[doc] 预应力偏心受压构件的张拉控制应力优化
预应力偏心受压构件的张拉控制应力优化
低温建筑技术2O09年第1O期(总第136期)
预应力偏心受压构件的张拉控制应力优化
楼卓
(浙江省建筑设计研究院.杭州310006)
【摘要】针对施加预应力偏心受压构件,把张拉控制应力作为设计变量,以构件最小造价为目标函数,考
虑了七个约束条件,采用了Powell法对双向受弯预应力混凝土柱大偏压构件进行了优化设计,并给出了比较实例.
【关键词】预应力偏心受压柱;张拉控制应力;优化设计
【中图分类号】TU378【文献标识码】B【文章编号】1001—6864{2009)10一OO48—02
预应力混凝土不仅对梁板结构,对于墙柱等受压构件也
有很大用处.对于存在较大弯矩的受压构件,施加预应力可
以有效减少配筋,同时预应力有利于提高受压构件的刚度和
抗裂性.实际受力中,大跨度框架边柱,角柱一般由于设计
弯矩较大而导致配筋过多,此时施加预应力就是一种良好的
解决
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
.
文献E6]研究了预应力混凝土简支T形梁的优化设计问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
,文献[8]研究了无粘结预应力混凝土无梁楼盖的优化设
计问题,也有一些文献研究讨论了关于预应力混凝土梁和板
的优化问题.本文在此基础上,着重解决了施加预应力的偏
心受压构件的优化设计问题,因为施加预应力的受压构件中
大偏压柱显得比较典型,且对于双向受弯的偏心受压柱也是
设计中亟待解决的,故本文着重分析双向受弯预应力混凝土
大偏压受力柱的配筋优化问题.
在预应力混凝土结构设计中,一般可选择优化变量类型
有:几何变量,物理变量,力学变量.在预应力优化设计的相
关文献中各有体现.在双向受弯偏心受压柱情况下,像构件
截面参数(几何变量)受限制比较多,而且优化起来收敛比较
慢,所以本文未考虑截面几何参数优化变量的情况,而只是
采用力学变量控制优化结果,使其优化设计相应简化.
1目标函数
对预应力混凝土构件进行优化设计的目的,即求造价函
数的最小值.一般构件的造价主要由混凝土和钢筋的价值
决定,预应力构件的目标函数为:
min.fun()=C.vo+CpAp+C.A.(1a)
式中,fun()为构件的造价函数;CC,C.分别为混凝
土,非预应力钢筋,预应力钢筋单价;vo,A,A.分别为构件
混凝土体积,非预应力钢筋,预应力钢筋总面积.
本文只考虑张拉控制应力为变量,不考虑截面尺寸变
化,所以混凝土价值为常量.于是预应力构件目标函数变为:
min.fun()=CvA+CA(1b)
2设计变量
由上所述本文在应用时实际上只采用了几个张拉控制
应力(受拉区(一,Gr~ony)和受压区(一,))作为变量.
其他几何,物理参数均作为预定参数,这样就构成了一个四
维空间,从而使优化设计问题相应简化.
3约束条件
约束条件是结构设计中必须满足的限制条件,而这些约
束条件可以统一表示为:
s.t昂()?0=1,2,3,……,m(2)
(1)正截面强度约束条件
N—alf~A一A.+.A.+(P0一/)Ap+盯pAp?
0(3)
Mx—al,cAXe一A..+(一厶)ApXp?0
(3a)
M一alAYo一+(p0一y)AP?0
(3b)
,.,兄分别为纵向受拉钢筋合力点至受压区混凝土
合力点,受压区非预应力钢筋合力点,受压区预应力钢筋合
力点的距离在轴的投影.
,,分别为纵向受拉钢筋合力点至受压区混凝土
合力点,受压区非预应力钢筋合力点,受压区预应力钢筋合
力点的距离在y轴的投影.
(2)斜截面强度约束条件(偏心受压构件)
一
f,5h.一厶争.-0.77?0(4)
(3)使用阶段抗裂度约束条件
按照
规范
编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载
二级抗裂度的要求(一般要求不出现裂缝)
+一一.
?00(5)一一?
+一
等?0(5b)
式中,M为按荷载
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
组合计算的,Y方向弯矩
值;M?M.为按荷载准永久组合计算的,Y方向弯矩值;
肘一为构件换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩在,Y方
向分量.
(4)施工阶段截面应力约束条件
1.2+干干]?.(6a)
1.2×[Nk干千]一
o.吼?o(6b)
(5)最大最小张拉控制应力约束条件
对于钢绞线0.40fo?0”cun?0.7(7)
(6)最小预应力损失约束条件
后张法构件:?80MPa(8)
(7)受拉区最小最大配筋率约束条件
lD一P?0(9a)
楼卓:预应力偏心受压构件的张拉控制应力优化49
lD—10一?0
4优化
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
及流程
(9b)
本文基本上还是利用基于优化的数学规划法.在将优化
问题扩展到多维空间以后,实质上是求解一个具有四个变
量,七个约束条件的非线性规划的优化问题,所以采用了多
元函数的罚函数法(SUMT法)+多元函数的包维尔法(Powen
法b)进行优化搜索.先根据设计条件和部分约束条件确定
优化变量的可行域,计算各个约束条件后按照罚函数法形成
nl
目标函数的等价形式,即min.,rk)=)+>
?芦
-
,然后利用Power法l3进行数值搜索,每确定一组优化
岛\,
变量值,即可以比较目标函数等价形式值,最后得到全局最
优解.优化流程见图1所示.
形成除优化变量外的所有I目标函数等价形式I几何,物理,力学参数l
预先确定优化变量的初始值
I
正截面强度计算I指定变量搜索范围及步长l
斜截面强度计算
I预应力损失计算乏
I使用阶段抗裂验算,I
f施工阶段应力验算if确定优化变量值}
l—一r
计算目标函数
约束条件子函数
圈1优化过程流程图
5优化结果比较
现对一预应力大偏心受压柱进行优化,该柱承受双向弯
矩作用,采用部分预应力配筋方式.
(1)设计条件.预应力混凝土偏心受压柱,构件计算
长度f0=6m,裂缝控制等级:二级;采取部分预应力配筋形
口.=口.=100ram,0p=8p=70mm.
(2)材料规格.混凝土的强度等级C50: .4bfPa;.
=2.64MPa;=23.1MPa;.=1.89MPa;E=3.45×
104MPa.非预应力钢筋用HRB335,预应力钢筋用15.24钢
绞线::335MPa;fy=300MPa;=1860MPa;,pv=
1320MPa;E=1.95×10~N/IIlIll2
(3)荷载条件.此柱承受的荷载基本组合值为:?:
1500kN,M=2250kN?m,M=1650kN?m;荷载标准组合
值:=1200kN,帆=1800kN?m,Mkr=1350kN?m;荷载
准永久组合值:Nq=1000kN,M=1500kN?m,M:
1200kN?nl.
(4)计算参数.混凝土价格为C:400元,rn3,HRB335
钢筋价格为C.=40O0元/t,钢绞线价格为:600O元It
(5)截面图示:6?h=800mm×1000ram,该柱截面如
图2所示.
优化结果及各项指标对比见表1.
J
yAPy
?
I
l.,
Ix一
L一?l
IlAsyI________——
Apy
J
?
注:角部钢筋重台时两个方向各按角部钢筋一半分配钢筋
图2优化构件截面
表1优化结果及各项指标对比
(1473
3啦5
(1473
14q~s
1946
2egs
278)
654-1B3~~254-12q~s
取上限0.75娃O.75,(2945+2224)(1473+16~8)
O”t取下限o.o.+嬲+L
(2945+278)(1473+278)
o
rr~(/J,0.75f~k..
6
c
q~+
+
16dgs3q
仍
~25+
一
14t~
弯矩..:,:,
~toun皆取规
5~~25+l0+12
优化的直接O.7,O.7(2454+2224)(1473+1668)
结果O.45,O.40f~a5qY25+3q~25+’
(2454+278)(1473-I-278)
注:表示HRB335;表示妒l5.24钢绞线.
由表1可见优化的经济效果还是非常显着的,只改变构
件的张拉控制应力方法简单易行.
参考文献
[1]林同炎,NedHBums.预应力混凝土结构设计[M].路湛沁译.
北京:中国铁道出版社.1983.
[2]吕志涛,孟少平.现代预应力结构设计[M].北京:中国建筑工
业出版社,1998.
[3]朱伯芳,黎展眉,张壁城.结构优化设计原理与应用[M].北
京:水利电力出版社,1984.
(下转第58页)
胁撇{善
+++十
范
和规取
皆限
58低温建筑技术2009年第1O期(总第136期)
2.4温度影响
文献川指出温度对沥青混合料的高温稳定性有显着
的影响,本文采用6ocC,65?,7O?三种温度分别进行车辙试
验,试验结果如图1.
Z
赵
馊
嚣
幅
1400
l20o
100o
8【x)
6oo
400
200
0
温度,?
图1温度对SMA高温稳定性的影响
从图1试验结果表明,在沥青和矿料品种,级配,油石比
及碾压次数相同条件下,车辙试验温度对SMA动稳定度的
影响非常显着,当车辙试验温度从5?升高至15~C时,SMA
的动稳定度呈现出明显的下降趋势,试验温度每升高5~C,
其动稳定度降低24%,68%.
2.5粗集料骨架间隙率影响
SMA沥青混合料是”石一石接触”的骨架嵌挤结构,由沥
青,细集料及矿粉拌合而成的沥青玛蹄脂填充于”骨架”间隙
中,并将”骨架”胶结成整体,从而使其具有较高的强度,柔韧
性和耐久性.为了充分发挥SMA的”石一石骨架”的嵌挤作
用,在压实状态下,沥青混合料中的粗集料骨架间隙率必须
满足一?呦,其中:一为压实状态下沥青混合料
中粗集料问隙率;DRc为捣实状态下粗集料骨架间隙率.
当粗集料骨架间隙率不满足该要求时,粗集料骨架被所填充
沥青玛蹄脂撑开,粗骨料颗粒悬浮于沥青玛蹄脂胶浆中,没
有形成骨架嵌挤,而这与SMA高温抗车辙机理即:粗骨料间
的嵌挤作用和沥青结合料的高温粘结性相违背,因而不利于
SMA的高温稳定性.因此要使SMA具有好的高温稳定性,
其粗骨料间需有一定的间隙率,以使粗骨料之间形成骨架嵌
挤作用,从而提高SMA的高温稳定性.
3结语
(1)在沥青和矿料品种相同,油石比相近,碾压次数相
同情况下,级配对SMA的高温稳定性的影响很大.在级配
(上接第49页)
[4]GB50010—2002,混凝土结构设计规范[s].
[5]黄金华,邹亚军.预应力混凝土轴心受拉,偏心受拉,偏心受压
构件截面设计的理论设计计算法【j].煤炭工程,2002,(1).
[6]尹世平,鹿晓阳.预应力混凝土简支T形梁桥主梁的优化设计
[J].山东建筑工程学院,2006,(1).
[7]江建祥,吕志涛.预应力混凝土井式梁板结构的优化设计[J].
工程力学,1996,(8).
设计时,应适当地增大集料中粗骨料(粒径?4.75mm)及矿
粉的含量,减少细集料的用量,以充分发挥SMA粗集料之间
嵌挤作用近而提高其高温稳定性.
(2)在其它条件相同的情况下,SMA的高温稳定性的
评价指标一动稳定度,随着沥青混合料中沥青含量的变化而
变化,制作车辙试件时应严格按照马歇尔试验所确定的最佳
沥青含量控制沥青的用量.
(3)温度对SMA高温稳定性的影响是非常显着的.
试验过程中应按照规范要求严格控制试验的温度.
(4)SMA的粗骨料骨架问隙率比A一对集料的嵌挤作
用至关重要,对SMA高温稳定性有很大的影响,应严格控制
一,使其满足要求,?VCAoac.
(5)严格控制SMA沥青混合料的碾压次数,以使其具
有合适的压实密度.
参考文献
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版
社,1993.
[2]JTJ052—2O00,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[s].
[3]JrGF40—2004,公路沥青路面施工技术规范[s].
[4]徐世法.沥青路面的的粘弹性力学分析与车辙预估[D].上海:
同济大学,1988.
[5]曹林涛.沥青混合料高温抗变形能力研究[D].上海:同济大
学.2003.
[6]李一鸣.沥青混合料车辙试验探索[J].中国公路,1992,5
(3):22—27,14(1):90—95.
[7]李一鸣,俞建荣.沥青路面车辙形成机理力学分析[J].东南大
‘
学,1994.
[8]谢祥根.抗车辙外掺剂在AC一20型沥青混合料中的应用研究
[J].湖南交通科技,2008,75(5):167—169.
[9]杨忠,谢祥根,何建.车辙王抗车辙剂在邵怀高速公路沥青中面
层中的应用[J].湖南交通科技,2008,34(2):32—58.
[1O]伍石生,徐希娟.掺加PRP1.ASIS抗车辙剂的沥青混合料性能
研究[J].HIGHWAY,2005.
[收稿日期]2009—07—17
[作者简介】张玉秀(1972一),女,甘肃酒泉人,讲师,从事建筑
结构工程的教学与研究工作.
(编辑李卉玉)
[8]李阳春.无粘结预应力混凝土板柱结构的优化设计[J].应用技
术研究,2001,(5).
[9]郭德发.双向受弯构件正截面承载能力计算[J].西北建筑工程
学院,1993,(1).
[收稿日期]2009—08—07
[作者简介】楼卓(1979一),男,浙江杭州人,国家一级注册
结构工程师,现从事结构设计工作.
(编辑李卉玉)