秦顺全院士的ppt-无应力状态法-大跨度桥梁的设计方法.ppt

1、2010年3月，秦顺权跨越了障碍，超越了自己。1.研究背景：现代大跨度桥梁几乎都采用分阶段成型的施工方法。传统的桥梁结构分阶段分析：假定每个施工阶段都是一个成形阶段，内力和位移增量由荷载增量计算，正演计算分阶段累加。对于斜拉桥，成桥恒载状态是预先规定的，要求从成桥状态寻找中间施工过程的倒退分析。(1)特点：恒载作用于不断变化的结构体系，当后续机组安装时，结构变形已经存在！鉴于一次成型的结构，在不同的施工过程中会产生不同的内力和位移，桥梁规模和结构复杂程度增加，因此与过程相关的方法不能完全满足工程的需要：1)施工过程大大增加，过程的发现和控制更加困难；2)工程的“好、快”施工提出了多工序并行作业

2、的要求。 这是传统方法无法实现的，一些中间状态，已完成的桥梁状态，反向拆除信号，总内力和总位移都与过程有关！整体支撑施工(一次性成型)，分段施工，先合拢边跨，再合拢中跨，分段施工，先合拢中跨，再合拢边跨，各种施工方法进入桥梁状态的比较(一)，不同的施工方法和过程，不同的结果，顶推法施工，分阶段施工中的多种体系变化，各种施工方法进入桥梁状态的比较(二)这是什么关系？如果有条件保证无应力时各构件单元的几何参数一致，则不同施工方法和工艺的最终内力和线形完全相同！如何安装封闭装置？它与无应力(应力释放)的元件的几何参数有关！传统钢梁架设方法：控制构件单元的实际几何状态；无应力状态控制法：研究始于198

3、9年，第一篇论文发表于1992年，并于1993年在武汉长江大桥建设中得到应用。到目前为止，已成功应用于国内外30多座大跨度桥梁。2009年国家科技进步二等奖，桥梁构件单元几何尺寸控制的无应力状态控制方法！利用构件单元的无应力状态量，建立桥梁施工过程状态与过程状态、过程状态与最终状态的关系，探索与过程相关的本质！2。无应力状态控制方法的基本原理，无应力状态量：几何参数(主要包括长度、曲率、扭转角等)。)构件单元应力完全释放后，结构分析方法：一次性成型！势能平衡条件：什么？最终状态单元I和j的轴向变形是构件单元的无应力长度。该单元的应变能包括弯曲应变能和轴向应变能，轴向应变能为：特点：与坐标系的选

4、择无关。元素无应力曲率：元素曲率：无应力曲率：也有：元素的几何曲率由元素两端节点的位移来表示：让无应力的元素I和J端的曲率为弯曲应变。任何阶段的总内力和总位移不涉及其他施工阶段，过程是相关的！元素的无应力长度和曲率，本质！总位移不是位移增量，考虑到单元的无应力状态，内力和位移与结构的形成过程无关！首次从理论上解决了过程状态和完成桥状态之间的关系！PN1N2N3，(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、什么？平衡条件！对于初始成形结构，L0=0，分阶段施工的桥梁结构的内力和位移由四个因素唯一确定：外荷载、结构体系、支承边界条件、无应力长度和单元曲率。无应力状态控制方法原理1荷载变化：构件的无应力

5、长度和无应力曲率不变，但无应力状态量是结构本身的固有量。为了改变元件的无应力长度和无应力曲率，必须对元件的“形状”进行实质性的“物理”改变。P1，P1，P1，p2，p2，p2，p2，单位无应力长度的变化：它只对应于单位轴向力的变化。在工程实践中，机组的无应力曲率只能在安装时控制，但以后很难调整。在某些情况下，元件的无应力长度可以调整，例如斜拉桥中的拉索调整。无应力状态控制法原理二：结构单元的内力和位移随着结构的荷载、系统的转换和拉索的张力而变化，拉索的无应力长度只有经过人工调整才会发生变化；当荷载和结构体系不变时，斜拉索无应力长度的变化必须唯一地对应于一个单元索力的变化。不同的施工过程会产生不

6、同的结果，这与过程无关！分阶段控制桥梁建设所有问题都解决了！索力与索力的关系：解决过程中的索力调整问题。3.无应力状态控制法的工程应用(1)预制误差对结构内力和线形影响的估算(2)斜拉桥安装计算(3)施工过程中温度和临时荷载影响的过滤(4)斜拉桥施工中的同步操作(5)钢绞线和斜拉索的架设和张拉(6)主梁预制线形(7)钢梁架设(8)悬索桥架设(9) 京沪高速铁路南京大胜关大桥和京沪高速铁路南京大胜关大桥的工程实践表明，与其他计算参数相比，构件制造长度偏差是产生线形和内力偏差的主要因素。 (1)预制误差对结构内力和线形的影响。反分析方法：状态(6)、状态(5)、状态(4)、状态(3)无应力状态控制

7、方法：以无应力状态为控制参数，可直接求解中间过程状态(3)的内力和位移。(2)斜拉桥安装计算，(6) (5) (4) (3) (2) (1)，优点：节省计算工作量50%以上；强应变能力：当状态(5)(4)改变时，对状态(3)没有影响。计算中间状态下的内力和位移(如过程3):悬索时的张力：索力控制(温度影响问题)、后期调整：索长差(预留量)、混凝土结构的收缩和徐变：变化的是单元的无应力长度和曲率在理论计算中迭代求解，标高和预制形状提前提升，从“理论计算”到“实际操作”？施工过程中的监测、测试和调整：索力和线形测试应在早晨日出前进行，以避免阳光的影响，同时应进行结构温度测试，并调查和记录桥梁上的临

8、时荷载。温度和临时荷载的标准化、设计条件下的索力和线形、下一阶段调整方案的制定、调整方案的实施、温度和临时荷载？(3)施工过程中受温度和临时荷载影响的主梁索力和安装标高为设计温度下的计算值。16.7摄氏度5000千牛顿25.0摄氏度5100千牛顿？4900千牛顿？c？传统做法：浇筑1/2混凝土时，增加一次电缆调整。问题：混凝土浇筑量的估算偏差影响索力的精度；混凝土浇筑中断将导致巨大的施工风险。a)分段混凝土浇筑前状态，b)分段混凝土浇筑1/2状态，c)分段混凝土浇筑完成状态，要求平行作业！(4)斜拉桥施工同步运行，状态(a)-状态(c):索力随荷载变化调整，(a)初始状态，图3，(a)状态：K

9、a=Pa L0a (4) (b)状态：Kb=Pb L0b (5)？(c)状态：Kc=Pc L0c (6)方程(4)-方程(6) K ca PcPa L0c -L0a (7)从等式可以看出解决工程实践中索力变化的交叉影响和荷载变化对索力的影响问题。(b)过程状态，(c)最终状态，斜拉桥的拉索调整可与吊车、挂篮移动模板安装、钢筋绑扎桥面施工等并行操作。(5)钢绞线斜拉索的张力。理论计算的索力是整个索力。钢绞线斜拉索由多根单斜钢绞线组成。施工中如何确定单根钢绞线的张力？“等张力法”，如何确定第一根钢绞线的拉力？缩短锚头长度，无应力状态法：整个锚索的无应力长度，当无应力长度相等时，单根钢绞线的拉力应为

10、拉力；(6)主梁预制线形，根据无应力状态法的基本原理、为已完成节段的长度和曲率，则节段的无应力长度和曲率为：主梁节段预制线形应为已完成节段的无应力形状。当单元在分段预制时平放时，解决方法是：当完工线型为一组曲线时：当完工线型为预制拱度的一系列离散高程值时，分段曲率需要通过样条插值计算。边界条件？传统的钢桁架梁是封闭的，钢桁架构件通过顶梁安装。合拢前合拢变形的放大图，第一次调整后合拢变形的放大图，合拢前大胜关大桥的立面图，(572，2980)，(572，2980)，(563，2980)，(563，2980)，(563，2980)，根据平衡方程，只要杆件的制造长度正确，即使选择强制合拢措施，也能保证桥梁的完成状态。(7)钢梁架设时如何保证成桥内力！成桥后的内力能否通过一次成型和分段成型来实现？(8)悬索桥的架设，问题：空缆下