分階段成形結(jié)構(gòu)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法PPT課件

1、分階段成形結(jié)構(gòu)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法秦順全2010年3月跨越天塹 超越自我1、研究背景 現(xiàn)代的大跨度橋梁幾乎均采用分階段成形的施工方法。 傳統(tǒng)的分階段施工橋梁結(jié)構(gòu)分析: 假定每個(gè)施工階段是一次成形，用荷載的增量計(jì)算內(nèi)力和位移的增量，逐階段累加 正裝計(jì)算 對(duì)于斜拉橋，成橋恒載狀態(tài)是預(yù)先指定的，要求由成橋狀態(tài)去尋找中間施工過(guò)程 倒退分析 （1）特點(diǎn)：恒載施加在不斷變化的結(jié)構(gòu)體系上， 后續(xù)單元安裝時(shí)，結(jié)構(gòu)上已有變形存在！針對(duì)一次成形結(jié)構(gòu)增量累加 不同的施工過(guò)程產(chǎn)生不同的內(nèi)力和位移 橋梁規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加， “與過(guò)程相關(guān)”方法不完全適應(yīng)工程的需要： 1）施工“過(guò)程”大量增加，尋找和控制“過(guò)程”難度加大 2）

2、工程的“又好又快”建設(shè)，提出了多工序并行作業(yè)的要求，傳統(tǒng) 方法無(wú)法實(shí)現(xiàn) 1989年開始研究新的方法，探求“與過(guò)程相關(guān)”的實(shí)質(zhì)！若干中間狀態(tài)成橋狀態(tài)倒拆示意總內(nèi)力和總位移與過(guò)程相關(guān)！整體支架施工 （一次成形）節(jié)段施工，先合龍邊跨，再合龍中跨 節(jié)段施工，先合龍中跨，再合龍邊跨各種施工方法成橋狀態(tài)對(duì)比（I）施工方法邊跨中彎矩中支點(diǎn)彎矩中跨中彎矩中跨中撓度整體支架施工795.651933.061186.9418.2節(jié)段施工，邊跨先合龍446.343074.6445.3635.2節(jié)段施工，中跨先合龍335.363518.58398.58 12.8不同的施工方法和過(guò)程，結(jié)果不同頂推法施工分階段施工 多次體

3、系轉(zhuǎn)換各種施工方法成橋狀態(tài)對(duì)比（II）施工方法邊跨中彎矩中支點(diǎn)彎矩中跨中彎矩中跨中撓度整體支架施工795.651933.061186.9418.2節(jié)段施工，邊跨先合龍446.343074.6445.3635.2節(jié)段施工，中跨先合龍335.363518.58398.58 12.8頂推施工795.651933.061186.9418.2不完全與施工形成過(guò)程有關(guān)！與什么有關(guān)？ 如果有條件保證每個(gè)構(gòu)件單元無(wú)應(yīng)力時(shí)的幾何參數(shù)一致，則不同的施工方法和過(guò)程最終的內(nèi)力和線形完全相同！單元怎樣安裝 合龍單元怎樣安裝？與構(gòu)件單元無(wú)應(yīng)力（應(yīng)力釋放）時(shí)的幾何參數(shù)有關(guān)！傳統(tǒng)的鋼梁架設(shè)方法：控制構(gòu)件單元的實(shí)際幾何狀態(tài)無(wú)應(yīng)

4、力狀態(tài)控制法： 1989年開始研究,1992年公開發(fā)表了第一篇論文，1993年在武漢長(zhǎng)江二橋施工中應(yīng)用,至目前已在國(guó)內(nèi)外30余座大跨度橋上成功應(yīng)用。 2009年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)控制橋梁構(gòu)件單元的幾何尺寸無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法 ! ？用構(gòu)件單元的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量建立起橋梁建造中的過(guò)程狀態(tài)與過(guò)程狀態(tài)之間，過(guò)程狀態(tài)和最終狀態(tài)的聯(lián)系？ 探求與過(guò)程相關(guān)的實(shí)質(zhì)！2、無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法基本原理無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量： 構(gòu)件單元應(yīng)力完全釋放后的幾何參數(shù) （主要包括：長(zhǎng)度、曲率,扭轉(zhuǎn)角等） 結(jié)構(gòu)的分析方法：針對(duì)一次成形 ！123567N3N2N1N1N2N3123567N3N2N1N1N2N3123567N2N1N1N22356

5、N2N1N1N235N1N1勢(shì)能平衡條件：?最終狀態(tài)單元i,j的軸向變形：為構(gòu)件單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度。 單元的應(yīng)變能包括彎曲應(yīng)變能和軸向應(yīng)變能軸向應(yīng)變能:特點(diǎn)：與坐標(biāo)系的選擇無(wú)關(guān)單元無(wú)應(yīng)力曲率：?jiǎn)卧剩簾o(wú)應(yīng)力曲率：同樣有： 用單元兩端節(jié)點(diǎn)的位移來(lái)表示單元幾何曲率： 設(shè)單元i,j端無(wú)應(yīng)力時(shí)的曲率為 彎曲應(yīng)變能：分階段成形結(jié)構(gòu)新的平衡方程：D 廣義荷載L0確定與過(guò)程無(wú)關(guān)！任意階段的總內(nèi)力和總位移并不涉及其它施工階段過(guò)程相關(guān)！單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率實(shí)質(zhì)！ 總位移非位移增量 考慮單元的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量，內(nèi)力和位移與結(jié)構(gòu)成形過(guò)程無(wú)關(guān)！ 首次從理論上解決了過(guò)程狀態(tài)與成橋狀態(tài)之間的關(guān)系問(wèn)題！ PN1N2N3123

6、567N3N2N1N1N2N3123567N3N2N1N1N2N3123567N2N1N1N22356N2N1N1N235N1N1(1)(2)(3)(4)(5)?平衡條件！ 一次成形結(jié)構(gòu) L0=0分階段施工的橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移由四個(gè)因素唯一確定：外荷載 、結(jié)構(gòu)體系 、支承邊界條件、單元無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法原理一： 一定的外荷載、結(jié)構(gòu)體系、支承邊界條件、單元的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量組成的結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移是唯一的，與結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程無(wú)關(guān)。荷載變化： 單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和無(wú)應(yīng)力曲率不變荷載變化：P1P2無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量是結(jié)構(gòu)本身的一個(gè)固有量要改變單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和無(wú)應(yīng)力曲率必須對(duì)構(gòu)件單元的“

7、外形”有實(shí)質(zhì)的“物理”改變。P1P1P1P1P2P2P2P2單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度改變： 唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)單元軸力的變化 工程實(shí)際中，單元的無(wú)應(yīng)力曲率只有在安裝時(shí)控制，后期難以調(diào)整。單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度有些情況下可以在過(guò)程中調(diào)整，如斜拉橋中的調(diào)索。無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法原理二： 結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)力和位移隨著結(jié)構(gòu)的加載、體 系轉(zhuǎn)換和斜拉索的張拉而變化，斜拉索的無(wú)應(yīng) 力長(zhǎng)度只有人為地調(diào)整才會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)荷載 和結(jié)構(gòu)體系一定時(shí)，斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的變化 必然唯一地對(duì)應(yīng)一個(gè)單元索力的變化。不同的施工過(guò)程產(chǎn)生不同的與過(guò)程無(wú)關(guān)！控制好 分階段施工橋梁所有問(wèn)題都迎刃而解了！索力與索力的關(guān)系： 解決過(guò)程中調(diào)索的問(wèn)題。3、無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制

8、法的工程應(yīng)用 （1）預(yù)制制造誤差對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的影響估計(jì) （2）斜拉橋安裝計(jì)算 （3）施工過(guò)程溫度與臨時(shí)荷載影響的過(guò)濾 （4）斜拉橋施工中的同步作業(yè)問(wèn)題 （5）鋼絞線斜拉索的掛設(shè)張拉 （6）主梁預(yù)制線形 （7）鋼梁架設(shè) （8）懸索橋架設(shè) （9）結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別和狀態(tài)調(diào)整 在工程實(shí)踐中，利用平衡方程，可以分析單元無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量偏差對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的影響。京滬高速南京大勝關(guān)大橋 京滬高速鐵路南京大勝關(guān)大橋的實(shí)踐表明，與其他計(jì)算參數(shù)相比，構(gòu)件制造長(zhǎng)度偏差是產(chǎn)生線形和內(nèi)力偏差的主要因素。 （1）預(yù)制制造誤差對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的影響 倒退分析法：狀態(tài)（6）狀態(tài)（5）狀態(tài)（4）狀態(tài)（3） 無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法

9、：用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)量作為控制參數(shù)，直接求解 中間過(guò)程狀態(tài)（3）的內(nèi)力和位移。 （2)斜拉橋安裝計(jì)算（6） （5） （4） （3） （2） （1） 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約計(jì)算工作量50%以上；應(yīng)變能力強(qiáng)： 狀態(tài)（5)（4）有變化時(shí)，對(duì)狀態(tài)（3）無(wú)影響。要計(jì)算中間狀態(tài)內(nèi)力和位移（如過(guò)程 3 ）：123567N3N2N1N1N2N3123567N3N2N1N1N2N3123567N2N1N1N22356N2N1N1N235N1N1斜拉索掛設(shè)時(shí)的張拉：索力控制（溫度影響問(wèn)題） 后期調(diào)整：索長(zhǎng)差（撥出量）混凝土結(jié)構(gòu)收縮徐變：改變的是單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率 理論計(jì)算時(shí)迭代解決 閉合問(wèn)題，預(yù)抬標(biāo)高與預(yù)制外形 “理論計(jì)算”到

10、 “實(shí)際操作”?施工階段監(jiān)控測(cè)試與調(diào)整：索力、線形測(cè)試 在凌晨日出前進(jìn)行，避免日照的影響，同步測(cè)試結(jié)構(gòu)溫度和調(diào)查記錄橋上臨時(shí)荷載。溫度和臨時(shí)荷載標(biāo)準(zhǔn)化處理設(shè)計(jì)條件下的索力、線形下階段調(diào)整方案制定調(diào)整方案的實(shí)施溫度、臨時(shí)荷載？（3）施工過(guò)程溫度與臨時(shí)荷載影響的過(guò)濾 斜拉索索力和主梁的安裝高程是在設(shè)計(jì)溫度條件下的計(jì)算值。16.7 C 5000kN25.0 C 5100kN ? 4900kN ? ？ C ？傳統(tǒng)做法：澆筑1/2混凝土?xí)r增加一次調(diào)索。問(wèn) 題：混凝土澆筑數(shù)量估計(jì)偏差影響索力精度； 中斷混凝土澆筑，施工風(fēng)險(xiǎn)大。 a）節(jié)段混凝土澆筑前狀態(tài) b）節(jié)段混凝土澆筑1/2狀態(tài)c）節(jié)段混凝土澆筑完成狀

11、態(tài)并行作業(yè)的要求！(4)斜拉橋施工中的同步作業(yè)問(wèn)題狀態(tài)(a)-狀態(tài)(c):荷載變化索力調(diào)整(a)初狀態(tài)圖3 (a)狀態(tài)： Ka=Pa+L0a (4) (b)狀態(tài)： Kb=Pb+L0b (5) ? (c)狀態(tài)： Kc=Pc+L0c (6)式(4)-式(6) K ca PcPa + L0c -L0a (7)由式(7)可以看出： 不論經(jīng)歷如何的過(guò)程狀態(tài)(b) ，只要 PcPa 、L0c -L0a 確定，最終狀態(tài)(c)的內(nèi)力和位移都是唯一的。 解決工程實(shí)際中索力變化交叉影響，荷載變動(dòng)影響索力等問(wèn)題！(b)過(guò)程狀態(tài)(c) 終狀態(tài)斜拉橋調(diào)索可與吊機(jī)、掛籃移動(dòng) 模板安裝 鋼筋綁扎 橋面二恒施工等并行作業(yè)！多

12、根拉索索力調(diào)整(5)鋼絞線斜拉索的掛設(shè)張拉理論計(jì)算的斜拉索索力是整根索力鋼絞線斜拉索是由若干單根掛設(shè)的鋼絞線組成施工中怎樣確定單根鋼絞線的張拉力？“等張力法” 首根鋼絞線張拉力怎樣確定？縮短錨頭長(zhǎng)度無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法：整索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度單根鋼絞線的張拉力應(yīng)是其無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度等于時(shí)的張拉力（6）主梁預(yù)制線形依據(jù)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法的基本原理，是成橋狀態(tài)節(jié)段的長(zhǎng)度和曲率則節(jié)段的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率為：主梁節(jié)段的預(yù)制線形應(yīng)是該節(jié)段成橋狀態(tài)的無(wú)應(yīng)力外形。節(jié)段預(yù)制時(shí)單元平放： 解得： 成橋線型是設(shè)定曲線時(shí)：成橋線型是預(yù)制拱度的一系列離散的高程數(shù)值時(shí)：節(jié)段曲率需用樣條插值的方法來(lái)推算。邊界條件?常規(guī)的鋼桁梁合攏，采用頂落梁的措施實(shí)現(xiàn)鋼桁桿件的安裝。合龍前龍口變形放大示意首次調(diào)整后龍口變形放大示意大勝關(guān)大橋合攏前立面圖（572，2980）（572，2980）（563，2980）（563，2980）依據(jù)平衡方程，只要桿件的制造長(zhǎng)度正確，即使選擇強(qiáng)迫合攏措施同樣可以保證成橋狀態(tài)的內(nèi)力和線形。（7） 鋼梁架設(shè)怎樣保證