秦顺全院士的ppt 无应力状态法 大跨度桥梁的设计方法

中跨中挠度 －18.2 －35.2 12.8 －18.2
12 ×3m
－1933.06 －3074.64 －3518.58 －1933.06
2m
7 6 5
8×3m
4 3 2 1 0 0 1 2 3
4
5
6
7
8
9
10 11
中孔合龙段
36m 0 1
50m 2
36m 3
不完全与施工形成过程有关！ 与什么有关？
1
2
3
5
6
7
∆l = u j − ui + l − l0
轴向应变能: 轴向应变能:
200 200 200
200 200 200
l0 为构件单元的无应力长度。 为构件单元的无应力长度。
2 EA EA 2 u j − ui + (l − l0 ) U 轴向＝ ⋅ ∆l = 2l 2l
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4 5 6 7 8 9 10 11
中孔合龙段
36m 0 1
50m 2
36m 3
一次成形） 整体支架施工 （一次成形）
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节段施工，先合龙边跨， 节段施工，先合龙边跨，再合龙中跨
√
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单元的应变能包括弯曲应变能和轴向应变能 最终状态单元i,j的轴向变形： 最终状态单元i,j的轴向变形： i,j的轴向变形
1 2 3 5 6 7
200 200 200
200 200 200
F1 = ∆F1
δ 2 = δ1 + ∆δ 2
F2 = F1 + ∆F2
δ 3 = δ 2 + ∆δ 3
F3 = F2 + ∆F3
?
[ K 2 ]{δ 2 } = { N1 + N 2 }
[ K 3 ]{δ 3 } = { N1 + N 2 + N 3 } ?
势能平衡条件： 势能平衡条件：
δΠ = 0
( ∆K +
− ∆Ki ) l
⋅x
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弯曲应变能： 弯曲应变能：
EI l EIl 2 U 弯曲＝ ∫ ∆K ( x )dx＝ ( ∆ K i 2 + ∆K i ∆K j + ∆K j 2 ) 2 0 6
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传统的钢梁架设方法： 传统的钢梁架设方法：
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控制构件单元的 实际几何状态
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单元怎样安装
12 × 3m
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
合龙单元怎样安装？ 合龙单元怎样安装？
8 ×3 m
1 2 3 4 5 6 7
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2m
7 6 5
8 ×3 m
跨越天堑 超越自我
分阶段成形结构无应力状态法
秦顺全
2010年 2010年3月
1、研究背景
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现代的大跨度桥梁几乎均采用分阶段成形的施工方法。 现代的大跨度桥梁几乎均采用分阶段成形的施工方法。
结构的分析方法： 结构的分析方法：
[ K ]{δ } = { P }
针对一次成形 ！
1
2
3
5
6
7
N3 N2 N1
N1 N2 N3
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3 N1
5 N1
2 3 N2 N1
5 6 N1 N2
控制桥梁构件单元的几何尺寸＝ 控制桥梁构件单元的几何尺寸＝无应力状态控制法 ! ？
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2、无应力状态控制法基本原理
无应力状态量： 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） （主要包括：长度、曲率,扭转角等）
1 2 3 N2 N1
5 6 7 N1 N2
1 2 3 N3 N2 N1
5 6 7 N1 N2 N3
1 2 3 N3 N2 N1
5 6 7 N1 N2 N3
[ K1 ]{∆δ1} = { N1}
[ K 2 ]{∆δ 2 } = { N 2 }
[ K 3 ]{∆δ 3 } = { N 3 }
δ1 = ∆δ1
施工“过程”大量增加，寻找和控制 过程” 控制“ 1）施工“过程”大量增加，寻找和控制“过程”难度加大 工程的“又好又快”建设，提出了多工序并行作业的要求， 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！ 1989年开始研究新的方法，探求“与过程相关”的实质！ 年开始研究新的方法
施工方法 整体支架施工 节段施工，边跨先合龙 节段施工，中跨先合龙 顶推施工
12 × 3m
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2
边跨中弯矩 中支点弯矩 795.65 446.34 335.36 795.65
8×3m
3 4 5 6 7
中跨中弯矩 1186.94 45.36 －398.58 1186.94
12 ×3m
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2
8× 3m
3 4 5 6 7
2m
7 6 5
8× 3m
4 3 2 1 0 0 1 2 3
12× 3m
4 5 6 7 8 9 10 11
中孔合龙段
36m 0 1
50m 2
36m 3
各种施工方法成桥状态对比（ 各种施工方法成桥状态对比（I）
i
Y
j( u v θ )
j j j
i(u v θ )
i i i
EI
无应力曲率：
K
K
i 0
l
j
X
= K
j
i
−
j
M i EI
− M E I
j
特点： 特点：与坐标系的选择无关
0
= K
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K ( x ) = Ki
(K +
j
− Ki ) l
⋅x
用单元两端节点的位移来表示单元几何曲率： 用单元两端节点的位移来表示单元几何曲率：
Ki =
2 3v j − 3vi − 2lθ i − lθ j ) 2 ( l
Kj =
Ki 0和K j 0
2 3vi − 3v j + lθ i + 2lθ j ) 2 ( l
设单元i,j端无应力时的曲率为 设单元i,j端无应力时的曲率为 i,j
∆K i =
2 3v j − 3vi − 2lθi − lθ j ) − K i 0 2 ( l
同样有： 同样有：
2 ∆K j = 2 ( 3vi − 3v j + lθi + 2lθ j ) − K j 0 l
j
∆K ( x ) = ∆K i
（1）
针对一次 成形结构
N N N N N N
传统的分阶段施工桥梁结构分析: 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 假定每个施工阶段是一次成形，用荷载的增量计算 增量 内力和位移的增量， 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， 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 成桥状态去寻找中间施工过程 去寻找 倒退分析
施工方法 整体支架施工 节段施工，边跨先合龙 节段施工，中跨先合龙 边跨中弯矩 795.65 446.34 335.36 中支点弯矩 －1933.06 －3074.64 －3518.58 中跨中弯矩 1186.94 45.36 －398.58 中跨中挠度 －18.2 －35.2 12.8
不同的施工方法和过程， 不同的施工方法和过程，结果不同
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倒拆示意
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
总内力和总位移与过程相关！ 总内力和总位移与过程相关！
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” 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： 全适应工程的需要：