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,从而达到对钢桁梁预拱度设置目标。预拱度设置结果表明:无应力起拱法需同时伸缩杆件的弦杆和腹杆,起拱过程中不会产生起拱次内力。将起拱得到的杆件无应力长度进行中间施工过程线形控制,结果自动逼近目标成桥状态,说明起拱是合理的。(4)在不良风或海洋环境下基准索股线形观测和调整存在困难,为此提出基准索股线形控制的无应力索长控制法。主要包括基准索股无应力索长的准确计算以及索股的无应力索长测长控制两方面内容。在索的测长控制方面,首先对传统基线测长法进行了研究,对该方法下无应力索长进行了误差评定。针对传统基线测长法中的主要误差影响因素,提出分段悬挂测长控制方法,并对该方法的测长进行了误差评定。分析表明:对于传统基线测长法,引起测长误差主要因素是索的分段数、钢丝的弹性模量、钢丝直径和测长时的张力;悬挂测长法每次测量长度较大,从而减小了测段数量;通过索段对应可对索股弹性模量影响进行消除;测量时索股处于悬挂状态,钢丝直径偏差对索股无应力索长无影响;索内张力自动产生,避免人为施加张力及张力的控制问题。悬挂测长法能大大减小索的测长误差,从而显著提高基准索股线形控制精度。本文以无应力状态控制法思想为基础,以结构单元无应力状态量为线形控制的主线展开研究,研究成果为分阶段成形结构线形控制提供理论支撑,并进一步完善了分阶段成形结构分析理论。