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(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115369744A(43)申请公布日2022.11.22(21)申请号202211039780.1G06F30/13(2020.01)(22)申请日2022.08.29G06F30/23(2020.01)(71)申请人东南大学地址210018江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人程钊郑晓峰林静婷姚一鸣王景全崔冰刘高(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师王美章(51)Int.Cl.E01D19/00(2006.01)E01D19/02(2006.01)E01D19/04(2006.01)E01D101/26(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种四主梁UHPC预制盖梁及其拓扑优化方法(57)摘要本发明公开了一种四主梁UHPC预制盖梁及其拓扑优化方法,所述预制盖梁采用拓扑优化方法设计,配置有异形钢筋,采用超高性能混凝土进行浇筑,基于给定的负载情况、约束条件和性能指标,在给定的优化区域内对材料分布进行拓扑优化设计,且利用超高性能混凝土(UHPC)超高抗压强度和超强韧性与延性特点,实现预制盖梁轻量化与高性能,满足预制装配式领域中的一个重要需求。CN115369744ACN115369744A权利要求书1/2页1.一种四主梁UHPC预制盖梁,所述预制盖梁采用超高性能混凝土进行浇筑,采用拓扑优化方法设计,配置有异形钢筋,其特征在于,所述盖梁的高度为h,盖梁顶部设有四个主梁支座,分别是从左往右依次布置的第一主梁支座、第二主梁支座、第三主梁支座以及第四主梁支座,上述四个主梁支座的中心间距均为D,间距D是高度h的2.66倍;位于盖梁顶部最左侧的第一主梁支座与盖梁顶部左侧端面的距离是0.09D;位于盖梁顶部最右侧的第四主梁支座与盖梁顶部右侧端面的距离是0.09D;盖梁底部设有一水平段,所述水平段上左、右对称布置有两个支承桥墩,分别是位于盖梁底部左侧的第一支承桥墩和位于盖梁底部右侧的第二支承桥墩,两个支承桥墩的中心距离为2.17D,第一支承桥墩的中心距所述水平段的左端0.14D,第二支承桥墩的中心距所述水平段的右端0.14D;盖梁顶部长度为3.18D;盖梁的宽度为0.25D。2.根据权利要求1所述的四主梁UHPC预制盖梁,其特征在于,所述盖梁左、右两侧为以盖梁中心对称布置的三折线形,分别是自梁顶部往下直至0.23h高度位置向梁的中心偏折13°的第一折线段,在0.23h~0.56h高度位置向梁的中心偏折40°的第二折线段以及在0.56h~0.84h高度位置向梁的中心偏折76°的第三折线段。3.根据权利要求1所述的四主梁UHPC预制盖梁,其特征在于,所述盖梁中心部位设置有开孔,开孔的孔洞上部长度为0.76D,孔洞下部长度为0.77D,孔洞高度为0.47h,孔洞四周分别倒圆角,孔洞上部距离盖梁上表面0.32h,孔洞下部距离盖梁下表面0.21h。4.根据权利要求1所述的四主梁UHPC预制盖梁,其特征在于,所述异形钢筋,其体积配筋率为0.48%,异形钢筋由两部分组成,第一部分是长度为D的两段水平钢筋,在距盖梁上表面0.02h处关于盖梁竖直中轴线对称布置;第二部分异形钢筋位于第一部分的下方,且关于盖梁竖直中轴线对称,包括:第一水平段,位于第二部分异性钢筋中间,第一水平段长度为1.2D,距盖梁下表面0.02h,所述第一水平段分别向盖梁的左、右两侧延伸,延伸段均由三段组成,依次为:水平投影长度0.27D、竖直投影高度0.86h的斜向上折线段,长度为0.28D、距盖梁上表面0.02h的第二水平段;水平投影长度0.35D、竖直投影高度0.43h的斜向下折线段。5.根据权利要求1所述的四主梁UHPC预制盖梁,其特征在于,所述UHPC材料,抗压强度在120MPa以上,抗拉强度8MPa以上。6.一种基于权利要求1~5中任一所述四主梁UHPC预制盖梁的拓扑优化方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:建立UHPC材料本构关系及指标体系,面向拓扑优化密度法所要求的连续体材料特征,提出UHPC材料本构模型,提出相适应的UHPC材料指标体系;步骤2:建立有限元模型:将UHPC材料本构模型导入有限元分析软件,根据步骤1的UHPC材料本构关系及指标体系进行材料属性赋值,进行网格划分、设置边界条件并施加荷载,完成有限元模型前处理的设置;步骤3:UHPC预制构件拓扑优化设计:以盖梁初始模型为优化区域,优化过程中考虑四2CN115369744A权利要求书2/2页主梁在多种荷载工况下的共同作用,并考虑预制装配工艺要求,在沿盖梁长边方向和垂直于盖梁长边方向施加对称约束,基于45°应力扩散角,确定在主梁支座下方0.5B的区域和两个桥墩正上方0.5W的区域使用冻结方法,B为