大跨度桥梁的稳定理论总结(85页)
结构稳定理论知识点整理
结构稳定理论知识点整理●杆件失稳1.什么是稳定？●稳定问题的类型●稳定问题的研究1)稳定问题研究特点2)一阶分析法和二阶分析法的区别3)稳定问题研究方法●静力法●能量法（依托能量准则）●能量守恒原理●势能驻值原理●最小势能原理●瑞利-利兹法●伽辽金法●动力法●稳定问题和强度问题的区别？2.什么是失稳？●失稳类型1)弯曲失稳●弹性失稳（符合胡克定律应力应变线性关系）●理想情况●理想轴心压杆弯曲失稳●考虑工况●弹性支撑轴心压杆弯曲失稳●初始缺陷对轴心压杆临界荷载的影响●初始几何缺陷●残余应力的影响●变截面轴心压杆弯曲失稳●压弯构件（梁柱）弯矩作用平面内弯曲失稳（体现柱的特点）●失稳类型：极值点失稳，构件的极限荷载同时受到最大轴力与最大弯矩的控制。
●临界荷载的求解方法●边缘屈服准则●数值积分法●不同横向荷载作用下压弯构件的最大挠度与弯矩●二阶弯矩：考虑轴压力及纵向弯曲变形影响的弯矩。
与构件两端所作用的轴力P的大小有关。
P越大，所引起的二阶附加弯矩效应越强，构件上的最大弯矩也就越大，反之相反。
●一阶弯矩：不考虑轴压力及纵向弯曲变形影响的弯矩●一阶弯矩和二阶弯矩的关系：二阶弯矩是一阶弯矩乘以含轴力的方大系数●压弯构件的等效弯矩系数●概念：不同荷载压弯构件等效弯矩可以看作在原受弯构件一阶最大弯矩M0的基础上乘以了一个含有轴力P的放大系数，这个放大系数就是压弯构件等效系数。
●压弯构件弯矩作用平面内弯曲失稳的承载力公式构建方法●①冷弯薄壁型钢压弯构——基于边缘屈服准则的弹性稳定相关计算公式●②普通热轧型钢压弯构件──基于极限强度准则的弹塑性稳定相关计算公式●非弹性失稳（弹塑性失稳）2)扭转失稳●什么时候发生扭转：外力不通过剪切中心，绕剪切中心轴扭转●剪切中心的概念●剪切中心的特点和确定方法●扭转的特点●扭转的类型●自由扭转●自由扭转的特点●自由扭转的刚度方程●约束扭转●约束扭转的特点●约束扭转的刚度方程●轴心压杆扭转失稳●扭转失稳历程●理想轴心压杆弹性扭转失稳临界荷载●考虑缺陷●扭转失稳设计准则（换算长细比法）3)弯扭失稳●什么时候发生弯扭失稳：不通过剪切中心轴的横力使得截面剪切中心和形心不重合的杆件发生弯扭失稳（单轴对称截面和不对称截面）●轴心受压杆件的弯扭失稳●弯扭失稳历程●理想轴心压杆弹性弯扭失稳临界荷载●弯扭失稳设计准则（换算长细比法）●梁的整体失稳（弯扭失稳）●整体失稳的概念：梁受弯矩作用，当弯矩增加到某一数值时，梁将在截面承载力尚未充分发挥之前突然偏离原来的弯曲变形平面，发生侧向挠曲和扭转，使梁丧失继续承载的能力，这种现象称为梁的整体失稳。
大跨度桥梁的稳定理论-5
习
EA=2000KN,l=200m,h=0.2m。 P C
题
12.1 图 12.9 所 示 结 构 由 两 根 端 部 铰 接 的 杆 组 成 ， C 点 承 受 集 中 荷 载 P 作 用 ，
EA A B h
l
图 12.9 1)计算结构的临界荷载； 2)计算结构在失稳后的平衡位置。 12.2 图 12.10 所示超静定梁，截面的极限弯矩 Mp=5KNM，忽略几何非线性效应，试用矩阵 位移法计算该结构的极限荷载。 P
5.第二类稳定和极限承载力全过程分析(续) 5.1 非线性方程的求解问题
一般结构的结构刚度阵在 p-曲线上升段是正定的，在 下降段为负定的。进行“全过程”分析过程中，当荷 载接近极限值时，很小的荷载增量都会引起很大的位 移，可能还未找到极限荷载就出现了求解失效现象。 为了找到真实的极限荷载，克服下降段的不稳定现象 ，各国学者提出了许多算法，下面就常用的两种方法 作一介绍。
(12-89)
这样，求解方程时可控制指定的值，求出相应的位移u1及荷 载增量比例因子 。由于Kij与位移有关，求解时需要迭代，使 得[R1R2]T值趋于零，以满足精度要求。
K 需要指出，方程(12-89)中的系数矩阵 11 K 21 P1 是不对称， P2
也不呈带状，求解时需要的存储单元较多，这是该方法的一大 缺点。 计算中还可以用强制迭代法、强化刚度法、弧长法等方法来 克服下降段的不稳定现象，限于篇幅，本书不再赘述。
{ Pp }
i { p } i
1
n
(12-90)
5.3 稳定分析与极限承载力计算的关系
共同点在于两者都是计算桥梁结构达到某种失效状态 时的最大荷载，在特定情况下，两者是一致的，因此
大跨度桥梁理论
答：1、多多罗xx 技术特点：①采用混合梁技术。
中间墩支撑着中间梁。
边跨外端采用预应力混凝土梁，通过和钢梁连接来支撑其他边跨和中跨，从而形成混合梁体系。
这些边跨设计为短小的沉重的，并且具有足够的刚度，来支撑长但轻的中跨，并维持足够的刚度。
②斜拉索在两个主塔间形成多扇面线性，在倒Y 形塔顶单锚点，从而提高梁的抗扭刚度。
③塔和梁的组合形状，特殊设计的索面，以及空气动力稳定性来保证结构的独立性。
④在安装梁时水中没有设置临时墩。
在悬臂前端采用运输起重机从海面上将梁体直接吊起。
这个工作依赖于边梁和塔处主梁之间的平衡。
2、增加中跨的可行性原因：斜拉桥优点：①当中跨达到1300m 时，在经济效益和结构特点方面斜拉桥和悬索桥没有明显差异。
②当斜拉桥中跨达到1000m 时，非线性影响不大。
这说明常规的中跨500m 斜拉桥和1000m 斜拉桥相差不大。
③悬索桥需要锚碇。
因此大跨度的斜拉桥比悬索桥要经济。
可行性A 建造1300 米的跨径斜拉桥没有任何构造上和经济上的问题,所以可以适当增加斜拉桥的跨径.B中间跨在1000米以下的斜拉桥的截面内力和位移没有非线性增加的趋势,这预示着传统的斜拉桥中跨达到500米的设计是可能的.C1300米以下的悬索桥和斜拉桥的结构、经济特性没有明显的差异①斜拉桥存在轴力②从500m 到2000 米，悬索桥的竖向弯矩大于斜拉桥。
③700m 处主轴的水平弯矩二者相同，之后悬索桥较高。
④竖向挠度在1100m 时二者相同，1100m 以下悬索桥较高，1100m 以上斜拉桥较高。
⑤700m 以下二者的水平挠度相同，之后斜拉桥较高。
⑥总用钢量在1500m 以下时基本相当。
3、斜拉桥按目前水平可以做多大通过索的制作方法的改进，锚碇和挖掘方式的进步，结构分析功能的进一步提高，以及对结构体系更多的认识，实验的研究和技术的进步，以我们现在的水平，建造2000m 级别的斜拉桥已经不存在技术问题。
有的学者研究发现，按照现在的技术水平，修建4000m 的斜拉桥也是可行的。
大跨度钢管混凝土拱桥稳定性分析
其 中 ， ， 和 分别为结 构 的总线 刚度 矩阵 、 总大位 移矩
阵 和总初应 力矩阵 ； ６和 Ｆ分别为总位移列 阵和 总荷 载列 阵。 式（） ２ 也可以写成增量形式 ：
（ ＋ ＋ ） 占＝ Ｆ △ △ （） ３
１ 结构 稳 定 分析 的基 本理 论
段 的稳 定性分析 中应该考虑 非线性的影响。
关键词 ： 管混凝 土 ， 钢 稳定性分析 ， 大跨度拱桥 ， 非线性
中图分类 号 ：４ ８ ２ Ｕ ４．２ 文献标识码 ： Ａ
０ 引言
预应力混凝土连 续梁 拱桥 是 由拱 肋 、 吊杆 、 主梁 组 合起 来 的
组合 结构。这种桥型充分发挥 了拱肋钢 管混凝 土 、 主梁混凝 土 和
Ｊ１ ２ １ ｕ． ０ １
・１ ３ ・ ８
大 跨 度 钢 管 混 凝 土 拱 桥 稳 定 性 分 析
李 俊
摘 要： 简要介 绍 了钢管混凝土拱桥线性和 非线性稳定性分析原理 ， 以某钢 管混凝 土拱桥 为例 ， 建立 了有 限元分析模 型 ， 采 用大型通用有 限元分析程 序 Ａ Ｓ Ｓ对其施工及运 营阶段 的稳 定性进 行 了分 析 ， 据分 析结 果指 出， ＮＹ 根 在施 工及运 营阶
ｅ ｅ ｕ ｔ ａ ｄ ｓｔ ａ ｕ ｅ ｎ ，ｐ ｏ ｉ ｅ ｅ ｈ ｏ ｅｉ ａ ａ ｉ ｏ ｓａ ｉ ｔ ｖ ｕ ｔ ｎ ｏ ｉｈ ｙ ｔ ｎ ｅ ｏ ｕ ｆｃ ｕｌ ｉ ｇ ｄ ｒ ｓ ｌ ｉ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｖ ｄ ｄ ｎ ｗ ｔ ｅ ｒ ｔ ｌ ｂ ｓｓｔ ｔ ｂｌ ｙ ｅ ａ ａ ｉ ｆｈ ｇ ｗａ ｕ ｎ ｌｔ ｐ ｓ ｒ ｅ ｂ ｉ ｎ ． ｓｎ ｅ ｃ ｉ ｌ ｏ ａ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ ｉｈ ｙ ｔ ｎ ｅ ，ｒｏ ｔ ｂ ｌ ｙ ｅ ａｕ ｔ ｎ，ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ ｓ ｉ ｔ ｖ ｌ ａ ｉｎ，ｓ ｆ ｔ ｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｇ ｗａ ｕ ｎ ｌ ｏ ｆｓａ ｉ ｔ ｖ ａｉ ｉ ｌ ｏ ｏ ｎ ａｉ ｔ ｌｙ ｅａｕ ｔ ｏ ｂ ａ ｉ ｏ ａｅｙ ｄ ｐｈ
大跨度钢桥中的疲劳与稳定问题(强士中)
第二届亚洲桥梁峰会大跨度钢桥的疲劳与稳定问题强士中 教授 任伟平 博士内容提纲1 2 3 4 5钢桥疲劳事故 钢桥稳定事故 大跨度钢桥疲劳研究热点及工程实例 大跨度钢桥稳定研究及工程实例 结论大跨度钢桥疲劳与稳定问题Î大跨度钢桥迅速发展统计表明，我国已建成各类桥梁 32 万多座，其中特大型桥梁有七百多 座，这些桥梁中大部分为钢桥。
下表给出了国内代表性的大跨度钢桥。
桥 名重庆朝天门长江大桥 南京长江三桥 苏通长江大桥 舟山西堠门大桥 武汉天兴洲长江大桥跨度（m） 建成年代 552 648 1088 1650 504 2008 2005 2007 2009 2009特点 世界最大跨径 钢桁拱桥 我国首座大跨 钢塔斜拉桥 世界最大跨径 斜拉桥 我国最大跨径 悬索桥 世界最大跨径公 铁两用斜拉桥Î钢桥疲劳问题突出桥梁钢结构的疲劳问题正变的日趋严重：运营车辆总重加大（特别是超 载）；交通量增加；新的结构细节出现（疲劳性能未知）;桥梁寿命的增加。
上世纪60年代以来，许多钢桥都出现了各种形式的疲劳裂纹，因疲劳断 裂而酿成的灾难性事故也时有发生。
根据美国土木工程学会疲劳与断裂分委 会的调查结果，80～90％的钢结构破坏均和疲劳有关，疲劳已成为桥梁钢结 构失效的主要形式之一。
下面列举几个钢桥疲劳破坏的典型案例： （1）1967年12月15日美国的Point Pleasant桥因眼杆钉孔处两条腐蚀疲劳裂 纹的脆断突然整桥倒塌，造成46人丧生，37辆车坠落河中。
从此才引起了 研究人员对钢桥疲劳问题的重视。
Point Point Pleasant Pleasant桥倒塌前后 桥倒塌前后（2）1994年10月21日早，韩国汉城的圣水大桥中央悬挂跨因疲劳破坏突然 断裂，其中 15m 掉入江中，造成六辆汽车掉入汉江，导致32人死亡，17人重 伤的重大事故，； （3）2001年11月7日清晨，我国宜宾金沙江桥的4对短吊杆由于腐蚀疲劳突 然断裂，局部桥面坠落江中；韩国圣水河大桥倒塌前后 韩国圣水河大桥倒塌前后（4）2007年8月1日，美国35号州际公路上的密西西比河大桥因腐蚀疲劳 而瞬时倒塌（上承式钢桁拱结合梁桥）。
大跨度连续刚构桥的施工控制总结2
大跨度连续刚构桥施工控制1、工程概况**特大桥是靖西至那坡高速公路的一座重点特大桥，主桥范围左右分幅设计，主桥平面位于“S”线上，桥上纵坡为3.5%，横坡为单向2%。
主桥共两联，第一联为85+3X150+85米刚构连续梁桥，第二联为85+150+85米连续刚构桥。
单幅桥面宽度12.75m。
主桥箱梁采用单箱单室结构，C50混凝土，三向预应力体系，箱梁顶板宽12.75m，底板宽7m，桥墩处梁高8m，跨中梁高3m。
6#、7#、8#、9#、15#、16#主墩采用薄壁空心墩，C40混凝土，其中6#、9#墩墩顶设置支座，7#、8#、15#、16#墩采用墩梁刚性连接。
2、箱梁悬臂施工标高控制的意义在主梁悬臂施工过程中梁段立模标高的合理与否关系到主梁的线形是否平顺。
一般确定梁段立模标高由以下几部分组成：挂篮变形+理论计算的十年以后的下沉量+汽车荷载产生的挠度/2。
为了使竣工后的结构保持设计线形，在施工过程中设置预拱度。
对于分节段施工的连续梁，根据前一节段的结构状态作为施工阶段分析的基础，并按施工先后次序进行结构分析，给出各施工阶段结构物控制点的标高，以便最终使结构物满足设计要求。
在实际的施工中，由于梁段自重、施工临时荷载、结构刚度、张拉索力、砼收缩、徐变、温度等因素影响，导致实际的施工过程内力和主梁标高，偏离理论轨迹，达不到成桥设计目标，严重时导致施工不安全因素。
本文主要阐述在大跨度连续刚构桥施工中影响桥梁的一些不利因素及采取的措施。
3、悬臂法施工测量控制3.1、对施工过程进行实时跟踪计算设计图纸下发后，及时根据图纸和现场编制施工方案，根据方案流程对全桥进行模拟计算，提前掌握各种施工状态下的受力情况。
主要是及时的和设计、监测沟通。
本桥经和设计、监测单位沟通，对全桥进行了施工阶段模拟计算，计算模型如图1。
表1 整桥计算结果3.2、控制网及测点的布设（1）布设施工控制网联测整桥形成一个网系，如下图2所示。
箱梁施工控制网包括平面坐标控制网和高程控制网两部分，它是在原有的大桥首级施工控制网的基础上，通过加密的高程及平面网联测整个桥形成的一个网系。
Part3-第14章-大跨度桥梁的稳定理论
普兰特尔和米歇尔几乎同时发表了关于梁侧倾问题的研究成果
1.1 稳定理论的发展(续)
薄壁轻型结构的使用，提出了稳定新课题
瓦格纳(H.Wagner,1929)及符拉索夫(1940)等建立关于薄壁杆件的 弯扭失稳理论
证明其临界荷载值大大低于欧拉理论值，且不能用分支点的概念来解释
引入了极值点失稳的观点以及跳跃现象的稳定理论
图 12.2 均布径向荷载作用下的圆弧拱 在均布径向荷载 q 作用下，开始只有沿拱轴方向的弹性压缩变形 若忽略轴向变形的影响，拱轴线与压力线完全吻合，处于无弯矩 状态
3.1圆弧拱平面屈曲微分方程(续)
当荷载达到临界值时，拱发生微小的弯曲变形 v，且在截 面上存在弯矩 M，在这一变形状态下可以导出它的屈曲微分方 程为：
2.1 第一类稳定问题的线弹性有限元分析(续)
[K]σ 可以分成一期恒载的初内力刚度阵 [K1 ]和后期荷载（ 二期、活载等）的初内力刚度阵 [K 2 ]两部分
计算一期恒载稳定问题， [K2 ] 0 ，为恒载稳定安全系数
计算后期荷载稳定问题，则恒载 [K1 ]可近似为一常量，式 (12－6)改写成：
第十二章
大跨度桥梁 稳定理论
同济大学桥梁工程系
大跨度桥梁研究室
第十二章
本章主要内容
1 概 述
大跨度桥梁的稳定理论
2 第一类弹性及弹塑性稳定分析
3 拱桥稳定分析和非保向载力全过程分析 6 小 结
1. 概述 1.1 稳定理论的发展
什么是结构失稳？
结构在外力增加到某一量值时，稳定性平衡状态开始丧失，稍有扰动，结构 变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的现象
当荷载接近临界值时，变形才迅速增大，由此确定失稳条件
土木工程设计经验分享如何确保大型桥梁结构的稳定性
土木工程设计经验分享如何确保大型桥梁结构的稳定性土木工程设计经验分享：如何确保大型桥梁结构的稳定性大型桥梁结构的稳定性是土木工程设计中一个极为重要的方面。
为了确保桥梁在使用过程中的安全性和可靠性，设计师需要考虑多种因素，包括地质条件、结构材料、荷载特征等。
本文将分享一些保证大型桥梁结构稳定性的设计经验。
1. 地质勘测与分析在设计大型桥梁之前，进行详尽而准确的地质勘测是非常重要的。
通过地质勘测，设计师可以了解到桥梁所处地区的地质条件、地下水位以及地震活动等信息。
这些信息有助于确定桥梁的设计方案，从而确保桥梁在不同地质条件下的稳定性。
2. 结构材料的选择结构材料的选择对大型桥梁的稳定性至关重要。
一般来说，对于横跨较大跨度的桥梁，使用钢材或混凝土是比较常见的选择。
钢材具有较高的抗拉强度，而混凝土则具有较高的抗压强度。
根据桥梁所处环境和受力条件，设计师可以选择合适的结构材料，并进行适当的预应力设计，以确保桥梁的稳定性和承载能力。
3. 荷载特征的考虑在桥梁设计过程中，需要充分考虑各种荷载特征，包括静载荷、动载荷和地震荷载等。
静载荷是指桥梁自身重力以及交通载荷所施加的力，动载荷则是指交通载荷产生的动态效应，地震荷载是指地震所造成的力。
为了确保桥梁的稳定性，设计师需要合理考虑这些荷载特征，并进行相应的结构分析和计算。
4. 结构抗风设计大型桥梁通常会面临风力的挑战，因此在设计过程中需要进行结构抗风设计。
设计师可以通过将桥梁结构分解为不同部分，并进行风压计算，来确定各部分的合理截面尺寸、材料以及连接方式。
此外，还可以采用防止风振措施，如振动吸收器、阻尼器等，以确保桥梁结构在强风条件下的稳定性。
5. 施工监管与质量控制在大型桥梁的施工过程中，施工监管和质量控制是确保桥梁结构稳定性的关键。
监管部门应对施工进行细致的审核和监督，确保施工过程符合设计要求和质量标准。
同时，施工单位也需加强自身质量控制，包括材料选择、施工工艺和工程验收等环节，以确保桥梁的结构稳定性和施工质量。
桥梁横向稳定课件
温度变化会对桥梁的横向稳定性产生影响，施工过程中需要严格控 制温度变化，避免温度变化过大导致桥梁横向失稳。
施工中的监测与调整
实时监测桥梁横向变形
在施工过程中，需要实时监测桥梁的横向变形，一旦发现 异常情况，需要及时采取措施进行调整。
定期调整施工参数
施工过程中需要定期根据监测结果调整施工参数，如调整 施工荷载、优化施工方法等，以确保桥梁的横向稳定性。
加强桥梁设计审核，提高 施工质量监管，严格执行 桥梁荷载标准，加大对桥 梁运营的监管力度等。
案例二：成功实施横向稳定策略的桥梁案例
1 2 3
案例概述
某桥梁在设计和施工过程中，成功实施了横向稳 定策略，确保了桥梁的安全性和稳定性。
实施措施
采用合理的桥梁结构和截面形式，设置横向支撑 和斜拉索等横向稳定构件，严格控制施工质量， 实施有效的养护和维修等。
经验总结
施工过程中实现横向稳定控制是确保桥梁质量和安全的关键环节，需要采取综合性的控制措施，确保施 工过程的顺利进行和桥梁的安全运营。
06
前沿技术与展望
当前的前沿技术
有限元分析技术
有限元分析技术是当前桥梁工程领域的主流技术，它能够高精度地模拟桥梁的 受力行为和横向稳定性，为桥梁设计与施工提供准确的数据支持。
桥梁横向失稳的后果
交通事故风险增加：桥梁横向失稳可 能导致车辆行驶不稳，进而引发交通 事故。
经济损失：桥梁横向失稳引发的交通 事故和桥梁结构损坏，都将造成巨大 的经济损失。
桥梁结构损坏：长时间的横向失稳会 对桥梁结构造成损坏，缩短桥梁使用 寿命。
因此，保障桥梁的横向稳定性至关重 要，对于确保交通安全、保护建筑结 构、降低维护成本等方面都具有十分 重要的意义。
个人整理-同济大学高等桥梁结构知识点
箱梁的剪力滞效应（抓住“剪力”这个核心）● 剪力滞现象：宽翼缘箱梁在弯剪作用下，由于剪切变形的存在和沿宽度方向的变化，受压翼缘上的正应力随着离梁肋的距离增加而减小，这个现象就称为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。
● 造成该现象的原因：翼缘的剪应力变化引起正应力的变化。
（因此剪力越大，剪力变化越剧烈的截面剪力滞越明显，比如支点、集中力作用点，但有的情况下支点弯矩小，因此总应力还是）● 剪力滞系数λ：考虑剪力滞/不考虑剪力滞。
λ是个沿翼缘板宽度变化的量，一般只考虑腹板与翼缘板相交位置的λ● 正剪力滞，负剪力滞。
● 广义位移函数：挠度函数，纵向变形函数。
● 考虑剪力滞，翼缘板不满足平截面假定，但腹板仍然满足平截面假定。
最小势能原理变分得到带位移函数的微分方程。
● 考虑剪力滞，梁的挠度增加。
剪力滞降低梁的刚度。
因为考虑剪力滞的曲率表达式为：1''[()]F w M x M EI=-+ 正剪力滞，MF>0，因此造成曲率偏大，挠度增大，负剪力滞，MF<0，因此挠度减小● 悬臂箱梁在均布荷载作用下，离固定端约1/4跨位置会产生负剪力滞效应（邻近腹板的翼板位移滞后于远离腹板的翼板位移）。
M F 为负时，属于负剪力滞。
● 有效宽度：最大应力×有效宽度=实际应力沿总宽度的积分●规范规定，结构整体分析采用全截面，截面应力验算，采用有效宽度。
●承受纯弯曲荷载的箱梁截面，是否也存在剪力滞现象？材料进入塑性状态后，箱梁截面剪力滞将如何变化？●本节主要介绍剪弯状态下剪力滞问题，如果是压弯状态下（如预应力筋直线布置）截面是否存在剪力滞现象?箱梁的扭转效应（抓住关键：扭转=偏载×偏心距）●自由扭转：纵向不受约束，不产生纵向正应力。
公式推导：（闭口截面抗扭性能强的原因：剪力流的力臂大）q=τk t●自由扭转剪切变形：（综合考虑纵向变形和扭转角变形）●自由扭转惯矩：与截面包围面积、壁厚有关。
大跨度桥梁施工力学理论及分析
大跨度桥梁施工力学理论及分析余金怀王宇重庆甲多公路设计咨询有限公司；重庆交通大学摘要：施工力学是工程力学的拓展，主要研究结构施工过程中结构的力学表现及其特点。
本文对大跨度桥梁施工力学理论及其应用进行了简要分析，通过本文的研究探讨，希望能为有关于大跨度桥梁施工力学理论方面的研究提供一些参考和借鉴。
关键词：桥梁施工力学；大跨度桥梁；理论体系；力学分析中图分类号：K928文献标识码：A1引言施工力学是力学学科与土木工程等工程学科结合的产物，其成果将会对全国工程建设以及21世纪发展产生广泛、深远影响。
它主要研究结构在施工过程中的力学表现，以对施工过程正确地进行结构分析。
在科学技术和经济不断发展的今天，回顾桥梁建设结构的历史，从小跨度、形式简单的桥梁结构，到现在的大跨度、结构复杂的新式桥梁，都体现了科技的不断进步。
伴随着新技术、新工艺、新材料的不断发展，以及关于桥梁方面作用荷载研究的不断深入，人们更加关注桥梁力学问题的研究。
同时，这一系列的问题也推动了我国桥梁力学的发展。
同样，桥梁力学的研究成果也使得桥梁设计施工和桥梁管理水平有了相应的提高。
在技术不断发展的过程中，桥梁建设的发展与力学研究的发展同样表现出了相辅相成的态势，二者互相促进，相互影响。
当然，一系列的桥梁倒塌事故等也告诉人们，理论要和实际密切结合，切不可理论脱离实际。
力学原理在桥梁施工及施工监理的过程中同样非常重要。
2大跨度桥梁施工力学主要问题及理论分析2.1施工阶段力学计算的不确定性施工阶段力学问题不同于桥梁结构设计的力学计算，它具有一定复杂性和不确定性，主要体现在以下两方面：（1）临时支架力学计算，包括基础条件的不确定性、支架连接的不确定性、支架荷载的不确定性；（2）施工状态的力学计算，包括材料特性的不确定性、结构体系的不确定性、施工荷载的不确定性（横向荷载及偶然荷载的影响）、构造细节特性的不确定性。
2.2结构体系转换大跨径桥梁施工过程往往存在体系转换问题。
大跨度拱桥稳定性综述
大跨度拱桥稳定性综述作者：高鑫崔文涛方孟然来源：《城市建设理论研究》2013年第23期摘要：拱桥以其独特的优势，成为长盛不衰、不断发展的桥梁形式。
但是随着跨径的增大，刚度越来越柔，作为以受压为主的结构，稳定成为制约其发展的关键因素之一。
而稳定问题通常分为两类，第一类稳定问题最后归结为求特征值问题，其计算比较简单;但由于材料非线性、几何非线性和初始缺陷的影响，不太符合实际情况，第二类稳定问题即极限承载力问题更符合实际关键词：钢拱桥；稳定性；极限承载力中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：一引言我国是拱桥的国度，建于公元606年彪炳史册的河北赵州桥极大的显示了中华民族的聪明才智，是世界最早的敞肩拱桥，欧洲知道1200你后才出现此类桥型。
1991年该桥被美国土木工程学会（ASCE）评为世界第12个土木工程里程碑。
此外，还建造了诸如北京永定河上的卢沟桥，颐和园的玉带桥和十七孔桥，等等享誉是阶段精品。
但此后，我国的拱桥在历史的长河中却步履蹒跚，知道建国后才又迅速发展。
拱桥是一种重要的建筑结构类型，在桥梁的发展史上曾经占有重要地位，迄今为止，已有三千多年的历史。
拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力，正是这个水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩，使它的主拱截面材料强度得到充分发挥，跨越能力增大。
钢拱桥由于自重轻、水平推力相对较小，结构表现力丰富；同时，强度相对高，而刚度相对较弱，所以结构形式多样。
上、中、下承式桥、拱梁组合、提篮拱、单片拱、管状拱等，形式多样。
随着社会进步和科学技术的发展，人们对建桥材料性能认识的不断深化以及运用各种结构形式的实践经验的积累及再认识，发展出了各种组合结构体式来克服这些困难。
目前各种大跨径拱桥都采用无推力系杆体系。
无推力系杆拱桥为一种集拱与梁的优点于一身的拱梁组合体系桥，它将拱与梁两种基本结构组合在一起，共同承受荷载，充分发挥了梁受弯、拱受压的结构性能。
大跨度桥梁的稳定理论-3
(12－10)
3.2等截面圆弧拱在均布径向荷载作用下的屈曲临界荷载
下面以双铰拱为例，讨论受均布径向荷载的等截面圆弧拱的屈曲临界力的计 算。 双铰圆弧拱在径向荷载 q 作用下(图 12.3)，其拱截面弯矩
(同济大学博士、硕士研究生课程)
M N v qR v
d 2v k 2v 0 2 d
2 2 2
0 A
0 B
(12－27)
(12－28)
3.3 圆拱的面外稳定(续)
E Iy 其中： 为弯、扭刚度比例系数。 GJ (同济大学博士、硕士研究生课程 )
当式(12－28)确定的 qcr 比相应面内失稳临界荷载 为小时，圆拱先出现侧倾失稳。 对于宽跨比较小的拱桥， 侧向刚度相对较小和单承 重面拱桥， 都有可能发生侧倾弯扭失稳， 在设计时必须 对这类结构进行侧稳验算。
3.2等截面圆弧拱在均布径向荷载作用下的屈曲临界荷载(续)
临界荷载值为：
式中
E IX 2 E Ix q cr 3 ( 2 1) K 1 3 (12 －17) R R (同济大学博士、硕士研究生课程) 2 K1 2 1
(12－18)
K1 称为拱的临界荷载系数 (或稳定系数 )，与夹角α 有关。 式(12－17)也可写成中心受压直杆的欧拉公式的标准形式
f 1 l 5
1.522
R 51.765
I y 0.4798 m4
2 2
G 1.4 107 kN / m 2
由式(12－54)易得： q cro
=1571.2 kN/m R 3 2 ( 4 2 2 )
2
4
J 1.0111 m4
q cr q cro
大跨度钢桁梁柔性拱桥稳定性能研究
大跨度钢桁梁柔性拱桥稳定性能研究摘要：某跨径布置为(130+338+338+130)m的钢桁梁柔性拱双线铁路桥,其跨度和建设规模在同类桥梁中均属于最大,稳定性问题更为突出,设计难度高。
研究在恒载和活载作用下的一类稳定性和二类稳定性。
研究结论：(1)一类稳定过高地估计本桥的承载能力,不能作为承载能力的设计依据；(2)二类稳定非线性特征主要表现为材料非线性,几何非线性的影响可以忽略；(3)加载方式对稳定性分析有较大影响,隔跨布置活载时是最不利的受力状态,全桥满布活载时是最理想的受力状态；(4)具备足够的安全储备,结构设计合理。
关键词：铁路桥；大跨度钢桁梁；柔性拱；稳定性；承载力1 概述失稳是结构破坏的形式之一,拱桥的稳定分析是拱桥设计的关键问题。
分析拱桥的稳定性能,不仅可用于极限设计,而且有助于了解结构的破坏形式,准确探知结构在给定荷载下的安全储备或超载能力[1]。
国内外学者对拱桥的稳定性做了大量研究工作[2-9]。
过去,人们对拱桥的稳定性分析主要采用线性屈曲法,由于该方法未考虑非线性效应和结构“初始缺陷”的影响,仅适用于理想状态[10]。
随着计算方法的提高和计算机技术的发展,考虑几何非线性和材料非线性的有限元法成为稳定分析中强有力的工具。
钢桁梁柔性拱是连续钢桁梁和钢箱拱组合的一种桥型,充分发挥连续钢桁梁承载力大和钢箱拱跨越能力强的优势,受到桥梁界的青睐。
钢桁梁柔性拱桥典型的已建工程有合福铁路合肥南环线(114.72+229.5+114.75)m双线铁路桥[11-12]、厦深铁路榕江(110+2×220+110)m双线铁路桥[13],在建工程有沪通长江大桥天生港专用航道(140+336+140)m公铁合建桥[14],这也是目前最大跨度的铁路钢桁梁柔性拱桥。
以某大跨度2×338 m双主跨钢桁梁柔性拱桥为实例,研究在不同布载工况下的结构稳定性,为设计提供依据,为类似工程提供参考。
2 结构稳定性理论结构的稳定性分为基于线弹性的一类稳定问题和基于非线性的二类稳定问题。
第十二章 大跨度桥梁的稳定理论
第二类稳定：极值点失稳问题 一般结构体系并不存在分支点，这样就不能以平衡形式 发生分支现象来定义失稳特征。但是，在结构失稳过程中， 其荷载、变形曲线常具有极值点，如图12.1(b)所示。在OA 段内，结构始终处在弯曲平衡状态，更大可能是出现部分塑 性变形。当荷载达到极大值Pcr时，即使外力不再增加，结 构位移也可能急速增大，结构呈不稳定现象，这就是第二类 稳定：极值点失稳问题。 实际工程中的稳定问题一般都表现为第二类失稳。但是， 由于第一类稳定问题是特征值问题，求解方便，在许多情况 下两类问题的临界值又相差不大，因此研究第一类稳定问题 仍有着重要的工程意义。
12.2.2 第一类稳定的非线性有限元分析
工程中经常会遇到如下两种情况： 1. 随着荷载的增加，在结构发生弹性失稳之前，部分构件 _ 已经进入了塑性变形。 2. 结构比较柔软，当荷载不断增加时，参考荷载的 [ K ]σ 与临界荷载的 [K ]σ 失去了线性关系。 在解决这类稳定问题时，为了利用第一类稳定求解的方 λ 便性，同时又要考虑上述两方面因素影响对线性稳定求解的 λ 失真度，可以将特征值问题与非线性分析结合起来求解。这 就是第一类稳定的非线性有限元分析方法。基本思路是：用 考虑几何非线性和材料非线性的有限元方法，将荷载逐级施 ，{P}为参考荷载， 0 为期望的最小稳定安全系数， 加到 λ 0 { P } λ 求出结构的几何刚度阵作为 [K 1 ]σ ，在变形后的构形， 由参考 荷载按线性化稳定问题求出后期荷载的屈曲安全系数 λ a，检 验结构在后期屈曲荷载作用下是否出现新的弹塑性单元，如果 出现则作迭代修正重新计算 λ a ，最后较精确的临界荷载为：
第一类稳定：分支点失稳问题 如图12.1(a)所示中心受压的理想直杆。当载荷P低于特 定的临界值Pcr时，如果施加微小干扰使之弯曲，卸去干扰 后杆件仍回到原始直线状态。这时，称压杆的直线平衡形式 是稳定的。以中点挠度f为横坐标，载荷P为纵坐标，如图 12.1(b)所示，则OA上任一点表示一种直线平衡状态。称 OA为原始平衡路径(Primary equilibrium path)。当P超 过Pcr时，压杆可能处于直线平衡状态，也可能处于弯曲平 衡状态。但直线平衡状态是不稳定的，稍有干扰，压杆就失 去平衡而发生弯曲至B点。曲线AB称为第二平衡路径，A点 称为分支点。这种具有分支点的平衡问题称为第一类平衡问 题。分支点A处第二路径的切线是水平的，因此在一阶无穷 小邻域内，挠度为不定值。结构分支点失稳是理想力学模型 和小位移理论的产物。
第6章 大跨度超静定梁桥的理论分析
图 6-7 整体施工形成的恒载弯矩图 （2）悬臂施工形成的成桥状态内力 当按悬臂施工法形成结构时，成桥状态的截面弯矩是通过逐个梁段的悬伸逐步形成的。由于所分 析三跨连续梁的中跨跨径正好是边跨跨径的一倍，因此，可以假想一种最简单的施工工序，即从两个 桥墩墩顶对称悬臂施工直至两边桥台和中跨跨中。采用这种方式形成的成桥状态截面弯矩在整个三跨 连续结构上不会出现正弯矩，而墩顶的负弯矩达到 0.5 ql ，恒载弯矩图如图 6-及对成桥内力影响
桥梁结构在外荷载作用下的结构内力， 按其能否用静力平衡条件直接计算， 总体上可分为静力体
系与超静定体系。在支反力为静定的体系中，一般有简单的静定体系（内外都是静定的体系）和外部 静定内部超静定体系。 对于静定体系，在自平衡的力（力矩）作用下，结构不产生变化的支反力；而对于超静定体系， 在自平衡的力（力矩）外部作用下，结构一般都会产生变化的支反力，这是静定体系与超静定体系在 力学特性上的根本的不同。 桥梁结构的建造是一个复杂漫长的过程，对于大多数的超静定桥梁结构，都将经历从静定的建造 过程开始，到最终形成设计的超静定结构，在这一过程中，将发生体系从静定到超静定的变化过程， 这一过程就称为体系转换。
图 6-2 悬臂施工 （2）逐跨施工
198
逐跨施工（又称连续逐跨施工）是将上部结构按同一方向，借助移动支架或悬吊模架连续一整跨 一整跨地分段施工的方法。分逐跨预制安装施工和逐跨移模现浇施工。有简支变连续、悬臂变连续、 悬吊模架和移动模架等施工方式，如图 6-3 所示。
c）
d）
图 6-3 逐跨施工 a) 简直变连续；b）悬臂变连续；c）悬吊模架；d）移动模架
6.2.3
施工方法对结构受力的影响
大跨度桥梁的分段施工要经历结构体系、约束条件和荷载作用的多种变化过程，其施工过程和成
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图 12.1 中心受压的理想直杆
12.1.3 稳定问题求解方法的评述
研究压杆屈曲稳定问题常用的方法有静力平衡法(Eular 方法)、能量法(Timoshenko方法)、缺陷法和振动法 。
12.1.2两类稳定问题
物体的平衡可能是稳定的、不稳定的或者是随遇的。 物体从一种平衡状态稍微偏至邻近状态之后，如果仍能回 复到原来的状态，则原来的平衡状态为稳定的；如果不能 回复到原来的状态而将继续离去，则原来的平衡状态为不 稳定的；如果可以在任意新的位置上保持平衡，则为随遇 平衡。
以刚性小球在不同曲面上的平衡状态为例，小球在凹面 的最低位置为稳定平衡，在凸面的最高位置为不稳定平衡， 在水平面上为随遇平衡。在一般情况下，平衡的性质可随物 体的偏移方向而异。如小球在双曲抛物面中点，其平衡状态 在一个方向是稳定的，而在其它方向则是不稳定的。在桥梁 结构中，总是要求其保持稳定平衡，也即沿各个方向都是稳 定的。随遇平衡可认为是稳定与不稳定的过渡状态，也属于 不稳定的范畴。
静力平衡法是从平衡状态来研究压杆屈曲特征的，即研 究载荷达到多大时，弹性系统可以发生不同的平衡状态，其 实质是求解弹性系统的平衡路径(曲线)的分支点所对应的载 荷值(临界载荷)。能量法则是求弹性系统的总势能不再是正 定时的载荷值。缺陷法认为：完善而无缺陷的理想中心受压 直杆是不存在的。由于缺陷的影响，杆件开始受力时即产生 弯曲变形，其值要视缺陷程度而定。在一般条件下缺陷总是 很小的，弯曲变形并不显著，只是当荷载接近完善系统的临 界值时，变形才迅速增至很大，由此确定其失稳条件。振动 法以动力学的观点来研究压杆稳定问题。当压杆在给定的压 力下，受到一定的初始扰动之后，必将产生自由振动，如果 振动随时间的增加是收敛的，则压杆是稳定的。
桥梁结构的失稳现象表现为结构的整体失稳或局部 失稳。局部失稳是指部分子结构的失稳或个别构件的失 稳，局部失稳常常导致整个结构体系的失稳。
历史上有过许多因桥梁失稳而造成事故的例子。例 如，俄罗斯的克夫达(K eвдa)敞开式桥，于1875年因上 弦压杆失稳而引起全桥破坏；加拿大的魁北克(Quebec) 桥于1907年在架设过程中由于悬臂端下弦杆的腹版翘曲 而引起严重破坏事故；苏联的莫兹尔(Mозыр)桥，于 1925年试车时由于压杆失稳而发生事故；澳大利亚墨尔 本附近的西门(West Gate)桥，于1970年在架设拼拢整 孔左右两半(截面)钢箱梁时，上翼板在跨中央失稳，导致 112m的整跨倒塌。
第十二章 大跨度桥梁的稳定理论
12.1 概 述 12.2 第一类弹性及弹塑性稳定分析 12.3 拱桥稳定分析和非保向力效应 12.4 材料非线性问题 12.5 桥梁结构的极限承载力及其全 过程分析 12.6 小结
12.1 概述
12.1.1 稳定理论的发展历程
稳定问题是力学中一个重要分支，是桥梁工 程中经常遇到的问题，与强度问题有着同等重要的 意义。随着桥梁跨径的不断增大，桥塔高耸化、箱 梁薄壁化以及高强材料的应用，结构整体和局部的 刚度下降，使得稳定问题显得比以往更为重要。
第二类稳定：极值点失稳问题 一般结构体系并不存在分支点，这样就不能以平衡形式
发生分支现象来定义失稳特征。但是，在结构失稳过程中， 其荷载、变形曲线常具有极值点，如图12.1(b)所示。在OA 段内，结构始终处在弯曲平衡状态，更大可能是出现部分塑 性变形。当荷载达到极大值Pcr时，即使外力不再增加，结 构位移也可能急速增大，结构呈不稳定现象，这就是第二类 稳定：极值点失稳问题。
桥梁失稳事故的发生促进了桥梁稳定理论的发展。早在 1744年，欧拉(L.Eular)就提出了压杆稳定的著名公式。此 后彭加瑞(A.Poincare,1885)明确了稳定概念，并推广到流 体力学的层流稳定问题中，即稳定分支点的概念。恩格塞 (Engesser)和卡门(Karman)等根据大量中长压杆在压曲前已 超出弹性极限的事实，分别提出了切线模量理论和折算模量 理论。普兰特尔和米歇尔几乎同时发表了关于梁侧倾问题的 研究成果。近代桥梁工程中由于采用了薄壁轻型结构，又为 稳定问题提出了一系列新的实际课题。瓦格纳 (H.Wagner,1929)及符拉索夫(В.З.ВЛаCOB,1940)等人关 于薄壁杆件的弯扭失稳理论，证明其临界荷载值大大低于欧 拉理论的临界值，同时又不能用分支点的概念来解释。因而 引入了极值点失稳的观点以及跳跃现象的稳定理论。随着科 学技术的发展，稳定理论与非线性理论的联系越来越密不可 分。研究表明，只有通过对结构几何非线性关系以及材料非 线性本构关系的研究，才能深入揭示复杂稳定问题的实质。
第一类稳定：分支点失稳问题 如图12.1(a)所示中心受压的理想直杆。当载荷P低于特
定的临界值Pcr时，如果施加微小干扰使之弯曲，卸去干扰 后杆件仍回到原始直线状态。这时，称压杆的直线平衡形式 是稳定的。以中点挠度f为横坐标，载荷P为纵坐标，如图 12.1(b)所示，则OA上任一点表示一种直线平衡状态。称 OA为原始平衡路径(Primary equilibrium path)。当P超 过Pcr时，压杆可能处于直线平衡状态，也可能处于弯曲平 衡状态。但直线平衡状态是不稳定的，稍有干扰，压杆就失 去平衡而发生弯曲至B点。曲线AB称为第二平衡路径，A点 称为分支点。这种具有分支点的平衡问题称为第一类平衡问 题。分支点A处第二路径的切线是水平的，因此在一阶无穷 小邻域内，挠度为不定值。结构分支点失稳是理想力学模型 和小位移理论的产物。
结构失稳是指结构在外力增加到某一量值时，稳定性平 衡状态开始丧失，稍有扰动，结构变形迅速增大，使结构失 去正常工作能力的现象。研究稳定可以从小范围内观察，即 在邻近原始状态的微小区域内进行研究。为揭示失稳的真谛， 也可从大范围内进行位移非线性理论的基础上。引出了研究结构稳定 问题的两种形式：