基于无应力状态控制法的分阶段成形桥梁结构线形控制理论及应用

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1、国内图书分类号：U44密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文基于无应力状态控制法的分阶段成形桥梁结构线形控制理论及应用年级2012级姓名但启联申请学位级别工学博士专业桥梁与隧道工程指导老师秦顺全教授2017年12月ClassifiedIndex:U44U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationAlignmentControllingTheoryandApplicationofBridgeStructureFormedinStagesBasedonUnstr

2、essedStateControlMethodGrade:2012Candidate:DanQilianAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofPhilosophySpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:Prof.QinShunquanDecember,2017西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部

3、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密☑，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：

4、1、建立了基于平面梁单元的分阶段成形结构线形控制方程，从理论上解决了满足特定内力状态的结构线形的实现问题。（第3章）2、建立了平面梁单元无应力状态量与无应力构形间的对应关系，通过无应力状态量获得单元预制构形参数，可用以指导梁段工厂预制。（第4章）3、提出了基于线形控制方程的钢桁梁无应力起拱法，易于线形控制，避免了结构附加内力。（第5章）4、针对索股测长控制问题，提出分段悬挂测长法，提高了索股线形控制精度。（第6章）学位论文作者签名：日期：西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要线形控制是分阶段成形桥梁施工控制的重点和难点。在施工过程中，通常以对施工中间

5、过程的结构标高控制，使结构最终线形达到设计目标线形。但是，由于标高计算与施工过程紧密相关，一旦施工过程出现变化，标高需要重新计算；同时，结构标高受施工温度和临时荷载影响较大，线形控制困难。而考虑单元无应力状态量的分阶段成形结构分析理论关于结构最终状态与施工过程无关的论述，为上述问题的解决提供了理论支撑。论文以无应力状态控制法思想为基础，对分阶段成形桥梁结构线形控制展开系统研究，主要工作如下：（1）建立了基于平面梁单元的分阶段成形结构线形控制方程。选择目标线形以固定坐标为参照，将外力势定义为外力相对于坐标原点的力势，以单元无应力状态作为起点计算结构总应变

6、能，由势能驻值原理建立结构线形控制方程组，该方程根据目标线形可以唯一确定结构中各单元无应力状态量。线形控制方程本质上是由无应力状态量表示的力学平衡方程。线形控制方程中方程个数为结构自由度总数，未知量个数为结构单元无应力状态量总数，方程数和未知量个数通常不相等，不能直接求解。需根据结构具体几何构造情况对线形控制方程进行处理后才能求解。即对于内部静定结构，消除结构刚体位移后可直接求唯一解；对于内部超静定结构，应补充对应于内部多余约束的线形协调条件，方可求唯一解。通过数值分析表明：线形控制方程求解得到的单元无应力状态量满足目标状态结构线形和内力要求。（2）构

7、件单元无应力状态量是表征单元无应力构形的稳定量。为建立平面梁单元无应力状态量与单元预制构形间的关系，从单元曲率和单元长度的数学表达式出发，通过分析水平矩形单元在节点位移下几何构形的变化，建立了平面梁单元无应力状态量与单元预制构形参数间的数学关系式，并通过数值算例对关系式的正确性进行了验证。分析和计算结果表明：单元预制构形与单元无应力状态量一一对应，预制构形的改变实质上是单元无应力状态量发生了改变；从工程应用角度来说，只要预制梁段能保证节点上线形满足目标线形要求，梁段可预制成不同形状。（3）分阶段施工钢桁梁结构线形控制研究。将钢桁梁简化为桁架结构形式，以

8、钢桁梁目标成桥线形作为计算输入，通过线形控制方程计算得到桁梁各杆件无应力长度，从而达到对钢桁梁