主梁混凝土采用C60，主墩混凝土采用C50。橫向、縱向預應力鋼筋采用d=15.2mm7股Ⅱ級低松弛鋼絞線；永久荷載主要考慮結構重力和結構二期恒載，混凝土的收縮、徐變主要考慮結構均勻升降溫效應及混凝土的收縮、徐變引起的次內(nèi)力效應，據(jù)現(xiàn)場施工機械設備要求，掛籃荷載取1 200 kN。

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

　　

2.優(yōu)化措施及模型的建立

　　原設計方案經(jīng)驗算合格，并滿足規(guī)范要求，但仍有一定的優(yōu)化空間。為使結構設計更加合理而有必要對其腹板進行優(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于墩軸線對稱，全橋主梁截面關于橋中心對稱，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)點號由左至右為1-114，共113個梁單元114個節(jié)點。2^#墩單元號由上至下為114-138，139^#單元模擬承臺，節(jié)點號由上至下為31，115-140，3^#墩單元號由上至下為140-164，165^#單元模擬承臺，節(jié)點號由上至下為84，141-166。

　　主梁在支點處設置橫隔梁，中橫隔梁厚1.5m，對應墩壁設置；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)的計算截面采用橫隔梁側面的截面，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行模擬分析。0 塊節(jié)點與橋墩墩頂節(jié)點的連接采用剛接方式，如圖5所示。

　　
　　3.計算結果及分析

　　3.1 施工階段計算結果分析

　　全橋施工階段模擬計算共分為57個施工階段，為對計算結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算結果：

　　(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構內(nèi)力計算結果如表2所示。

　　
　　由表2可知，優(yōu)化后的施工階段結構各項內(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)計算結果分析

　　(1)承載能力極限狀態(tài)驗算

　　由圖6-7可得到如下計算結果：全橋最大負彎矩為-2.95×106kN·m，出現(xiàn)在83^#單元的83^#節(jié)點(3^#墩墩頂，距墩軸線5.5m)，該節(jié)點的極限抗力為-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(中跨跨中截面)，該節(jié)點的極限抗力為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)驗算

　　荷載短期組合主梁上、下緣正應力計算結果：單元上緣最小應力為0.49 MPa，位于31 單元31^#節(jié)點(位于左側墩梁固結處)；單元下緣最小應力為2.55 MPa，位于57 單元57^#節(jié)點(跨中截面)；單元最大主拉應力為-0.57 MPa．位于31 單元31節(jié)點(位于左側墩梁固結處)；根據(jù)橋規(guī)JTG D62-2004第4．2．4條，應對墩頂負彎矩折減，折減后截面應力與相鄰截面的應力相當(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)化后荷載短期效應組合主梁各截面上緣法向拉應力以及主拉應力均滿足規(guī)范要求^[1]。

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

　　3.3 結構撓度計算結果分析

　　根據(jù)結構的受力特性，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應力有效性等囚素有關。因此，本文所述的優(yōu)化措施只改變了截面尺寸及預應力鋼束中鋼笳根數(shù)，在其它相關數(shù)據(jù)均不變的情況下計算主梁的撓度。計算結果顯示主梁優(yōu)化前在荷載的長期效應下跨中最大撓度為-28.2cm，而優(yōu)化后在短期荷載的長期效應下跨中最大撓度為-27.2 cm；優(yōu)化前主梁需設置的預拱度最大值為66.0mm，而優(yōu)化后主梁需設置的最大預拱度值為56.3mm?？梢姡髁旱膬?yōu)化對解決主跨跨中的持續(xù)下?lián)蠁栴}是有利的。

　　3.4 結構動力特性分析

　　在計算跨徑一定的情況下，影響結構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而對結構的自振特性會有一定的影響，所以本文通過對2種有限元模型進行特征值求解，得到了結構優(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)化后結構在橫向、縱向及豎向基頻均有所增加，由于橋梁結構的基頻直接反映了動力沖擊系數(shù)與橋梁結構之間的關系。不管橋梁的建筑材料、結構類型是否有差別，也不管結構尺寸與跨徑是否有差別，只要橋梁結構的基頻相同，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，由計算結果可以看出優(yōu)化措施提高了結構的動力性能。

　　4.結論

　　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種設計綜合計算結果表明：

　　(1)主梁腹板優(yōu)化后在施工階段及運營階段各項內(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下主梁應力均滿足規(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)施工階段計算結果顯示，腹板優(yōu)化以后結構在各施工階段的各項內(nèi)力值均小于相應的原方案的內(nèi)力值，其中彎矩的減小幅度最大。

　　(3)通過對結構的動力特性分析可知優(yōu)化措施提高了結構的動力性能。綜上所述，優(yōu)化后的腹板厚度滿足設計和規(guī)范的要求，并有一定的安全儲備，優(yōu)化措施使橋梁結構跨中的自重減輕，進而使施工階段及成橋狀態(tài)的結構內(nèi)力有所減小，使結構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。

　　參考文獻：

　　【1】中華人民共和國交通部，JTG D6O-2004公路橋涵設計通用規(guī)范[s]，北京 人民交通出版社 2004。

　　【2】中華人民共和國交通部，JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[s]，北京 人民交通出版社 2004。

　　【3】劉效堯、趙立成，公路橋涵設計手冊[M]，北京 人民交通出版社 2000。

　　【4】馬保林，高墩大跨連續(xù)剛構橋[M]，北京 人民交通出版社 2001。

　　【5】劉世忠、任萬敏、林智強，大巖洞特大橋拱圈脫架時背索和扣索索力優(yōu)化計算[J]，蘭州交通大學學報 2008 27(6)：5-7