[发明专利]软基上支架分层浇筑混凝土梁优化设计方法

说明书

本发明涉及交通运输业桥涵工程领域，具体公开了一种考虑软基上支架分层浇筑混凝土梁优化设计方法。该方法基于弹性力学平面问题分析方法，以支撑刚度及支撑位置为设计变量，首层混凝土梁的应力及挠度为状态变量，以应力与挠度的最小二乘为目标函数，在考虑软基下对支架分层混凝土梁进行优化设计，能在一定程度上改善整体结构的性能，节省材料，并有效指导采用软基下的分层混凝土梁的施工，保证桥梁的正常施工进度，并有利于控制梁的早期应变、减少后期徐变，降低混凝土出现裂缝的概率，不仅具有较高的理论价值，而且在工程实践上也将更具适用性。

技术领域

本发明涉及交通运输业桥涵工程领域，具体是一种软基上支架分层浇筑混凝土梁优化设计方法。

背景技术

混凝土在浇筑过程中并非都是一次性浇筑，对于浇筑高度较高的结构，一般需要进行多次的分层浇筑，分层浇筑混凝土过程中容易引起裂缝，这些裂缝加速了混凝土的碳化并降低了结构的耐腐蚀能力，最终使建筑物的强度和稳定性降低，从而减少了结构物的使用寿命。针对于支架现浇，尤其是采用满堂支架支撑、分层浇筑的混凝土梁来说，分层浇筑混凝土收缩差、支架沉降、混凝土水化温降、施工工艺等各因素都将会导致混凝土出现裂缝的并加速混凝土的碳化并降低结构的耐腐蚀能力，最终使建筑物的强度和稳定性降低，从而会减少结构物的使用寿命，严重影响混凝土的安全与耐久性。但对于软基支架分层浇筑混凝土梁来说，时常有前期浇筑梁体受力过大引起混凝土开裂、出现安全和耐久性问题出现。为了优化支架分层下混凝土梁的设计，如何选取设计变量、约束条件和目标函数来建立符合工程实际的优化模型显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软基上支架分层浇筑混凝土梁优化设计方法及装置。采用弹性力学平面问题分析方法，把后续浇筑混凝土作为荷载，推导了体系中首层混凝土梁的应力及挠度位移函数，并以应力与挠度的最小二乘为目标函数，通过目标函数的最优化分析进行支架分层浇筑混凝土梁的设计。

为实现上述目的，本发明提供了一种软基上支架分层浇筑混凝土梁优化设计方法，具体包括：

S1，在软基上依次搭设满堂支架、铺设模板，绑扎首层钢筋并浇筑首层混凝土梁，当首层混凝土梁硬化到一定强度时，绑扎第二层混凝土梁的钢筋，浇筑第二层混凝土梁；

S2，获取首层混凝土梁的等截面混凝土梁长及第二层混凝土梁对首层混凝土梁的均布荷载；

S3，采用带弹性支承分析模型模拟满堂支架对首层混凝土梁的作用，结合第二层混凝土梁对首层混凝土梁的均布荷载构建首层混凝土梁的微分方程；

S4，求解微分方程以获取首层混凝土梁的挠度和拉应力；

S5，根据拉应力与挠度的最小二乘构建目标函数；

S6，通过设置目标函数，约束设计变量，将求解出不同满堂支架刚度及满堂支架支撑位置的状态参量。

优选的，上述技术方案中，带弹性支承分析模型为：

式(1)式中：Em为支架材料的弹性模量；Hm为满堂支架高度；Am为每平米面积满堂支架的支撑截面的面积；I_my和I_mz分别为满堂支架Y轴和Z轴的惯性矩；μ为泊松比。因为满堂支架主要抗压，忽略其剪切、弯扭，则每延米下满堂支架弹簧刚度K＝Em/Hm。

优选的，上述技术方案中，根据梁的挠曲微分方程及支架顶沉降S与首层梁的挠曲变形协调条件，S＝ω，即：

P＝K₀S＝K₀ω (2)

K₀为支架体系弹性系数，表示产生单位变形所需的压力强度；P为支架顶上任一点所受的压力强度；S为P作用位置上的竖向变形，ω为首层混凝土梁的挠度；

依据弹性力学分析，梁的方程式：