分阶段施工桥梁的无应力状态控制法

利用能量法建立分阶段施工桥梁结构的力学平衡方程,引入构件单元的无应力状态量建立分阶段施工桥梁结构过程状态与过程状态、过程状态与成桥状态之间的联系.安装计算时通过无应力状态量直接解算施工中间状态的内力和位移,在分阶段施工桥梁施工过程中实现了多工序并行作业和温度、临时荷载影响的自动过滤.     

基于平面梁单元的几何非线性线形控制方程建立与应用

为研究几何非线性条件下分阶段成形结构平衡状态与无应力状态量的关系,定义了梁单元无应力构形及无应力状态量的概念。构建2个结构系统状态和3个单元状态,基于单元无应力状态,考虑结构几何非线性效应,利用最小势能原理建立基于平面梁单元分阶段成形结构线形控制方程,该方程从理论上证明了无应力状态法原理三(分阶段成形结构通过主动控制构件单元的无应力状态量,可以实现相互独立的结构内力和结构线形)在几何非线性结构中的适用性。当计算状态取平衡状态时,线形控制方程为几何线性方程,提出了单元无应力状态量的间接法求解。通过某三跨连续箱梁结构算例验证了间接法的可靠性,同时进一步验证了无应力状态法原理三在几何非线性结构中成立。     

无应力状态控制法综述

无应力状态控制法是解决桥梁结构分阶段施工的理论方法。通过建立分阶段施工结构的力学平衡方程,从理论上阐明桥梁构件单元的无应力状态量是影响分阶段施工结构内力和位移的本质因素,并得出无应力状态控制法原理:在结构外荷载、结构体系、支承边界条件、单元无应力长度、无应力曲率一定的情况下,其对应的结构内力和位移是惟一的,与结构的形成过程无关。采用无应力状态控制法,在斜拉桥安装计算时可由成桥最终状态直接解算施工中间状态;可分析杆件工厂制造长度偏差对桥梁结构内力和线形的影响;可实现调索与其他工序并行作业等运用传统方法解决较困难或无法解决的工程问题。     

基于Timoshenko梁的分阶段成形结构平衡方程

为研究剪切变形对分阶段成形结构的影响,对Timoshenko梁进行单元分析,推导单元的形函数,建立单元的截面曲率、剪切应变与单元位移的关系。选取单元无应力状态为势能计算的起点,利用最小势能原理,建立包含单元无应力状态量的分阶段成形的Timoshenko梁结构平衡方程。与欧拉梁相比,增加了单元无应力剪切角作为Timoshenko梁的无应力状态量。编写基于Timoshenko梁的分阶段成形结构计算程序,进行数值分析,结果表明,具有一定的结构体系和外荷载的Timoshenko梁,只要保证各单元的无应力状态量一定,则结构的最终状态是确定的,与施工成形过程无关。     

无应力状态控制法——斜拉桥安装计算的应用

利用分阶段施工桥梁结构的力学平衡方程和无应力状态按制法的基本原理确定斜拉桥施工中间过程理想状态.以桥梁构件单元的无应力状态量必须满足成桥目标状态要求作为控制条件,直接由斜拉桥最终设计成桥目标状态求解桥梁施工过程状态的内力和线形.混凝土斜拉桥施工过程的收缩和徐变实际上是改变了构件单元的无应力长度和无应力曲率,应通过施工中的预拱度来调整.     

跨既有高速公路连续钢箱梁滑移施工合龙控制技术研究

跨既有高速公路变截面连续钢箱梁受现场环境条件制约,不能采用顶推法或支架法进行安装,因此提出了无导梁滑移施工方法。基于无应力状态法施工控制理论,介绍了无应力状态法一般静力平衡方程,验证了分阶段成形和一次成形结构内力和位移的差异来源于在形成连续结构时构件合龙单元的无应力状态量不同。以大仁烟三号桥为背景,提出了合龙前对主梁进行顶升、纵移的方式来改变合龙段的无应力状态量,从而实现跨中无应力合龙,计算表明:调整后成桥状态的内力和位移与一次成桥相吻合,满足设计目标。     

基于平面梁单元的几何非线性分阶段成形平衡方程

为探讨几何非线性条件下基于平面梁单元分阶段成形结构最终状态的影响因素,结合其成形特点,以结构的无应力状态为分析起点计算结构系统的总势能,根据最小势能原理,建立结构分阶段成形时不考虑其成形过程的力学平衡方程,获得结构最终状态与平面梁单元无应力状态量的关系,在全量列式平衡方程的基础上,推导出增量列式求解方程,并通过算例说明平衡方程的应用。对计算结果和平衡方程的分析表明:对于由梁单元组成的分阶段成形结构,当结构体系、外荷载和边界条件一定时,即使在考虑结构几何非线性效应的前提下,其最终状态的确定只与梁单元的无应力长度和无应力曲率有关,与其成形过程无关。     

分阶段成形杆系结构几何非线性平衡方程

为探讨几何非线性条件下分阶段成形结构最终状态的确定因素,以平面杆单元为对象进行分析。考虑几何非线性效应,定义单元零应力时的几何外形为其无应力状态量,采用最小势能原理建立局部坐标系和整体坐标系下,分阶段成形杆系结构不考虑其成形过程的力学平衡方程,获得结构最终状态与构件单元无应力状态量之间的关系。利用平衡方程,可直接计算分阶段成形结构最终状态的内力和位移,而无需逐阶段累加。通过平衡方程和算例证明:分阶段成形的杆系结构,即使在考虑结构几何非线性效应的前提下,只要最终状态构件单元的无应力状态量确定,则最终状态结构的内力和位移与结构的成形过程无关。     

基于平面梁单元的分阶段成形结构线形控制方程

为探讨分阶段成形结构最终目标线形与无应力状态量的关系,选择目标线形以大地坐标为参照,将外力势定义为外力相对于坐标轴的力势,以单元无应力状态作为起点计算结构总应变能。由势能驻值原理建立结构线形控制方程,该方程根据目标线形可以惟一确定结构中各个单元的无应力状态量,只要保证各个单元按照无应力状态量对应的单元构形进行安装,成形后的线形必将自动逼近目标线形,与具体的成形过程无关。通过数值分析表明,所建立的线形控制方程是准确可靠的,可用于分阶段成形结构的线形控制计算。     

基于无应力状态法的双塔斜拉桥合理施工状态研究

作为一种高次超静定结构体系,斜拉桥在合理成桥状态确定以后需要根据既定的施工工序确定分阶段合理施工状态。斜拉桥合理施工状态计算方法的正确选择对于保证合理施工状态与合理成桥状态的吻合具有非常重要的意义。本文通过建立MIDAS/Civil有限元模型,并基于无应力状态法基本原理确定了斜拉桥合理施工状态。研究表明:无应力状态法在斜拉桥合理施工状态计算中的可行性和合理性,同时可为其他类型桥梁合理施工状态的确定提供参考。     

基于无应力状态法的大节段安装斜拉桥施工控制研究

基于无应力状态法的基本理论,建立大节段施工两跨连续梁的力学平衡方程,阐述采用大节段施工的梁段满足无应力状态理论的基本条件及安装控制方法。以一采用大节段安装的三跨连续斜拉桥为例,得出当外部荷载、边界条件以及无应力状态均一致的前提下,最后分阶段形成的结构受力状态与一次成桥状态相一致的结论,提出了适用于大节段安装斜拉桥的施工控制方法。最后结合港珠澳大桥九洲航道桥的工程实例,说明此方法的可行性,对同类桥梁的施工控制提供一定的技术支持。     

结构的状态-过程相关性原理

提出能将结构状态与施工过程的各种相关性及影响因素考虑在内的一般性原理——结构的状态-过程相关性原理。该原理揭示了结构作用-响应关系及材料特性中的加载与卸载路径与结构状态-过程相关性的关系。定义了初始无应力构形与现时无应力构形,并根据该原理导出扩展无应力状态原理,将适用范围扩展到非线性弹性和几何非线性领域。定义了强/弱相关性结构以及弱相关性结构的去相关等概念,并给出扩展无应力状态原理应用于弱相关性问题的条件。结构的状态-过程相关性原理更具一般性,可为分阶段成形结构分析方法提供新的理论依据,可用于桥梁等复杂结构的设计与施工控制计算。     

无应力状态法在斜拉桥设计和施工中的应用

本文以"无应力状态法"为指导,追寻斜拉桥成桥索力与分阶段施工索力之间的关系。根据成桥的最优索力找出分阶段施工索力的控制因素;同时也讨论了施工时索力张拉有效控制措施以及解决的问题。这些问题的处理,可供今后斜拉桥的设计和施工提供一定的参考。     

基于无应力正装迭代法的大跨混凝土斜拉桥合理施工状态分析

大跨混凝土斜拉桥收缩徐变效应显著,单一计算方法很难完美确定其合理施工状态。目前确定斜拉桥合理施工状态的常见计算方法有前进分析法、倒退分析法、正装迭代法、倒拆—正装交互迭代法、无应力状态法等。以一座主跨300 m的大跨混凝土斜拉桥为依托,建立Midas三维空间有限元模型,基于无应力状态法与正装迭代相结合的计算方法,确定其合理施工状态,获取考虑收缩徐变效应后无应力正装迭代收敛本质及相关迭代规律。主要结论表明:考虑混凝土材料收缩、徐变效应后,构件无应力状态量会随施工过程发生变化,收缩徐变对结构线形影响实质是对结构构件无应力状态量的影响,导致最终成桥状态与目标状态不闭合;调整无应力状态量进行正装迭代分析可实现闭合;基于无应正装迭代法,大跨混凝土斜拉桥索力、线形与设计值能够闭合,内力与设计值接近。     

斜拉桥施工中多工序并行作业技术

分阶段施工实际上是斜拉桥结构体系与作用于结构上的荷载不断变化的过程.施工工序的变化引起荷载的变化,结构上荷载的变化改变着斜拉索的索力,斜拉索的主动调索表面上是改变着斜拉索的索力,而本质上是改变了斜拉索的无应力长度.按照无应力状态控制法最终结构的内力和线形与施工过程无关的基本原理,可以实现斜拉桥施工中斜拉索调索与其他工序同步并行作业.     

基于无应力状态法的系杆拱桥施工控制研究

为解决系杆拱桥在钢拱肋和钢梁拼装过程中线形的确定和控制等问题，通过基于无应力状态法的系杆拱桥施工控制方法，利用系杆拱桥构件单元的无应力长度和无应力曲率，建立了拱桥施工中间过程与最终成桥状态之间的联系，避免了系杆拱桥成桥后繁琐的调索步骤，并以某在建系杆拱桥为例，采用MIDAS Civil有限元软件建立全桥数值模型，对该桥施工过程进行模拟。结果表明：基于无应力状态法的系杆拱桥线形及索力控制方法计算准确，可行性好，实测拱肋、钢主梁线形偏差以及吊杆索力偏差均满足规范要求，同时可节省工期。     

斜拉法施工张拉模拟技术研究

为解决斜拉法施工大范围分级张拉工序复杂、受桥面临时荷载影响大等实际问题,依托"先斜拉—后悬索"工艺施工的某大跨度桥梁,详细计算张拉过程中斜拉索的引出量,并利用无应力状态法和传统计算中的预应力模拟分级张拉.研究结果表明:影响矩阵法计算张拉引出量精度较高且操作简单;"等效温差法"和"单元生死法"以无应力索长为控制指标,张拉...     

维义大桥施工控制

柳州市维义大桥为主跨288 m的连续钢桁拱桥,该桥钢梁采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装法架设,为了解施工过程中的结构内力及线形状态是否满足设计要求,指导施工,运用无应力状态法,采用桥梁结构分析软件MIDAS Civil建立空间模型对该桥进行全过程施工控制.施工控制结果表明:在施工过程中各阶段线形、应力、索力、钢梁抗倾覆稳定性等控制指标与理论分析结果基本一致,成桥的线形和内力状态与控制的预期目标吻合良好.     

弹性悬链线解答在斜拉桥施工控制无应力状态法的应用

斜拉桥在梁段浇筑过程中的调索是一项较复杂的工序,无应力状态法通过拉索的无应力长度建立不同施工状态之间的联系,用拉索拔出量进行调索控制,使得调索目的明确,操作简便。而拉索无应力长度计算必须考虑几何非线性效应。该文阐述了采用弹性悬链线解答计算拉索的无应力长度,并将此结果与规范建议的换算弹模方法作对比,两者符合良好。说明换算弹模法应用于斜拉桥无应力状态法施工控制可以满足工程所需的精度要求。该文所提到的无应力状态施工控制方法及计算过程可供同类桥梁的建造参考。     

大跨PC梁式桥长期下挠控制的新方法

针对混凝土梁式桥出现不同性质的裂缝和挠度过大的问题,通过研究无应力状态法的原理,结合连续梁一次落架与悬臂施工的力学差异,以某160m跨刚构桥为例,在施工过程以无应力状态法对施工进行控制,结果证明,无应力状态法可以有效减少跨中挠度、墩顶弯矩,对长期下挠控制是有效的,能够为解决大跨梁式桥的挠度问题提供参考。