无应力状态控制法100页PPT

一、概述 二、结构形成过程与最终状态 三、斜拉桥无应力状态法 四、桥梁施工控制 五、无应力状态法的应用
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一、概述
近几十年来，桥梁建设最大的技术 进步是：分阶段形成桥梁结构技术的提
出和发展。
连续梁（刚构）：悬臂施工技术
拱桥
：无拱架施工
斜拉桥
：施工过程多次体系转换
……
2
节段施工的桥梁，最终恒载 完成后的内力和线形必须考虑施 工过程。
l
l
若结构先形成 AC ，BC 两个悬臂梁，然后在 C 和 C 之间合龙（假定C ， C 两点之间的长度为零）
MA
MB
1ql2 2
MCMC 0
15
两种施工方法形成的最终结构 计算图式相同 外荷载也相同
q
A
C
E I
B
2l
16
内力完全不同！
1 3 q l2 A
为什么？
1 2
q
l
2
A l
C 6 1 q l2
29
从前述关于固端梁的讨论，可以看出：
不论结构形成过程如何。只要支承边界条 件正确，结构的弹性曲线连续（卸载曲率相 同），则结构最终的内力状态和变形状态与结 构的形成过程无关。
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倒拆闭合的条件： 1）拆除单元无外荷载 2）支承边界条件正确 3）收缩徐变处理
考虑结构形成过程的收缩和徐变的影 响，倒拆正装无法闭合！
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倒拆法的缺点：
1）计算复杂； 2）数值的累加，概念不明确； 3）当某一步骤调整时，必须进行全
过程的倒拆正装计算。
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正装试算法计算工作量大，对复杂的大跨 度斜拉桥应用难度大，一些改进的算法对桥型 和工序变化的适应性又很差。
有无更简单的办法？
12
二、结构形成过程与最终状态
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考察一等截面的两端固端梁，跨度为 2l ，主梁刚度为 EI ，结构 恒载的荷载集度为 q 。
q
13ql2
13ql2
A
2l C EI
B
A
C
B
2l
61ql2
按一次落架施工：
MA
MB
1 3
ql 2
MC
1 ql 2 6
14
1 2
q
l
2
1 2
q
l
2
A
C C＇ B
施工过程的内力和线形（中间过程 理想状态）
7
常规方法： 倒拆法，正装试算法等
8
倒拆法：
以成桥的目标状态为计算的起始点， 按正装顺序的逆序进行倒拆计算，通过内 力和位移数值的累加确定斜拉桥施工各阶 段的内力和结构线形。
倒拆计算完成后，按倒拆计算确定的 施工各阶段的斜拉索张力值进行正装计算， 只有正装、倒拆闭合时，倒拆计算的结果 才是可信的。
C C＇ l
1 3 q l2 B
1 2
q
l
2
B
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支架上一次形成结构在恒载 q 作用下的挠度曲线：
y1
qx 24EI
( x3
4lx2
4l 2 x)
结构形成后，“假设”卸除荷载 q ，挠度曲线变化：
y2
qx 24EI
(x3
Βιβλιοθήκη Baidu 4lx2
4l 2 x)
卸除荷载后梁体的残余挠度变形：
y y1 y2 0
2
3
6
3
） （一次落架： 1 ql2 3
26
3. A、Ｂ支点转动
1 2
q
l
2
A
A
M
A=
1 3
q
l2
C C＇
l
l
悬臂梁弯矩
C
M
C=
1
1 2
q
2
l
A点转动弯矩图
1 2
q
l
2
B
M
B=
1 6
q
l2
B
MA
4
EI 2l
A
4
EI 2l
ql3 6EI
1 ql2 3
27
M
A=
1 6
q
l2
A
M
A=
1 3
q
l
2
A
C
M
C=
1 12
q
l
2
M B4E 2lIB4E 2lI6 qE l3 I1 3ql2
B点转动弯矩
B
M
B=
1 3
q
l
2
C
M
C=
1 6
q
l
2
最终弯矩图
M
B=
1 3
q
l
2
B
28
MA 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2
2
3
6
3
（ ： ） 一次落架 1 ql2 3
卸载后的残余曲率？ 三种情况的卸载曲率与一次形成结构一致！
P
P＇
施加集中荷载弯矩图
1 2
q
l
2
B
B
M
B=
1 3
q
l2
ql3 Pl 2 0 6EI 2EI
P 1 ql 3
24
M
A=
1 6
q
l2
A
M
A=
1 3
q
l2
A
2P
M
C=
1 6
q
l
2
拆除集中荷载弯矩图
C
M
C=
1 6
q
l
2
最终结构弯矩图
M
B=
1 6
q
l2
B
M
B=
1 3
q
l2
B
25
MA 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2
y 0 ， y 0
y qx2l2 ， y ql 2
12EI
6EI
由此可以看出：两种方法形成的最终结 构内力状态的差异是由于最终结构的“卸载 曲率”差异造成的。
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悬臂施工结构， C 、 C 点合龙前的转角差是造成最终结构 “卸载曲率”差异的根本原因。
C
ql3 6EI
，
C
ql3 6EI
假设有办法在合龙前消除这种转角差值：
1. C 、 C 合龙前施加力矩； 2. C 、 C 合龙前施加向上的集中力； 3. A 、 B 点刚性转动。
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1.施加力矩
1 2
q
l
2
A
C C＇ l
A
M
A=
1 3
q
l2
A
M
=
1 6
q
l
2
悬臂梁弯矩
M
M＇
C
C＇
施加反向力弯矩
C
C＇
M
C=
M
=C '
1 6
q
l
2
弯矩图
ql3 Ml 0 M 1 ql2
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悬臂施工结构，恒载 q 作用下的挠度曲线：
y1
qx 2 24 EI
(6l 2
4lx
x2 )
结构形成后（合龙），“假设”卸除荷载 q ，挠度曲线变化为：
y2
qx 24EI
( x3
4lx2
4l 2 x)
卸除荷载后梁体的残余挠度：
y
y1
y2
qx2l 2 12 EI
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梁体曲率：
一次形成结构 悬臂施工结构
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节段施工的连续梁设计
设计中必须考虑： 悬臂施工过程 合龙及体系转换 挂篮及施工荷载
由于结构形成过程相对单一，可变 因素少，设计时就严格规定了施工方法 和施工过程。
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如果施工方法和过程变更，成桥内 力和线形也会发生变化。
所以：“桥梁的施工形成过程与最 终内力和位移状态紧密相关”？
（顶推施工的连续梁当不考虑混凝 土的收缩徐变（次内力）时，成桥内力 与一次落架施工连续梁的成桥内力是一 致的！）
6EI EI
6
l
M
=
1 6
q
l
2
ql3 M l 0 M 1 ql2
6EI EI
6
1 2
q
l
2
B
B
M
B=
1 3
q
l2
B
22
MA 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2
2
6
3
（ ： ） 一次落架
1 ql 2
3
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2.施加集中力
1 2
q
l
2
A
A
M
A=
1 3
q
l2
C C＇
l
l
悬臂梁弯矩
5
对于斜拉桥 设计时无法仔细考虑每一个施工过程：
1）施工阶段多，体系转换过程复杂 2）施工阶段的张拉调索 3）理想成桥状态的要求
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所以 斜拉桥设计时仅以理想的恒载成桥状态为基础，
进行结构设计和运营阶段的各种验算。
设计阶段的后期进行安装计算。
１）施工过程结构安全性检算； ２）确定满足成桥目标状态要求的中间