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。     

斜拉桥施工控制张拉力的计算方法研究

为了简化斜拉桥施工控制张拉力的计算过程,基于无应力构形控制法的思想,以设计构形为成桥目标,采用无应力索长值作为张拉控制参数进行无应力构形迭代求解,并得到一组满足设计成桥状态的施工控制张拉力,求解过程均由程序自动计算完成,该过程为反复正装迭代过程,且计算过程中充分计入了结构非线性效应和徐变、收缩效应,因此计算结果精度较高。在嘉鱼长江公路大桥施工全过程计算分析中应用结果表明:该方法能够极大方便斜拉桥施工过程中控制张拉力的求解,求解结果与设计结果吻合良好,避免了反复试算的求解过程。     

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。     

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。     

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。     

超大跨度斜拉桥的自适应无应力构形控制法

该文基于超大跨度斜拉桥的施工复杂性提出了应用于钢斜拉桥施工控制的一种控制方法.首先验证了斜拉桥采用无应力构形控制法的可行性,然后建立了计入几何非线性效应的施工控制参数求解的非线性正装迭代法,最后根据施工参数误差提出了斜拉桥的自适应控制过程.以苏通长江公路大桥为例验证了这一方法的控制过程与效果.     

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。     

基于地层损失的盾构隧道土压力非线性解析方法

针对盾构隧道结构在层状不均匀地层中承受的土压力荷载问题,根据调用强度设计(MSD)原理考虑土体非线性硬化特征,并采用Peck公式对应的土体位移场模式,提出施工不排水条件下盾构隧道结构周围土压力与开挖致地层位移势能的平衡方程,建立改进的隧道结构土压力非线性计算模型,并得到隧道上覆土体为均匀地层和层状不均匀地层2种工况下土压力荷载与地层损失率之间的非线性相关关系。将该计算方法应用于上海地区地铁隧道的土压力荷载计算,详细分析了应力释放系数与地层损失率之间的非线性相关关系,对均匀地层条件下不同的隧道覆土深度、土体强度、土体卸载模量以及侧压力系数进行了参数分析,并对上覆双层地层条件下不同的地层相对刚度、地层相对强度以及双层地层的相对空间位置关系进行了参数分析。结果表明:隧道开挖导致的地层损失对土压力荷载的计算结果具有显著影响,地层应力释放系数随地层损失率的增长呈现较为明显的非线性特征;在均匀地层中,地层刚度对土压力-应力释放系数非线性曲线的影响较为显著;在层状不均匀地层中,地层相对厚度及地层相对位置对土压力-应力释放系数非线性曲线的影响同样十分显著。     

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.     

大跨度钢箱梁斜拉桥施工控制

为保证厦漳跨海大桥北汊主桥(主跨780m的双塔双索面半飘浮体系钢箱梁斜拉桥)成桥后内力和线形满足设计要求,采用以无应力状态法为理论基础的施工控制方法,考虑结构非线性,进行参数识别和平差计算,根据桥梁结构特点确定合理的成桥及施工阶段状态,对该桥进行施工控制.在施工控制中利用无应力夹角确定钢箱梁现场安装位置,利用索长拔出量快速确定张拉索力,并根据大桥结构特点及温度变化情况,采用单侧顶推为主、配切为辅的中跨合龙方案,有效地控制了合龙风险.通过全面严格的施工控制,厦漳跨海大桥北汊主桥实现了高精度顺利合龙,桥梁线形及内力均符合设计要求.     

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.     

三汊矶湘江大桥整体模型试验

为了获得自锚式悬索桥施工阶段结构体系转换过程中各构件的受力状况及成桥后结构的力学性能,利用优化方法计算了缆索系统的安装过程,并对三汊矶湘江大桥进行了缩尺比例为1:28的整体模型试验.介绍了优化计算的原理以及模型设计、试验方案的细节,并对施工过程中顶升主梁进行吊索的无应力安装过程以及活载作用下结构力学性能的测试和计算作了详细说明.结果表明:模型试验的测试结果与计算值吻合良好,吊索的无应力安装能够满足施工阶段的受力要求并达到设计成桥线形;活载作用下结构挠度、应力与荷载呈线性关系,叠加原理能够适用.     

无应力长度正装迭代法在无背索斜拉桥工程中应用

在斜拉桥施工过程中,每次张拉的斜拉索都会对其他斜拉索产生复杂的影响,通常采用倒拆法、倒拆-正装法及无应力状态法均存在不同程度的不闭合问题,不容易求解到合理的施工过程索力。为研究确定无背索斜拉桥施工时合理施工状态的方法,以一座主跨180 m无背索斜塔单索面钢混组合斜拉桥为例,采用Midas Civil基于无应力长度结合正装迭代思路建立成桥阶段和施工阶段有限元分析模型。首先根据初始索力求解出无背索斜拉桥初始无应力长度,然后依据最小二乘原理通过多次正装迭代分析,使斜拉桥施工最终状态和成桥目标状态差异达到允许范围内,求解得斜拉桥合理施工状态的索力值。通过实例证明,基于无应力长度正装迭代法可以较好地解决无背索斜拉桥施工正装分析的不闭合问题,完成索力优化,满足工程精度要求。对无背索斜拉桥合理成桥状态索力及合理施工过程索力优化提供了一定参考,具有一定的推广价值。     

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.     

无应力状态法在斜拉桥主塔施工计算中的应用

根据无应力状态法基本理论,建立斜压结构的分阶段施工力学平衡方程,导出分阶段施工构件单元的无应力状态量。得出当结构外荷载、结构体系、边界条件、单元无应力量一定的情况下,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。无应力状态法可应用于斜塔施工的过程控制,为高倾斜塔柱施工至合龙阶段提供技术支持。     

重庆马桑溪大桥施工过程稳定性分析

主要研究重庆马桑溪大桥在施工过程中的稳定性。考虑混凝土斜拉桥结构的非线性和构件的极限承载能力,计入施工过程的变形和应力的叠加效应,完成该桥线弹性稳定性和非线性稳定性分析,并对桥梁的非线性稳定性的评判进行了讨论。     

多塔斜拉桥无应力合龙关键技术研究

嘉绍大桥主航道桥为(70+200+5×428+200+70)m六塔七跨分幅式钢箱梁斜拉桥。为确保其顺利合龙,结合该桥六塔独柱(桥塔为弱柱结构)并设置竖向双排支座体系和跨中刚性铰等结构特点,按照结构运营状态达到设计理想状态为施工控制目标,采用有限元软件建立实体模型,对关键控制工况分别进行仿真分析,对其合龙工艺、合龙顺序进行研究。研究确定该桥按照无应力状态几何控制法进行顶推合龙施工的方案,7个合龙口按照边跨→中跨→次边跨→次中跨的合龙顺序进行逐次合龙,并对合龙过程中的顶推施工工艺、关键施工参数确定、主要控制手段及实施控制要点进行了阐述。实践证明,该合龙方案和合龙顺序高效、高精度地完成了该桥的顶推合龙施工。     

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。