无应力状态控制法100页PPT
斜拉桥安装的无应力状态控制法-秦顺全
斜拉桥安装的无应力状态控制法中铁大桥局集团有限公司 秦顺全摘要：针对斜拉桥的结构特点和施工安装阶段主要面临的问题，以结构单元的无应力状态量作为控制主线，对成桥目标进行自动逼近，实现安装阶段多工序同步作业。
经模型试验和数座大跨度斜拉桥的施工实践证明了该方法的有效性和可靠性。
一、概述为减少斜拉桥成桥状态的恒载应力和徐变二次力的影响，国内外已修建和拟修建中的大跨度混凝土斜拉桥大多采用刚性支承连续梁作为加劲梁的成桥状态，通过施工过程中的索力调整，使斜拉桥在全部恒载完成后，加劲梁的主要力学量（挠度，弯矩）达到或接近以索在梁上的锚点为刚性支承的连续梁状态，同时主塔也处于较理想的应力状态和位移状态。
但是，斜拉桥的施工过程在很大程度上影响了成桥后结构的内力和线型，收缩徐变的发生更增加了问题的复杂性，怎样确定和控制斜拉桥各施工阶段的索力张拉值和加劲梁的安装标高，并在斜拉索调整次数较少的条件下达到结构成桥要求的内力和线型是斜拉桥安装计算和施工控制的主要工作。
倒拆分析法是目前斜拉桥安装计算广泛采用的一种方法。
倒拆分析是以结构的成桥状态作为计算分析的起点，按架设顺序的倒序逐步拆去构件单元和荷载，计算相应阶段索力和主梁安装位置，倒拆完成后又按架设顺序进行正安装计算。
倒拆分析法重点关注的是斜拉桥的外荷载，结构内力和变形三个量。
结构分析过程中如果结构体系或外荷载发生变化时，结构内力和变型也随之发生改变。
结构内力和变型两个控制量与结构体系、荷载、加载历程紧密相关，前后相互影响。
斜拉桥实际架设过程中，由于计划变更，桥上施工临时荷载变化或结构有超限的残存误差等方面的原因。
施工过程很难完全按照既定的方案实施，需要随时作出调整。
现有的方法对这样的调整适应性较差。
结构的无应力状态量是一个稳定的控制量。
斜拉桥梁、塔结构单元的无应力长度和无应力曲率只有在结构单元安装时调整和设定，斜拉索的无应力长度只有通过张拉才能改变，结构单元的无应力状态不会随结构体系和结构外荷载的变化而变化。
第八章应力应变状态分析ppt课件
+tx
sin
2
+ + x + y 常量 2
2)t
-t
+
2
2.主应力
t
x x
+
2
-
2
y y
+
x
-
2
y
cos
2
-t
x
sin 2 +t x cos 2
sin
2
和t 都是的函数。利用上式便可确定正应力和
剪应力的极值
d d
-2
x
2
y
sin 2
+
t
x
cos 2
若
x - y
P
A B C D E
A
B
C
D
E
二.基本概念
主平面 剪应力为零的平面 主应力：主平面上的正应力 主方向： 主平面的法线方向
可以证明：通过受力构件内的任一点，一定存在三个 互相垂直的主平面。 三个主应力用σ1、 σ2 、 σ3 表示，按代数值大小 顺序排列，即 σ1 ≥ σ2 ≥ σ3
应力状态的分类：
由
t
x x
+ y
2
- y
2
+
x
-
2
y
cos
2
-t
x
sin 2 +t x cos 2
sin
2
用完全相似的方法可确定剪应力的极值
dt d
( x - y ) cos2 - 2t x sin 2
若
1时，能使
dt d
0
( x - y ) cos21 - 2t x sin 21 0
《应力状态分析》课件
意义
揭示了物体在受力状态下 内部应力的分布规律，为 分析强度、刚度和稳定性 问题提供依据。
空间应力状态的分类
单向应力状态
物体只承受单向正应力作 用，即一维应力状态。
二向应力状态
物体承受两个正交方向的 正应力作用，即平面应力 状态。
三向应力状态
物体承受三个正交方向的 的正应力作用，即空间应 力状态。
02 平面应力状态分析
平面应力状态的概念
平面应力状态
在二维平面上，各应力分量均平行于平面，且均沿z轴方向变化的 应力状态。
平面应力状态的特点
各应力分量均平行于平面，且均沿z轴方向变化。
平面应力状态的应用
在工程中，许多问题可以简化为平面应力状态进行分析，如薄板、 薄壳等结构的应力分析。
平面应力状态的分类
数值法
通过有限元、有限差分等方法求解平面应力状态 的应力和应变。
3
实验法
通过实验测试和测量平面应力状态的应力和应变 。
03 空间应力状态分析
空间应力状态的概念
01
02
03
空间应状态
描述物体内部各点应力矢 量在空间位置和方向上的 分布情况。
定义
空间中任意一点处的应力 状态由三个正交的主应力 及相应的主方向组成。
将物体离散化为有限个小的单元，对 每个单元进行受力分析，再通过单元 的集合得到整体的平衡方程，求解得 到各点的应力分量。适用于复杂几何 形状和边界条件的物体。
通过实验测试得到物体的应力应变关 系，从而反推出物体的应力状态。适 用于无法通过理论分析求解的复杂问 题。
05 应变与应力的关系
应变的概念
复杂应力状态的分类
按主应力大小分类
分为三向主应力状态和二向主应力状态。
01第7章-应力状态和强度理论0329页PPT
4）材料破坏的形式 常温、静载时材料的破坏形式大致可分为：
• 脆性断裂型： 例如： 铸铁：拉伸、扭转等； 低碳钢：三向拉应力状态。
• 塑性屈服型： 例如： 低碳钢：拉伸、扭转等； 铸铁：三向压缩应力状态。
可见：材料破坏的形式不仅与材料有关，还与 应力状态有关。
5）强度理论
根据一些实验资料，针对上述两种破坏形式， 分别针对它们发生破坏的原因提出假说，并认为不 论材料处于何种应力状态，某种类型的破坏都是由 同一因素引起，此即为强度理论。
解：图示纯剪应力状态的主应力为：
1 2 0 3
当 =s时材料发生屈服，因此有：
1 s 2 0 3 s
由第三强度理论，有：
r3132s
而当材料拉压屈服时有：
s
即， r3 s
由此可得： s 0.5s []0.5[]
利用第四强度理论，有：
纯剪： r4 1 2122232132
3s
单拉： r4 3s s 由此可得： s 13s 0.577s
F
F
maxnjx
s
n
然而，其屈服是由于
max引起的，对图示单向
max
应力状态，有：
依照切应力强度条件，有：
max
max
2
max2maxns
可见， jx s 与
相当(等效)。
jx
jx
2
s
s
2
3）复杂应力状
态
对图示平面应力状态，不能分别用
x
x
max[]
max[]
来建立，因为与之间会相互影响。
研究复杂应力状态下材料破坏的原因，根据一 定的假设来确定破坏条件，从而建立强度条件，这 就是强度理论的研究内容。
第8章应力状态分析和强度理论-文本资料PPT课件
xx 2 2yysi2n x 2yxcycoo22 s sxysi2n
4.最大切应力的方位
令 d d 2 [x 2 yc2 o sxs y2 i n ] 0
tan21
x y 2xy
11 90
1 和 1+90°确定两个互相垂直的平面,
一个是最大切应力所在的平面，另一个是最
小切应力所在的平面。
4.最大切应力
将1和 1+90°代入公式
x
y
2
sin2xyco2s
得到max和min m ma i nx(x 2y)2x 2y
比较
tan20
2xy x y
和
tan21
x y 2xy
可见
tan20
1
tan21
2120π 2, 10π 4
8-3 二向应力状态分析-解析法
例题1：一点处的平面应力状态如图所示。
1 2(xy)si2 nxy co 2s
8-3 二向应力状态分析-解析法
2.正负号规则
x
y
yx
正应力：拉为正；压为负
xy
x
切应力：使微元顺时针方 向转动为正；反之为负。
x
α
a
y
n
a
x y yx y t x
α角：由x 轴正向逆时针
转到斜截面外法线时为正； 反之为负。
3. 正应力极值和方向
简明材料力学
刘鸿文主编(第2版)
第8章 应力状态分析和强度理论 8.1 应力状态的概述
8.3 二向应力状态分析 8.4 二向应力状态的应力圆 8.5 三向应力状态 8.6 广义胡克定律 8.9 四种常用强度理论
8.1 应力状态的概念
分阶段施工桥梁的无应力状态控制方法
第１ ２ 期
交
通
标
准
化
Ｖ０ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． １ ２
２ ０ １ ４ 年６ 月
Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
１ ｕ ｎ ．２ ０ １ ４
分 阶段施工桥 梁 的无应 力状 态控 制方法
ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ａ — ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ； ｕ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ； ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ； ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ａ ｙ ｅ ｄ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ
桥梁施工控制-无应力状态法理论与实践.doc
桥梁施工控制:无应力状态法理论与实践-txt免费下载|在线阅读|全集|电子书基本信息·出版社：人民交通·页码：197页·出版日期：2007年02月·ISBN：7114063881·条形码：9787114063886·版本：第1版·装帧：平装·开本：0开PagesPerSheet·正文语种：中文内容简介本书从分阶段施工的桥梁结构入手，通过结构最终状态与结构施工形成过程关系的研究，提出了分阶段施工桥梁施工控制的无应力状态法。
该方法在确定斜拉桥中间施工过程理想状态时，利用结构的无应力状态量建立了桥梁中间状态和成桥状态的联系，是一种确定中间状态结构内力和位移的计算方法。
同时，依据在保证结构无应力长度和无应力曲率的前提下，结构的最终内力和位移与施工过程无关的思想，研究了斜拉桥施工过程的多工序同步作业技术和保证索力调整精度的措施，并讨论了斜拉桥施工过程结构安全性评估、状态误差调整和结构计算参数估计的方法。
最后通过实例介绍了桥梁建造中的施工控制和质量控制措施。
本书可供桥梁设计、施工、施工管理、施工监控人员，以及大专院校相关专业师生参考学习。
目录第一章概述第一节桥梁结构施工控制第二节施工测试的主要内容第三节施工过程结构理想状态的确定第二章无应力状态法的力学基础第一节梁式结构施工过程与最终状态...............第三章无应力状态法第四章斜拉桥施工过程的控制第五章斜拉桥施工控制实例第六章钢桁梁架设及施工控制第七章斜拉桥局部拆除重建及施工控制参考文献……[：转载请注明]上一篇：城市停车规划与管理下一篇：中国船舶油污损害赔偿法律制度研。
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y 0 ， y 0
y qx2l2 ， y ql 2
12EI
6EI
由此可以看出：两种方法形成的最终结 构内力状态的差异是由于最终结构的“卸载 曲率”差异造成的。
20
悬臂施工结构， C 、 C 点合龙前的转角差是造成最终结构 “卸载曲率”差异的根本原因。
C
ql3 6EI
，
C
ql3 6EI
假设有办法在合龙前消除这种转角差值：
18
悬臂施工结构，恒载 q 作用下的挠度曲线：
y1
qx 2 24 EI
(6l 2
4lx
x2 )
结构形成后（合龙），“假设”卸除荷载 q ，挠度曲线变化为：
y2
qx 24EI
( x3
4lx2
4l 2 x)
卸除荷载后梁体的残余挠度：
y
y1
y2
qx2l 2 12 EI
19
梁体曲率：
一次形成结构 悬臂施工结构
施工过程的内力和线形（中间过程 理想状态）
7
常规方法： 倒拆法，正装试算法等
8
倒拆法：
以成桥的目标状态为计算的起始点， 按正装顺序的逆序进行倒拆计算，通过内 力和位移数值的累加确定斜拉桥施工各阶 段的内力和结构线形。
倒拆计算完成后，按倒拆计算确定的 施工各阶段的斜拉索张力值进行正装计算， 只有正装、倒拆闭合时，倒拆计算的结果 才是可信的。
3
节段施工的连续梁设计
设计中必须考虑： 悬臂施工过程 合龙及体系转换 挂篮及施工荷载
由于结构形成过程相对单一，可变 因素少，设计时就严格规定了施工方法 和施工过程。
4
如果施工方法和过程变更，成桥内 力和线形也会发生变化。
所以：“桥梁的施工形成过程与最 终内力和位移状态紧密相关”？
（顶推施工的连续梁当不考虑混凝 土的收缩徐变（次内力）时，成桥内力 与一次落架施工连续梁的成桥内力是一 致的！）
C
M
C=
1 12
q
l
2
M B4E 2lIB4E 2lI6 qE l3 I1 3ql2
B点转动弯矩
B
M
B=
1 3
q
l
2
C
M
C=
1 6
q
l
2
最终弯矩图
M
B=
1 3
q
l
2
B
28
MA 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2
2
3
6
3
（ ： ） 一次落架 1 ql2 3
卸载后的残余曲率？ 三种情况的卸载曲率与一次形成结构一致！
5
对于斜拉桥 设计时无法仔细考虑每一个施工过程：
1）施工阶段多，体系转换过程复杂 2）施工阶段的张拉调索 3）理想成桥状态的要求
6
所以 斜拉桥设计时仅以理想的恒载成桥状态为基础，
进行结构设计和运营阶段的各种验算。
设计阶段的后期进行安装计算。
１）施工过程结构安全性检算； ２）确定满足成桥目标状态要求的中间
有无更简单的办法？
12
二、结构形成过程与最终状态
13
考察一等截面的两端固端梁，跨度为 2l ，主梁刚度为 EI ，结构 恒载的荷载集度为 q 。
q
13ql2
13ql2
A
2l C EI
B
A
C
B
2l
61ql2
按一次落架施工：
MA
MB
1 3
ql 2
MC
1 ql 2 6
14
1 2
q
l
2
1 2
q
l
2
A
C C＇ B
一、概述 二、结构形成过程与最终状态 三、斜拉桥无应力状态法 四、桥梁施工控制 五、无应力状态法的应用
1
一、概述
近几十年来，桥梁建设最大的技术 进步是：分阶段形成桥梁结构技术的提
出和发展。
连续梁（刚构）：悬臂施工技术
பைடு நூலகம்
拱桥
：无拱架施工
斜拉桥
：施工过程多次体系转换
……
2
节段施工的桥梁，最终恒载 完成后的内力和线形必须考虑施 工过程。
1. C 、 C 合龙前施加力矩； 2. C 、 C 合龙前施加向上的集中力； 3. A 、 B 点刚性转动。
21
1.施加力矩
1 2
q
l
2
A
C C＇ l
A
M
A=
1 3
q
l2
A
M
=
1 6
q
l
2
悬臂梁弯矩
M
M＇
C
C＇
施加反向力弯矩
C
C＇
M
C=
M
=C '
1 6
q
l
2
弯矩图
ql3 Ml 0 M 1 ql2
6EI EI
6
l
M
=
1 6
q
l
2
ql3 M l 0 M 1 ql2
6EI EI
6
1 2
q
l
2
B
B
M
B=
1 3
q
l2
B
22
MA 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2
2
6
3
（ ： ） 一次落架
1 ql 2
3
23
2.施加集中力
1 2
q
l
2
A
A
M
A=
1 3
q
l2
C C＇
l
l
悬臂梁弯矩
9
倒拆闭合的条件： 1）拆除单元无外荷载 2）支承边界条件正确 3）收缩徐变处理
考虑结构形成过程的收缩和徐变的影 响，倒拆正装无法闭合！
10
倒拆法的缺点：
1）计算复杂； 2）数值的累加，概念不明确； 3）当某一步骤调整时，必须进行全
过程的倒拆正装计算。
11
正装试算法计算工作量大，对复杂的大跨 度斜拉桥应用难度大，一些改进的算法对桥型 和工序变化的适应性又很差。
29
从前述关于固端梁的讨论，可以看出：
不论结构形成过程如何。只要支承边界条 件正确，结构的弹性曲线连续（卸载曲率相 同），则结构最终的内力状态和变形状态与结 构的形成过程无关。
C C＇ l
1 3 q l2 B
1 2
q
l
2
B
17
支架上一次形成结构在恒载 q 作用下的挠度曲线：
y1
qx 24EI
( x3
4lx2
4l 2 x)
结构形成后，“假设”卸除荷载 q ，挠度曲线变化：
y2
qx 24EI
(x3
4lx2
4l 2 x)
卸除荷载后梁体的残余挠度变形：
y y1 y2 0
P
P＇
施加集中荷载弯矩图
1 2
q
l
2
B
B
M
B=
1 3
q
l2
ql3 Pl 2 0 6EI 2EI
P 1 ql 3
24
M
A=
1 6
q
l2
A
M
A=
1 3
q
l2
A
2P
M
C=
1 6
q
l
2
拆除集中荷载弯矩图
C
M
C=
1 6
q
l
2
最终结构弯矩图
M
B=
1 6
q
l2
B
M
B=
1 3
q
l2
B
25
MA 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2 1 ql 2
l
l
若结构先形成 AC ，BC 两个悬臂梁，然后在 C 和 C 之间合龙（假定C ， C 两点之间的长度为零）
MA
MB
1ql2 2
MCMC 0
15
两种施工方法形成的最终结构 计算图式相同 外荷载也相同
q
A
C
E I
B
2l
16
内力完全不同！
1 3 q l2 A
为什么？
1 2
q
l
2
A l
C 6 1 q l2
2
3
6
3
） （一次落架： 1 ql2 3
26
3. A、Ｂ支点转动
1 2
q
l
2
A
A
M
A=
1 3
q
l2
C C＇
l
l
悬臂梁弯矩
C
M
C=
1
1 2
q
2
l
A点转动弯矩图
1 2
q
l
2
B
M
B=
1 6
q
l2
B
MA
4
EI 2l
A
4
EI 2l
ql3 6EI
1 ql2 3
27
M
A=
1 6
q
l2
A
M
A=
1 3
q
l
2
A