钢筋价格为3000元/t，尝试对该桥梁进行钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计。

按照《公路桥规》的相关的规定，再综合考虑桥梁的荷载安全系数，经过详细的计算主梁弯矩为2042kN，再对桥梁主梁的有效分布进行计算后得到主梁有效分布宽度为170cm，对桥梁进行钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计可以先采用第一类的T形的截面计算得出截面的高度＞0.0708m，截面高度为0.125m，经过相关的验算得出该桥梁截面确实属于第一类T形桥梁截面。再对约束条件进行验算得出，实际设计的截面尺寸和钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计比较，实际设计截面高度较大，但是实际设计的钢筋混凝土使用量比优化结构构件设计前钢筋混凝土使用量要减少18%。

5 结束语

综上所述，在公路和铁路的建设过程中，钢筋混凝土结构因其具备的强度大、延性好、整体性强等优势而得到广泛应用，但同时也存在着自身重量大、抗裂性不好、性质偏脆等缺点，因此在设计中除了以上问题以外，还存在着诸多问题，而且涉及范围较广。同时由于T梁结构简单性，以及其制作运输和后期的养护工作都很便利，T梁不仅维修方便在建设过程中T梁工程造价也较低，在国内外的许多高速公路和客运铁路专线上广泛应用。由此可见，在高速公路和客运铁路的桥梁建设过程中，T梁建设仍然占据着十分重要的地位，T梁建设结构的钢筋混凝土简支T梁结构构件优化设计工作的研究也是十分有必要的。

[1]黄立浦，谭海亮，曹素功，姜欢，李聪.装配式简支T形梁桥横向分布系数的研究[J].长沙大学学报，2015（05）：45～46.

[2]任宝双，钱稼茹，聂建国，范良.在用钢筋混凝土简支梁桥结构综合评估方法[J].土木工程学报，2015（02）：28～29.

[3]吴嘉嘉，阎贵平，李辉.预应力混凝土简支T梁的优化设计及参数分析[J].铁道建筑，2015（02）：26～27.

U443.32

A

1004-7344（2016）26-0187-02

2016-8-25