李井輝

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110166)

采用懸臂澆筑施工的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋適用于陸域不中斷橋下交通的情況下跨越既有線路及構(gòu)造物、山區(qū)跨越河流深谷、內(nèi)河或海域跨越航道等場合；隨著我國橋梁技術(shù)的飛速發(fā)展，采用懸臂澆筑施工的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)越來越成熟，該橋型已經(jīng)成為我國橋梁建設(shè)廣泛應(yīng)用的橋型之一。

懸臂澆筑施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋上部箱梁設(shè)計(jì)主要包含：預(yù)應(yīng)力鋼束合理配置、鋼束施工圖繪制、主梁節(jié)段鋼筋圖繪制等。對于大跨徑懸澆梁，合理的配置預(yù)應(yīng)力鋼束需要對上百根鋼束反復(fù)調(diào)整試算，計(jì)算工作量大；接下來的鋼束圖、鋼筋圖繪制要面對上百根呈空間曲線狀的鋼束、十幾個懸澆節(jié)段，也是一項(xiàng)繁重的勞動。如何能夠使設(shè)計(jì)人員從繁重的計(jì)算繪圖工作中解脫出來、提高工作效率、保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，顯得尤為重要；本文以六枝至安龍高速公路上跨徑60 m+110 m+60 m的石糯尾大橋?yàn)槔榻B一套適用的懸澆梁計(jì)算及自動繪圖方法。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆箱梁設(shè)計(jì)流程

懸臂澆筑施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 石糯尾大橋設(shè)計(jì)流程圖

2 主梁幾何尺寸擬定、建模及配置鋼束

2.1 主梁幾何尺寸擬定及參數(shù)化建模

懸澆梁幾何尺寸包括：縱橋向主梁幾何尺寸、橫橋向截面細(xì)部尺寸；縱橋向主梁幾何尺寸包括：邊跨與中跨比值、跨中截面高跨比、支點(diǎn)截面高跨比、合攏段長度、曲線變高段線形等；橫橋向截面細(xì)部尺寸包括：腹板間距、頂板厚度、底板厚度、腹板厚度、懸臂板厚度、承托尺寸等。本橋設(shè)計(jì)開展初期，首先搜集已建類似跨徑的橋梁資料，對其幾何尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比分析，并結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范來擬定本橋幾何尺寸，表1列出了設(shè)計(jì)初期本橋擬定的幾項(xiàng)幾何尺寸。

表1 懸澆梁幾何構(gòu)造尺寸擬定表

接下來利用有限元分析軟件“橋梁博士”提供的參數(shù)化建模功能，把擬定的懸澆梁幾何尺寸輸入到有限元計(jì)算軟件中。參數(shù)化建模與傳統(tǒng)的截面差值建模方法相比優(yōu)勢在于：建模速度快、可以適應(yīng)截面尺寸的任何改動；截面尺寸后期調(diào)整時(shí)僅需修改參數(shù)數(shù)值即可，不需要對單元進(jìn)行逐個修改，特別適用于計(jì)算模型的反復(fù)微調(diào)，如：“主梁梁高變化曲線由2次拋物線調(diào)為1.8次拋物線、腹板變厚段調(diào)整等”。

2.2 懸澆箱梁優(yōu)化配置鋼束

在進(jìn)行懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼束配置是否合理直接影響橋梁結(jié)構(gòu)受力及使用性能，但合理地布置預(yù)應(yīng)力鋼束需要對鋼束進(jìn)行反復(fù)調(diào)整試算，計(jì)算工作量大，且需要設(shè)計(jì)者有較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；為此可以將數(shù)學(xué)優(yōu)化方法應(yīng)用于懸澆梁配束上，利用AutoCAD二次開發(fā)工具包Object ARX編制出優(yōu)化配置鋼束程序來解決傳統(tǒng)配束計(jì)算方法的不足。

優(yōu)化配束程序以預(yù)加力為優(yōu)化對象、選擇單元左右截面應(yīng)力限值作為約束條件、全橋鋼束用量作為目標(biāo)函數(shù)建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型進(jìn)行全橋鋼束用量最小的優(yōu)化計(jì)算。程序模塊由四部分組成：前處理數(shù)據(jù)模塊、平面桿系有限元計(jì)算模塊、線性規(guī)劃求解模塊、交互處理結(jié)果數(shù)據(jù)模塊。程序在計(jì)算鋼束用量時(shí)可以考慮非線性溫差自應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力鋼束次內(nèi)力的影響，彌補(bǔ)了商業(yè)計(jì)算軟件在計(jì)算鋼束用量時(shí)無法考慮非線性溫差自應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力鋼束次內(nèi)力影響的不足。下面以石糯尾大橋?yàn)槔?，介紹下優(yōu)化配束過程。

(1)利用橋梁博士軟件建立懸澆梁計(jì)算模型并生成腳本文件。

(2)運(yùn)行Auto cad，執(zhí)行命令gsyh，輸入控制應(yīng)力：最小拉應(yīng)力1.0 MPa、最大壓應(yīng)力13.5 MPa；主梁鋼束根數(shù)優(yōu)化結(jié)果見圖2；將鋼束優(yōu)化等代內(nèi)力結(jié)果文件qiaobo.txt中的內(nèi)力結(jié)果復(fù)制到橋梁博士腳本文件中，計(jì)算并查看計(jì)算結(jié)果，如圖3～圖4。從應(yīng)力圖形可以看出，優(yōu)化出的結(jié)果非常合理。

圖3 優(yōu)化結(jié)果(短期組合最小拉應(yīng)力)

圖4 優(yōu)化結(jié)果(短暫狀況最大壓應(yīng)力)

(3)根據(jù)優(yōu)化出的各截面鋼束根數(shù)，布置懸澆頂板束、邊跨頂?shù)装搴淆埵⒅锌珥數(shù)装搴淆埵?；將鋼束文件以DXF格式保存并導(dǎo)入橋梁博士軟件中執(zhí)行驗(yàn)算。

至此，調(diào)束流程結(jié)束，基本上一次就滿足驗(yàn)算要求，稍加幾次調(diào)整就可達(dá)到非常滿意的應(yīng)力效果。

3 懸澆箱梁鋼束圖、鋼筋圖繪制

現(xiàn)行商業(yè)繪圖軟件不足之處。

(1)繪圖軟件與計(jì)算軟件不關(guān)聯(lián)，計(jì)算軟件中已經(jīng)存在的“箱梁構(gòu)造信息、鋼束數(shù)據(jù)信息等”無法被利用，繪圖軟件需要將其重新輸入，存在大量重復(fù)工作。

(2)預(yù)應(yīng)力鋼束線形為復(fù)雜的空間曲線，繪圖時(shí)需要輸入龐大的鋼束數(shù)據(jù)信息，工作量并未減少。

(3)本院積累多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)習(xí)慣等在商業(yè)軟件中無法反映，后期需要對繪制的圖紙進(jìn)行大量修改。

為此以Auto CAD為平臺，利用CAD二次開發(fā)工具包Object ARX編制了懸澆梁繪圖模塊，本模塊可以利用計(jì)算模型中主梁幾何尺寸、鋼束豎彎等數(shù)據(jù)信息，減少大量重復(fù)工作；模塊內(nèi)封裝了我院的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合CAD平臺下的鋼束平彎信息，即可自動生成滿足我院要求的工程圖紙。繪圖過程如下：

(1)在Auto cad命令行輸入gsht，啟動繪圖模塊，如圖5。

圖5 鋼束繪制模塊圖

(2)點(diǎn)擊“斷面鋼束信息”布置斷面鋼束，如圖6；點(diǎn)擊“生成平彎信息”，在CAD中繪出鋼束平彎圖形。

圖6 鋼束斷面布置

(3)“檢查鋼束起始點(diǎn)”可以檢查鋼束平彎圖形起始點(diǎn)與橋梁博士軟件中的豎彎起始點(diǎn)是否一致，如一致，點(diǎn)擊“繪制施工圖紙”完成鋼束圖、鋼筋圖繪圖。

4 結(jié) 論

本文介紹的預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆梁優(yōu)化配束及繪圖程序有如下特點(diǎn)。

(1)編制的優(yōu)化配束程序計(jì)算出的預(yù)加力優(yōu)化結(jié)果非常合理，利用優(yōu)化出的鋼束結(jié)果可以很方便的配置出懸澆梁鋼束；

(2)編制的繪圖模塊封裝了本單位的設(shè)計(jì)習(xí)慣，通過讀取有限元計(jì)算模型中的數(shù)據(jù)信息、結(jié)合AutoCAD中繪出的鋼束平彎圖形信息，可以繪制出鋼束、鋼筋圖紙，過程簡潔、靈活、合理，更符合本單位的出圖習(xí)慣。