分阶段施工桥梁无应力状态控制法的应用研究

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1、分类号：U44，U4510710-2012121048硕士学位论文分阶段施工桥梁无应力状态控制法的应用研究卫少阳导师姓名职称邬晓光教授申请学位级别硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2015年4月15日论文答辩日期2015年5月30日学位授予单位长安大学TheApplicationResearchofUnstressedStateControlMethodforBridgesConstructedinStagesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WeiShaoyangSupervisor：Prof.WuXiaogua

2、ngChang’anUniversity,Xi’an,China摘要无应力状态控制法是一种解决分阶段施工桥梁结构计算的理论方法。它在世界上首次建立分阶段施工桥梁的力学平衡方程，第一次从理论上阐明桥梁构件单元的无应力状态量是影响分阶段施工桥梁内力和线形的本质因素，从而可以应用构件单元的无应力状态量控制分阶段施工桥梁施工过程和成桥状态的内力、位移。目前无应力状态控制法已形成一套系统的理论和方法，但是随着桥梁结构向着超大跨度发展，特别是斜拉桥，加劲梁一般采用钢箱梁的结构形式，梁高与跨径之比进一步减小，主梁变得更加纤细，这时结构体系的几何非线性问题更加突出地暴露出来。为了能将无应力状态控制法更好的运

3、用在大跨径斜拉桥施工计算当中，具体的研究内容如下：1、无应力状态法的基本方程。首先基于势能驻值原理，推导了考虑几何非线性的分阶段成形结构无应力状态控制法一般静力平衡方程。根据一般静力平衡方程，分别得出了分阶段成形平面杆单元、梁单元结构的无应力状态控制法静力平衡方程。最后基于解析解得出了分阶段张拉平面索单元的无应力状态控制法静力平衡方程，对其非线性求解问题做了介绍。2、根据非线性有限元求解理论，分别得到了平面梁单元结构无应力状态控制法全量列式和增量列式的平衡方程；分别详细论述了运用TL列式、UL列式、CR-UL列式、CR-TL列式求解平衡方程的过程，并且通过实例验证了共转坐标法求解几何非线性问

4、题的优越性。上述四种列式求解平衡方程的基本思路，对于杆单元和索单元来说也是适用的。3、通过数值算例，验证了分阶段成形结构无应力状态控制法静力平衡方程。分阶段成形结构的内力和位移与一次成形结构产生差异的本质原因不在于结构成形方式不同，而是因为分阶段成形结构的无应力状态量与一次成形结构不一致。4、对无应力状态控制法在斜拉桥施工仿真计算中的运用进行了理论分析，阐述了无应力正装分析的基本原理。以两个具体的钢箱梁斜拉桥工程为例，对一500m级斜拉桥，按线性无应力正装计算的结果与合理成桥状态相同，而且比倒拆－正装迭代分析方法更简单。对一600m级斜拉桥，分别取两种不同的成形方式，按非线性无应力正装计算，

5、两种成形方式各索一次张拉索力不同，但施工过程索力变化趋势大致相同，且成桥阶段都收敛于合理成桥索力，且主梁最终状态的内力和位移计算结果都与合理成桥状态I相差很小，验证了在大跨度斜拉桥施工阶段仿真分析中运用无应力状态控制法可靠性，进一步验证了无应力状态控制法的基本方程，为无应力正装计算的推广运用提供了理论基础和借鉴。关键词：无应力状态控制法，几何非线性，斜拉桥，无应力正装IIAbstractUnstressedStateControlMethodisakindoftheory,whichisusedtosolvethestructuralcalculationproblemofbridgesco

6、nstructedinstages.Itestablishedamechanicsequilibriumequationofbridgesconstructedinstagesforthefirsttimeintheworld,theequationforthefirsttimeillustratestheoreticallythattheunstressedstateamountisthenaturefactorsthatinfluencetheresistanceanddisplacementofbridgesconstructedinStages.Thus,theunstresseds

7、tateamountofbuildingblockscanbeusedtocontroltheresistanceanddisplacementofbridgesconstructedinstagesandthefinalstate.Currently,UnstressedStateControlMethodhasformedasetoftheoriesandmethodsofthesystem.Butwit