近年來，運營或建設中的橋梁時有發(fā)生垮塌，隧道開挖和軟土基坑施工過程中也時有發(fā)生災害事故，給人民生命財產帶來損失。例如2007年8月13日16時40分左右，已施工完畢正在拆除施工腳手架時發(fā)生了全長約268米的二級公路沱江大橋整體垮塌事故，造成重大人員傷亡；2007年8月2日，幾十名工人正在特里大壩附近的一條隧道內施工，隧道突然發(fā)生塌陷，造成28名工人死亡；2011年發(fā)生了多起橋梁隧道垮塌事故。有關專家認為，自20世紀80年代橋梁優(yōu)化、柔性結構和剛柔組合結構等創(chuàng)新、不良地質環(huán)境隧道新奧法模式化施工以來，我國橋隧建設發(fā)展很快，但也暗藏著不少質量與事故隱患。雖然國家在安全生產方面做了大量工作，建立了許多制度，也采取了不少措施，但始終沒有遏制工程結構破壞事故的發(fā)生。究其原因，尚有深層次的力學理論問題（尤其是結構變形協(xié)調、力的合理傳遞或轉移及其路徑等問題）沒有引起足夠重視。特別是柔性結構、剛柔組合結構、不良地質環(huán)境地下結構等，應該研究其力學行為、特征與規(guī)律，以及結構系統(tǒng)安全行為機理和安全保障措施。國家層面（如科研院校、建設部、鐵道部、交通部、安監(jiān)局等）加強研究，修訂相關標準，確保新建和加固工程結構質量與壽命，防止出現(xiàn)工程結構體系設計和施工符合標準但隱含穩(wěn)定平衡不足或風險，避免類似問題周期性發(fā)生。對于復雜環(huán)境與結構，應采用整體控制與細節(jié)把握，圍繞目標（穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調）的過程控制（荷載多變性與結構塑性變形、脆性斷裂、積累損傷、腐蝕環(huán)境等耦合；柔性、剛性組合結構、不良地質環(huán)境與力的合理傳遞或轉移路徑相協(xié)調等）方法來解決結構變形協(xié)調和結構設計受力路徑與實際受力路徑全過程相同問題，確保柔性結構、剛柔組合結構、不良地質環(huán)境地下結構等全過程安全問題。
事實上，工程結構安全事故，既有建設質量問題，更有工程結構建造和使用全過程的受力是否安全的設計理念問題。猶如人的猝死，外因是誘導因素，身體本身的毛病才是根本因素。合理的結構是工程安全的根本。世界各國多見柔性結構和剛柔組合結構橋梁運營過程中發(fā)生垮塌和不良地質環(huán)境地下結構施工過程中發(fā)生坍塌事故。分析橋梁和地下結構安全與垮塌事故的原因，可以發(fā)現(xiàn)，如果橋梁剛度較大，不產生有害變形，能夠滿足功能合理轉換和力的合理傳遞，則橋梁安全；而部分橋梁剛度過小，使用過程中易產生局部的有害變形，甚至引起橋梁垮塌事故。地下結構安全也完全類似，應該滿足圍巖穩(wěn)定和開挖建設過程中力合理轉移。猶如老人小孩容易摔跤，而青壯年人有恢復能力，不容易摔跤一樣，俗稱“自力、控變、防摔（塌）”。工程結構安全事故頻發(fā)的深層次原因是：目前工程結構建設規(guī)范只規(guī)定了力的關系、力與變形的關系，但沒有全面規(guī)定變形協(xié)調關系。為滿足工程實踐要求，應修改現(xiàn)有變形不完善的規(guī)定，以確保工程結構安全。
1、工程結構應滿足的力學關系與總體思路
從總體上看工程結構構造與力變形相關性的實際應用，合理的工程結構應滿足三個關系：①三維力學穩(wěn)定平衡、②三維力與變形協(xié)調、③三維變形穩(wěn)定與協(xié)調。傳統(tǒng)結構系統(tǒng)研究了關系①、關系②和關系③的專門問題應用研究，則工程結構體系的傳統(tǒng)力學平衡方程是不變的；而合理結構應該系統(tǒng)研究關系①、關系②和關系③對關系①、關系②的影響，則當變形不協(xié)調時，會改變結構體系力的合理傳遞或轉移路徑，使得設計狀態(tài)與實際狀態(tài)不一致，其力學平衡方程在實際施工和使用過程中是變化的，只有采用合理的結構和有效的過程控制，保障結構體系變形協(xié)調，才能最終確保結構體系處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。對于復雜結構，重點需要解決不同構件、不同材料組合結構中變形協(xié)調性并防止力和變形突變。雖然力的平衡與變形協(xié)調是經典的力學概念，但由于以往的工程結構相對簡單、材料使用也相對單一，變形協(xié)調問題不突出，沒有在工程實踐中得到充分的重視，實際應用中有成功也有迷茫，例如建于1173年意大利比薩斜塔，由于地基不均勻變形，塔身慢慢傾斜，多次工程措施才逐漸得到控制；2012年4月邀請德國和日本專家談工程結構安全歷史，他們都說工業(yè)革命初期工程結構也存在許多安全風險，逐步修改了不合理結構構造，才達到現(xiàn)在的安全水平。目前伴隨新材料的使用和結構體系的創(chuàng)新發(fā)展，結構組合體系的變形協(xié)調問題日益突出，再也不能簡單地停留在力學概念上，而是需要從認知、設計與建造過程等各方面去完整把握變形協(xié)調問題的實質，確保結構體系內部初始應力和附加荷載的合理轉移或傳遞，在力的重新分配過程中不產生產生有害變形或局部破壞，維持結構體系的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。分析已有研究結果，目前對變形協(xié)調問題主要限于力與變形協(xié)調、變形穩(wěn)定與協(xié)調的理論探索及專門問題的應用研究，例如研究累積損傷和穩(wěn)定等。就全面解決結構受力安全的需要，應該從工程實際應用出發(fā)，系統(tǒng)地研究維持力與變形協(xié)調、變形穩(wěn)定與協(xié)調的合理工程結構或措施，以及研究減少或消除因不滿足變形穩(wěn)定與協(xié)調對力與變形協(xié)調的不利影響。雖然在設計上滿足三維力學穩(wěn)定平衡關系，但非協(xié)調變形的局部破壞可能發(fā)生積累效應，最終會導致結構系統(tǒng)的破壞。也就是說，應重點研究維持三維變形穩(wěn)定與協(xié)調的合理工程結構或措施，確保滿足三維力學穩(wěn)定平衡，或滿足三維力與變形協(xié)調直至確保滿足三維力學穩(wěn)定平衡，否則結構在使用過程中可能會產生力的重新分配或不合理轉移，改變甚至破壞結構體系原有或設計的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，形成新的設計上沒有考慮到的結構受力狀態(tài)，這些風險因素或在結構安全范圍之內、或使結構帶病害或裂縫工作、或使結構施工或運營風險不可控和安全沒有保障。即關系③直接影響關系①；或通過影響關系②，最終影響關系①。也就是說，工程結構體系的傳統(tǒng)力學平衡方程是不變的，而當變形不協(xié)調時其力學平衡方程在實際施工和使用過程中是變化的，只有采用合理的結構和有效的過程控制，保障結構體系變形協(xié)調，才能最終確保結構體系處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。這是一種普遍關系，既聯(lián)系結構體系研究中傳統(tǒng)的強度、剛度、穩(wěn)定、疲勞、耐久性等力學問題，又聯(lián)系結構體系力的傳遞、轉移、重新分配、荷載路徑多變性、防止誘發(fā)新的附加荷載、防止出現(xiàn)平衡關系重建的不確定性等新的力學問題，有利于解決復雜結構體系的穩(wěn)定平衡問題，防止出現(xiàn)工程結構體系設計和施工符合標準但隱含穩(wěn)定平衡不足或風險。猶如牛頓力學適用有限物體低速運動范圍，后來適應新的需要發(fā)展出量子力學和相對論等。在工程實踐過程中，解決不同工程結構滿足三個關系的形式亦不相同，具體表現(xiàn)為三個層面：
第一層面：關系①可由牛頓力學、有限元等理論解決；關系②由虎克定律、本構關系等理論解決；對于簡單問題關系③認定已解決或自然滿足（對應類似“蘋果落地點預測”等相對簡單成熟工程問題）；而對于復雜問題關系③不一定滿足或難于解決（對應類似“樹葉落地點預測”等相對復雜的新型工程問題）。第二層面：構件之間或非均勻構件內部或組合變形不協(xié)調問題，可能會產生兩方面現(xiàn)象：⑴功能不能合理轉換、⑵力不能合理傳遞或轉移?？赡軐е聝煞N結果：⑴在重復荷載作用下會加速結構或構件積累損傷過程，甚至引起結構或構件破壞；⑵工程結構受力全過程存在安全隱患甚至引起結構或構件破壞或破壞前變形出現(xiàn)突變過程的類似結構分支點失穩(wěn)破壞形式，這種破壞形態(tài)往往難于監(jiān)控預警。
第三層面：⑴傳統(tǒng)力與變形關系的解決辦法：關系①+關系②（認定關系③自然滿足，只適用于類似“蘋果落地點預測”等相對簡單成熟工程問題）；⑵改進力與變形協(xié)調關系的綜合解決辦法：關系①+關系②+關系③，特別是柔性結構、剛柔組合結構、不良地質環(huán)境地下結構等，采用整體控制與細節(jié)把握，圍繞目標（穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調）的過程控制（積累損傷、力的合理傳遞或轉移路徑等）方法解決結構變形協(xié)調問題，把類似“樹葉落地點預測”等相對復雜新型工程問題，轉變?yōu)轭愃?ldquo;蘋果落地點預測”的相對簡單成熟工程問題，才能簡單有效利用傳統(tǒng)解決方法去解決類似“樹葉落地點預測”的相對復雜新型工程問題。
“正確的路線確定之后，干部就是決定的因素”。首先需要正確的思想路線為指導，但不能止于此，更需要實施行動的人。工程應用中應該堅持正確的理論（即結構體系中力與變形滿足三個關系，尤其是規(guī)范變形協(xié)調），更需要研究具體的工程措施，達到實踐中能夠符合正確理論的要求。
雖然理論上設計的結構滿足穩(wěn)定平衡狀態(tài)，但在實際施工或使用過程中，可能因某些假設與實際情況的差異，導致建造的結構變形不協(xié)調，造成力不能按照設計的方式合理傳遞或功能不能合理轉換，其結果可能使得設計的結構失去原有的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，出現(xiàn)設計中未研究過的新平衡狀態(tài)，造成結構在實際施工或使用過程中產生工程風險或累積損傷，影響結構安全或使用。因此，結構設計中必須研究“穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調”互補問題，控制結構變形協(xié)調，實現(xiàn)力的合理傳遞或轉移，真正達到設計合理，以滿足全過程（全壽命）穩(wěn)定平衡的目的。具體工程實踐中，在符合正確的整體或戰(zhàn)略概念的前提下，可采用已有的技術或計算方法達成目標。
2、改進力與變形協(xié)調關系-解決結構累積損傷與變形突變問題
確保“力、變形、能量”按設計路徑傳遞及方式轉化是結構穩(wěn)定、安全的基本要求，也是維持設計形式不產生有害過程的基礎。根據(jù)實際情況，可以從“力、變形、能量”三要素中的一個或幾個要素控制工程結構行為。結構的“穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調”，不僅需要目標控制，更需要圍繞目標實現(xiàn)結構安全合理的過程控制，否則結構就會不穩(wěn)定或破壞。
對于簡單結構，基于成熟的構造措施以及經實踐驗證合理的變形假定，一般能夠解決變形協(xié)調問題。對于復雜結構，工法與構造創(chuàng)新雖然克服了大部分連接的可靠性問題，但是構件之間或非均勻構件內部是否滿足變形協(xié)調的問題就不易把握或不一定滿足，對此問題以往沒有得到足夠的重視，有時導致結構開裂或不利變形甚至結構破壞。
?。?）疲勞引起的結構累積損傷問題
受重復荷載作用，在高應力、應力集中、大變形構件、變形不協(xié)調構件組合等情況下，結構處于非完全彈性狀態(tài)，外力做功除轉換為彈性應變能外，還產生其他形式的能量（例如熱能：受拉桿件斷口發(fā)熱等），就會由因材料疲勞引起結構累積損傷，最后造成強度破壞，影響結構使用壽命，猶如人的過勞死，長期高強度勞動會影響人的健康和壽命。因此單純用靜力分析很難說明為什么許多中小跨度橋梁在超載車輛作用下會突然垮塌，需要結合疲勞引起的累積損傷進行分析。
（2）部分結構受力與變形出現(xiàn)突變問題
當結構變形不協(xié)調時，結構雖然平衡但狀態(tài)不同。即結構質點加速度a=0，而結構質點速度、位移可以是v=0、s=0；也可以是v=v1、s=s1；…或是v=vn、s=sn。這樣的復雜結構（特別是柔性結構）會改變力的合理傳遞路徑，或產生較大的附加內力甚至超過荷載內力，那么結構就可能出現(xiàn)開裂或破壞，而處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。
結構變形不協(xié)調時，重復荷載作用、外力做功較大或結構處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，可能會使結構受力與變形進入突變階段。結構處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即可能產生類似結構分支點失穩(wěn)問題（難于監(jiān)控預警），應該提前加以防范或通過加固改造變?yōu)楹侠斫Y構，使其破壞前有明顯的變形過程，易于監(jiān)測預警，即轉為類似結構極值點失穩(wěn)問題（能監(jiān)控預警）。
當工程結構系統(tǒng)的變形不協(xié)調時，結構體系受力方式將發(fā)生變化，力的傳遞或轉移路徑亦會出現(xiàn)變化，可能會在某些部位出現(xiàn)不應有的應力集中或受力方式（如拉壓得改變），破壞結構體系原有或設計的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，形成新的設計沒有研究的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，這些風險因素或在結構安全范圍之內、或使結構帶病害或裂縫工作、或使結構施工或運營風險不可控和安全沒有保障。
?。?）橋梁事故案例分析
統(tǒng)計近年發(fā)生事故的橋梁類型歸納為簡支板梁、組合拱橋、剛架橋等，均屬于柔性結構、剛柔組合結構，由于這類結構常常處于彈塑性階段，受力過程不具有疊加性，而與應力路徑有關，恰恰汽車重復荷載路徑多變性不像火車或工業(yè)吊車重復荷載路徑相對穩(wěn)定，這樣柔性結構、剛柔組合結構在汽車重復荷載作用下橋梁設計應力與實際應力可能很不相同，容易產生積累損傷，降低橋梁使用壽命，可能導致橋梁提前損壞或破壞，就存在行車安全風險。而火車或工業(yè)吊車重復荷載橋梁設計規(guī)定在彈性階段工作，設計應力與實際應力基本相同，行車安全風險較??；例如：20m標準板梁自重26t，而汽車最大規(guī)定重量55t，每塊板承受27.5t（1/2）, 行車安全風險較大，特別是超載影響更大；著名橋梁工程師茅以升主持設計和施工的錢塘江大橋為經典成熟的鋼桁梁橋，由結構剛度控制，安全度有富余、材料質量穩(wěn)定、基本處于彈性工作狀態(tài)，行車安全風險也較小。
3、改進力與變形協(xié)調關系-解決不良地質環(huán)境安全隱患問題
在軟弱不良地質環(huán)境條件下，地下工程建造和使用全過程存在安全隱患甚至引起工程結構或構件破壞，改進力與變形協(xié)調關系尤為重要。
?。?）理論繼承與借鑒改進
在地下工程建設中，傳統(tǒng)“松弛荷載理論”和現(xiàn)代“巖承理論”是在解決特定地下工程建設問題過程中提出的一般理論，實際應用中有成功也有迷茫。
地下工程建設理論的共同價值是“充分發(fā)揮圍巖的自承能力”與 “基本維持圍巖的原始狀態(tài)”，達到“穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調”互補，就能維持地下工程圍巖穩(wěn)定，保證地下工程開挖卸載的合理轉移，而不產生有害的圍巖與支護結構的破壞，使得需要的支護抗力盡可能小，才能符合支護能量最小原理的理念。地下工程開挖過程中形成新的臨空面，改變圍巖的自然應力平衡狀態(tài)，產生應力重分布。在力的轉移過程中，圍巖變形和局部破壞，都將影響力的轉移路徑。而圍巖的破壞是不可逆過程，如果不能合理控制圍巖重分布應力的轉移路徑，就會引起局部應力集中，導致圍巖在施工過程中出現(xiàn)過量的破壞區(qū)，甚至出現(xiàn)安全隱患。對于不良地質條件, 地下工程開挖支護方式不同，圍巖變形特征和力的轉移路徑就不同，合理開挖支護方案非常重要，有利于達到力的合理轉移和結構受力安全。
根據(jù)地質環(huán)境特殊性，從結構與工法等設計來控制開挖過程中圍巖應力合理轉移路徑，選擇合理施工工法和過程控制措施，確保施工全過程“基本維持圍巖的原始狀態(tài)”，不出現(xiàn)應力轉移過程中的應力集中導致圍巖出現(xiàn)局部有危害性的破壞，達到“自力、控變、防塌”目標。因此，需要合理控制開挖步驟和支護方式及時機，達到“穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調”狀態(tài)，有效發(fā)揮圍巖和支護系統(tǒng)的整體承載能力，確保地下工程施工過程安全。
?。?）地下工程平衡穩(wěn)定理論是“松散荷載理論”和“巖承理論”的繼承與發(fā)展
“松弛荷載理論”曾經產生過重要的影響，作為圍巖壓力的近似計算方法，應用比較簡便，在巖體破碎或淺埋隧道情況下其計算結果仍有一定的價值，至今仍在一些國家廣泛應用。但對于圍巖偏差和偏好的情況存在工程風險和支護過度的情況。
“巖承理論”是基于圍巖位移支護特性曲線進行圍巖支護設計，從而實現(xiàn)“充分發(fā)揮圍巖的自承能力”的目標。圍巖位移支護特性曲線雖然解決了隧道圍巖結構受力平衡問題，但很難把握軟弱圍巖隧道結構的平衡穩(wěn)定性問題。依據(jù)“巖承理論”的新奧法源于硬巖，雖然強調了硬巖與軟巖應用有區(qū)別，但在不良地質條件下，對于類似結構分支點失穩(wěn)的工程問題，很難把握圍巖與支護共同受力平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性。因此“松弛荷載理論”荷載模式猶如抱小孩；而“巖承理論”荷載模式猶如牽小孩。
環(huán)境（物質、水）的穩(wěn)定平衡是地下工程平衡穩(wěn)定的基礎，應通過整體力學分析研究地層支護結構組合系統(tǒng)的力學狀態(tài)與過程，用平衡穩(wěn)定理論把傳統(tǒng)“松弛荷載理論”和現(xiàn)代“巖承理論”的基本內容有機組合起來。地下工程平衡穩(wěn)定包括兩層含義：第一、結構受力平衡與變形協(xié)調；第二、結構受力平衡與變形協(xié)調狀態(tài)的穩(wěn)定。
對于不良地質條件的地下工程（基坑與隧道開挖），施工全過程首先要研究力學“穩(wěn)定平衡與變形協(xié)調”互補問題，確保相互作用力形成合理轉移路徑；其次才考慮施工便利與經濟問題。
?。?）對于不良地質條件，地下工程設計與施工。首先，應初步分析開挖過程中巖土體變形規(guī)律，采用合理開挖支護方式，做到整體控制；然后，按現(xiàn)行規(guī)范設計和施工，落實目標控制和過程控制及細節(jié)把握；同時，施工中堅持動態(tài)設計和信息化施工，及時修正設計和施工方案，控制變形和力的合理轉移路徑，確保地下工程施工安全。
?。?）動態(tài)設計與信息化施工是有條件的，應當引起業(yè)界重視。前提是把握變形規(guī)律，采用合理開挖支護方式，基本確保力的合理轉移路徑；其次是根據(jù)地質和施工情況，及時修正設計和施工方案。如果對圍巖的基本特性沒有正確認識，過分地依賴動態(tài)設計與信息化施工，就可能出現(xiàn)工程災害。正像抱嬰幼兒一樣，由于嬰幼兒本身變形控制能力不足，開始就必須認識到要摟著屁股抱著腰，在抱的過程中逐漸調整手的位置，使嬰幼兒舒適安全，否則會使嬰幼兒受傷。
（3）基坑施工事故案例分析
目前城市地鐵車站或地下車庫等工程建設中，大部分工程進展順利、質量安全良好，但也存在部分工程失效或出現(xiàn)安全事故問題。調查發(fā)現(xiàn)的基本現(xiàn)象：在不良軟弱地質環(huán)境下，凡是地下基坑開挖工藝與支護結構合理，使得圍巖與支護結構共同作用受力平衡狀態(tài)處于穩(wěn)定，工程進展順利、質量安全良好；大量破壞現(xiàn)象的發(fā)生則是由于不滿足整體穩(wěn)定平衡。如圖1（a）所示，由于在建地下車庫邊墻失穩(wěn)，土體變形改變了原來結構荷載向下傳遞的作用力方向，形成向下和側向并存的作用力，又受堆填土側向力作用，即使沒有堆填土側向力作用，PHC管柱抗側傾能力低等也會導致房屋倒塌，其核心是巖土體與支護結構組合體系缺乏足夠的變形協(xié)調能力（即支護結構穩(wěn)定和防止底部失穩(wěn)突泥），共同控制巖土變形防止出現(xiàn)新的受力狀態(tài)（即使設計狀態(tài)受力與實際狀態(tài)受力相同）。圖1（b）所示的在建地下基坑同樣處于不良軟弱地質環(huán)境和旁邊高樓林立，施工過程中開挖工藝與支護結構合理，基坑邊墻穩(wěn)定確保了原來向下作用力轉移路徑和原始相互作用力狀態(tài)，保證了附近房屋的穩(wěn)定與安全。
圖1 基坑開挖導致房屋倒塌與合理開挖支護保證附近房屋穩(wěn)定與安全
4、近12年研究團隊的成功實踐
因為工程荷載路徑多變性或誘發(fā)新的附加荷載、結構體系力的重新分配或轉移等與結構的塑性變形、脆性斷裂、積累損傷、環(huán)境腐蝕等耦合，使工程結構（特別是標準梁）的分析計算結果具有較大的不確定性。柔性結構與剛柔組合結構、不良地質環(huán)境等條件下，力的合理傳遞或轉移路徑控制與變形協(xié)調控制等問題十分復雜。所以，實際工程結構的工作狀態(tài)最好基本處于彈性階段，保持變形協(xié)調和設計受力路徑與實際受力路徑全過程相同，使求解的問題簡單化，保證工程結構的安全可靠。
在實際工程結構設計和計算過程中應該謹記如下兩點：①工程結構設計要把握好兩個前提條件，即在全面分析結構體系力學規(guī)律前提下，合理結構和過程控制（避免積累損傷、保證力的傳遞或轉移路徑合理等），才能解決結構變形協(xié)調問題，確保結構設計受力路徑與實際受力路徑全過程相同；②力學分析軟件合理應用的前提條件是要建立正確的計算模型，模型應能夠反映結構建造和使用的實際過程。分析計算過程中，應充分認識到有塑性破壞或積累損傷時的結構受力與應力路徑有關，不滿足線彈性力學分析的應力疊加原理。如果分析計算忽略結構建造和使用過程中的某些重要環(huán)節(jié)，就可能忽略局部塑性變形或積累損傷對最終計算結果的影響。當前分析軟件應用存在的主要問題是人們只與友好的軟件界面溝通，缺乏分析過程的基本力學原理的把握，因此在實際培訓和應用軟件中往往忽視力學模型合理構建。這正如許多人使用了很長時間的傻瓜相機拍照，卻不了解光圈、速度和感光度的配置要求，在良好光照條件下不會出現(xiàn)拍攝問題，但在不良光照條件下，就會導致照片不清晰等問題。
不注意應力傳遞或轉移路徑的正確把握，可能會造成結構設計應力與結構實際受力很不相同，導致施工和使用中隱含安全風險。
?。?）在寧波市交通委員會大力支持下，寧波市交通規(guī)劃設計研究院有限公司等單位在以下橋梁工程上根據(jù)研究成果進行了改進設計：采用合理結構構造和合理配筋的三跨預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁。
?。?.1）海鹽大橋
海鹽大橋主橋布跨為45＋70＋45m變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋梁全寬27m，該橋于2000年4月開工，2001年10月完工，十年來沒有發(fā)現(xiàn)結構性裂縫，使用情況良好。見下圖：
?。?.2）梅山大橋
梅山大橋主橋布跨為75+130+75m變截面預應力混凝土連續(xù)剛構橋，上下行分幅布置，單幅橋梁寬度13.55m，該橋于2008年3月開工，2010年5月完工，2年來沒有發(fā)現(xiàn)結構性裂縫，使用情況非常好。見下圖：
?。?.3）舟山大陸連島工程寧波連接線
本項目路線總長4.143公里，設置主線高架橋全長3.845km/1座，與寧波繞城高速公路相交的蛟川樞紐互通立交1處，主線收費站1處。主線高架橋橋梁寬度26m，主線高架橋采整體式等截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，標準跨徑30m，該工程于2007年12月開工，2009年11月完工，2年多來沒有發(fā)現(xiàn)結構性裂縫，使用情況非常好。見下圖：
（2）不良地質環(huán)境地下工程的合理開挖支護措施
對于不良地質條件, 地下工程開挖支護方式不同，變形特征與卸載方式和力的轉移路徑就不同，合理開挖支護方案非常重要，有利于達到力的合理轉移路徑和結構受力與安全。
十八跳隧道位于浙皖交界附近，為一座越嶺隧道，全長為1160m，凈寬10.5m，凈高5m，拱頂凈高6.98m。隧址區(qū)屬侵蝕山嶺地貌，植被發(fā)育，沿軸線地形起伏大。區(qū)內主要分布有古生代寒武系地層，依次是荷塘組炭質泥巖、粉砂質泥巖、硅質泥巖，楊柳崗組泥質灰?guī)r、硅質泥巖、條帶狀灰?guī)r和華嚴寺組白云質條帶灰?guī)r及第四系覆蓋層和巖脈侵入體。2001年5月隧道施工到K30+359遇到擠壓破碎帶，并出現(xiàn)拱頂局部坍塌，采用小管棚短臺階法控制開挖過程應力轉移路徑，防止圍巖局部破壞，保障了隧道建造獲得成功。西灣隧道、海游連拱隧道等施工也是一樣。
在浙江大成建設有限公司大力支持下，2008年6月杭州地鐵九堡站基坑施工過程中，發(fā)現(xiàn)局部軟弱土體改變了原來向下作用力轉移路徑現(xiàn)象，采用現(xiàn)澆基坑圈梁并焊接原橫撐鋼管等合理結構構造，確保支撐體系穩(wěn)定，避免發(fā)生基坑坍塌事故。2011年杭州市地鐵1號線城湖區(qū)間為雙線單圓盾構區(qū)間8號盾構施工效果良好。
（3）結構體系中變形協(xié)調對力的合理傳遞或轉移和力的重新分配等影響
非常必要全面系統(tǒng)從工程實際應用出發(fā)研究維持力與變形協(xié)調、變形穩(wěn)定與協(xié)調的合理工程結構或措施，以及研究減少或消除變形穩(wěn)定與協(xié)調對力與變形協(xié)調的不利影響。雖然在設計上滿足三維力學穩(wěn)定平衡關系，但非協(xié)調變形的局部破壞可能發(fā)生積累效應，最終會導致結構系統(tǒng)的破壞。也就是說，應重點研究維持三維變形穩(wěn)定與協(xié)調的合理工程結構或措施，確保滿足三維力學穩(wěn)定平衡、或滿足三維力與變形協(xié)調直至確保滿足三維力學穩(wěn)定平衡，否則結構在使用過程在可能會產生力的重新分配或轉移，改變甚至破壞結構體系原有或設計的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，形成新的設計上沒有考慮到的結構受力狀態(tài)，這些風險因素或在結構安全范圍之內、或使結構帶病害或裂縫工作、或使結構施工或運營風險不可控和安全沒有保障。
?。?.1）深埋涵洞受力影響分析
從圖a可知：由于涵洞剛度大于路基剛度，涵洞設計荷載呈矩形分布小于涵洞實際荷載呈類似倒梯形分布，淺埋涵洞超額受力在安全范圍之內；深埋涵洞超額受力會導致涵洞開裂。
從圖b可知：由于涵洞上填一定厚度輕質材料，則涵洞與輕質材料組合體系剛度小于路基剛度，涵洞設計荷載呈矩形分布大于涵洞實際荷載類似塌落體分布，上部荷載轉移給路基承擔，這樣不管淺埋或深埋涵洞受力都在安全范圍之內，涵洞不會開裂。
?。?.2）路面、路床受力影響分析
從圖c可知：當路面各層剛度合理和變形協(xié)調時，則汽車輪胎荷載在路面各層呈類似梯形分布，這樣路面各層按均布荷載層狀彈性平板結構受力分析；但是，當上或中面層剛度小于貨車輪胎剛度時，則汽車輪胎荷載在上或中面層呈類似剪切矩形集中分布，上面層容易產生車轍，中面層容易產生剪切損壞；當路床填料不均勻，則路床容易產生變形不協(xié)調，路床的局部不均勻沉降會對基層和底基層產生較大的附加彎拉應力。這樣基層受力不是均布荷載層狀彈性平板結構受力，而是呈類似彈性基礎平板受力， 基層更容易產生彎拉開裂損壞。
?。?.3）不良地質環(huán)境隧道、基坑、邊坡等結構體系受力影響分析
當不良地質環(huán)境隧道、基坑、邊坡等結構體系合理并在設計和施工全過程中開挖支護方法合理，控制好變形協(xié)調，確保力的合理轉移，則其結構體系受力影響基本符合設計荷載；但是，當不良地質環(huán)境隧道、基坑、邊坡等結構體系不合理或在設計和施工全過程中開挖支護方法不合理，造成結構體系變形不協(xié)調和力不能合理轉移時，則其結構體系承擔的重新分配或轉移或誘發(fā)新的附加荷載可能大于或遠遠大于基本設計荷載（例如某高速新昌滑坡和某地鐵湘湖深基坑等由于前期處理不當導致坍塌后誘發(fā)了很大新的附加荷載，造成后期處理難度增加，出現(xiàn)了平衡關系重建的不確定性問題），這樣結構體系施工安全就存在風險或施工安全風險不可控，并且結構體系容易產生破壞，導致了平衡關系重建的不確定性問題。猶如體質不好的人應該注意保養(yǎng)和適度行為，否則過度作為容易誘發(fā)病發(fā)癥，后果很難預料。
（3.4）承擔重復荷載的柔性和剛柔組合結構體系等受力影響分析
簡支板梁、組合拱橋、剛架橋等均屬于柔性結構、剛柔組合結構，由于這類結構常常處于彈塑性階段，受力過程不具有疊加性，而與應力路徑有關，恰恰汽車重復荷載路徑多變性，這樣柔性結構、剛柔組合結構在汽車重復荷載作用下橋梁設計應力與實際應力可能很不相同，容易產生積累損傷，降低橋梁使用壽命，可能導致橋梁提前損壞或破壞，就存在行車安全風險。
