秦顺全院士的ppt-无应力状态法-大跨度桥梁的设计方法

分阶段成形结构无应力状态法秦顺全2010年3月跨越天堑超越自我中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD1、研究背景现代的大跨度桥梁几乎均采用分阶段成形的施工方法。中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD传统的分阶段施工桥梁结构分析:假定每个施工阶段是一次成形，用荷载的增量计算内力和位移的增量，逐阶段累加正装计算对于斜拉桥，成桥恒载状态是预先指定的，要求由成桥状态去寻找中间施工过程倒退分析KP（1）特点：恒载施加在不断变化的结构体系上，后续单元安装时，结构上已有变形存在！NNNNNN针对一次成形结构中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD增量累加不同的施工过程产生不同的内力和位移桥梁规模和结构复杂程度增加，“与过程相关”方法不完全适应工程的需要：1）施工“过程”大量增加，寻找和控制“过程”难度加大2）工程的“又好又快”建设，提出了多工序并行作业的要求，传统方法无法实现1989年开始研究新的方法，探求“与过程相关”的实质！若干中间状态成桥状态倒拆示意NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN总内力和总位移与过程相关！中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD整体支架施工（一次成形）12×3m12×3m8×3m8×3m中孔合龙段2m36m50m36m012311012345678910012345671101234567891001234567中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD节段施工，先合龙边跨，再合龙中跨中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD节段施工，先合龙中跨，再合龙边跨中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD12×3m12×3m8×3m8×3m中孔合龙段2m36m50m36m012311012345678910012345671101234567891001234567各种施工方法成桥状态对比（I）施工方法边跨中弯矩中支点弯矩中跨中弯矩中跨中挠度整体支架施工795.65－1933.061186.94－18.2节段施工，边跨先合龙446.34－3074.6445.36－35.2节段施工，中跨先合龙335.36－3518.58－398.5812.8不同的施工方法和过程，结果不同中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD顶推法施工分阶段施工多次体系转换中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD12×3m12×3m8×3m8×3m中孔合龙段2m36m50m36m012311012345678910012345671101234567891001234567各种施工方法成桥状态对比（II）施工方法边跨中弯矩中支点弯矩中跨中弯矩中跨中挠度整体支架施工795.65－1933.061186.94－18.2节段施工，边跨先合龙446.34－3074.6445.36－35.2节段施工，中跨先合龙335.36－3518.58－398.5812.8顶推施工795.65－1933.061186.94－18.2不完全与施工形成过程有关！与什么有关？中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD如果有条件保证每个构件单元无应力时的几何参数一致，则不同的施工方法和过程最终的内力和线形完全相同！单元怎样安装合龙单元怎样安装？与构件单元无应力（应力释放）时的几何参数有关！12×3m12×3m8×3m8×3m中孔合龙段2m36m50m36m012311012345678910012345671101234567891001234567中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD传统的钢梁架设方法：控制构件单元的实际几何状态中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD无应力状态控制法：1989年开始研究,1992年公开发表了第一篇论文，1993年在武汉长江二桥施工中应用,至目前已在国内外30余座大跨度桥上成功应用。2009年度国家科技进步二等奖控制桥梁构件单元的几何尺寸＝无应力状态控制法!？用构件单元的无应力状态量建立起桥梁建造中的过程状态与过程状态之间，过程状态和最终状态的联系？探求与过程相关的实质！中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD2、无应力状态控制法基本原理567321N3N2N1N3N2N1无应力状态量：构件单元应力完全释放后的几何参数（主要包括：长度、曲率,扭转角等）KP结构的分析方法：针对一次成形！中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD123567N3N2N1N1N2N3123567N3N2N1N1N2N3123567N2N1N1N22356N2N1N1N235N1N11111111[]KNFF222212212[]KNFFF333323323[]KNFFF0势能平衡条件：√2212[]KNN33123[]KNNN??中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD最终状态单元i,j的轴向变形：0jiluull0l2EA2Ull轴向＝20()2jiEAuulll为构件单元的无应力长度。单元的应变能包括弯曲应变能和轴向应变能轴向应变能:567321200200200200200200567321200200200200200200中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTDuiiYvilijEIX()θiujjvj()θj特点：与坐标系的选择无关单元无应力曲率：22332ijiijKvvlll22332jijijKvvlll单元曲率：无应力曲率：有应力曲率：22(332)ijiijKvvlllqq=---21(6624)jijijKvvlllqq=-++无应力曲率：0iiiMKKEI0jjjMKKEI中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTDjiiKKKxKxljiiKKKxKxl同样有：用单元两端节点的位移来表示单元几何曲率：22332ijiijKvvlll22332jijijKvvlll00ijKK和022332ijiijiKvvllKl022332jijijjKvvllKl设单元i,j端无应力时的曲率为中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD弯曲应变能：2220EI26liijjEIlUKxdxKKKK弯曲＝＝0中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD分阶段成形结构新的平衡方程：0KPL000000000000000ijijiijijjEAEIllcKKsllEAEIllsKKcllKEILEAEIllcKKsllEAEIllsKKcllKEID＝2222332332222233233222121261212612126121266646EAEIEAEIEIEAEIEAEIEIcscsscscssllllllllllEAEIEAEIEIEAEIEAEIEIcsscccssccllllllllllEIEIEIsclll222222332332222233233262121261212612126121266EIEIEIsclllEAEIEAEIEIEAEIEAEIEIcscsscscssllllllllllEAEIEAEIEIEAEIEAEIEIcsscccssccllllllllll222262664EIEIEIEIEIEIscscllllll中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD0KPL广义荷载L0确定与过程无关！任意阶段的总内力和总位移并不涉及其它施工阶段过程相关！单元的无应力长度和曲率实质！总位移非位移增量考虑单元的无应力状态量，内力和位移与结构成形过程无关！首次从理论上解决了过程状态与成桥状态之间的关系问题！567321N3N2N1N3N2N1P＝N1＋N2＋N3中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD123567N3N2N1N1N2N3123567N3N2N1N1N2N3123567N2N1N1N22356N2N1N1N235N1N1(1)(2)(3)(4)(5)2212[]KNN33123[]KNNN??221202[]KNNL3313320[]KNNLN√√平衡条件！一次成形结构L0=0中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD0KPL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、单元无应力长度和曲率无应力状态控制法原理一：一定的外荷载、结构体系、支承边界条件、单元的无应力状态量组成的结构，其对应的结构内力和位移是唯一的，与结构的形成过程无关。中铁大桥局集团有限公司CHINAZHONGTIEMAJORBRIDGEENGINEERINGGROUPCO..LTD1011KPL2022KPL荷载变化：单元的无应力长度和无应力曲率不变荷载变化：P1P212010201020102120KPPLLLLLL1212KPP无应力状态量是结构本身的一个固有量要改变单元的无应力长度和无应力曲率必须对构件单元的“外形”有实质的“物理”改变。P1P1P1P1P2P2P2P2中铁大桥局集团有限公司CHINAZHON