箱形截面梁的剪力滞效应
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箱形截面梁的剪力滞效应
作者：田建辉
来源：《中国新技术新产品》2010年第09期
摘要:随着交通事业的发展以及城市化速度的加快,桥梁在日益繁忙的公路和城市交通中显得越来越重要。许多新的桥型、大跨宽桥以及特宽桥相继出现,各种桥梁截面形式纷纷被采用,其中箱形截面形式就是常被采用的形式之一。剪力滞效应分析是箱形截面分析的重要组成部分。本文主要阐述了剪力滞效应的概念、影响因素及其计算理论。
关键词:剪力滞;箱形截面
1 剪力滞效应的概念及其所引起的问题
1924年卡曼(T.V.Karman)对宽翼缘的T梁探讨有效分布宽度的问题时涉及了剪力滞效应的问题,一般情况下,狭窄翼缘的剪切扭转变形不大,其受力性能接近于简单梁理论的假定,即平截面假定,而宽翼缘因这部分变形的存在,而使远离梁肋的翼缘不能参与承弯工作,也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离的增加而减小,这个现象就称为“剪力滞后”,简称剪力滞效应。箱梁在对称荷载作用下的弯曲也同样存在这种剪力滞现象,特别是大跨度预应力混凝土桥梁中所采用
的宽箱梁,由于箱梁上下翼板的剪切扭转变形使翼缘板远离箱肋板处的纵向位移滞后于肋板边
缘处,因此产生较为明显的剪力滞效应,且在翼缘板内的弯曲应力呈曲线分布。近几年相继建造了大量的箱形薄壁梁桥, T构、刚构、斜拉桥,特别是一些宽跨比较大,宽高比也较为突出的桥,这些桥的剪力滞效应是较为严重的。
2 剪力滞效应的计算理论
2.1 弹性理论解法
弹性理论解法有板壳理论(J.E.Gibson、M.H.Mitwally)、正交异性板法(Abdel-Sayed)和弹性折板理论法(Goldberg、Leve)。弹性理论解法是以经典的弹性理论为基础,其优点是能获得较精确的解答,能够很好的解决简单的力学模型,经常用于等截面简支梁的剪力滞问题求解。其中,弹性折板法运用谐波分析的方法,可以求解各种支承条件的梁。用该方法研究悬臂箱梁是一个由
板件构成的实际的空间体系,分析时比应用有限元法能大大节约时间,况且它是一种精确解。但是,弹性理论解法由于分析和计算公式的繁琐,很难应用于实际的工程问题,无法用于复杂结构问题的分析。
2.2 比拟杆法
剪力滞后效应概念普及
（shear-lag effect）在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象。剪力滞后有时也叫剪切滞后，具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。例如在墙体上开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后效应。 剪力滞后效应的概念是在箱梁中提出的。剪力滞后效应在T型、工型和闭合薄壁结构中（如筒结构和箱梁）表现得较为典型，在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件。当结构处于水平力作用下时，主要反应是一种应力不均匀现象，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，由此引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值，称为正剪力滞，反之为负剪力滞。 剪力滞概念与有效分布宽度相同，前者用不均匀应力表示，后者用一等效板宽表示。为了使简单梁理论能够用于宽翼缘梁的分析，故对翼缘定出个“有效翼缘宽度”翼缘的有效宽度为假设的翼缘宽度，沿其宽度上受均匀压缩，其压缩值如同在同样的边缘剪力作用下的实际翼缘的受载边缘数值一样。另外，有效宽度可以视为理论的翼缘宽度，该理论翼缘承受具有均匀应力的压力。该均匀应力与原型宽翼缘处的应力峰值相等，而且总压力值相等。 在框筒结构中，结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件。在水平力作用下，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。这就是一种剪力滞后效应。
如何理解剪力滞后效应
1、剪力滞后效应 剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后后现象。剪力滞后，有时也叫剪切滞后，从力学本质上说，是圣维南原理，它严格地符合弹性力学的三大方程，即几何方程、物理方程、平衡方程。具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。 : 剪力滞效应的概念是在箱梁中提出的。剪力滞通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构当中，如筒结构和箱梁当中，主要反应的是一种应力不均匀现象，比如说：
在对称弯曲荷载作用下，如果箱梁具有初等弯曲理论中所假定的无限抗剪刚度（即时变形的平截面假定），那么弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。但是箱梁产生的弯曲的横向力通过肋板传给翼板，而剪应力在翼板上的分布是不均匀的，在交接处最大，离开肋板逐渐减小，因此剪切变形沿翼板分布是不均匀的，从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状，这种现象工程界称之为“剪力滞效应”。如果翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值，称为正剪力滞，反之为负剪力滞。
忽略剪力滞效应的影响，就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力，从而导致不安全：如1969－1971年在欧洲不同地方相继发生了四起箱梁失稳或破坏事故。事故发生后，许多桥梁专家对桥梁的设计和计算方法进行了研究和分析，提出这四座桥的计算方法存在严重缺陷，其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞效应”，因此导致应力过分集中造成桥梁的失稳和局部破坏。又如广东省的佛陈大桥、乐从立交桥、江湾立交桥、顺德立交桥、文沙大桥等出现桥梁翼板横向裂缝，据资料显示其主要原因是未考虑剪力滞，致使实际应力大于设计应力，不能满足翼板承载力的要求而出现裂缝
英国规范和德国工业标准规范中通过翼缘有效宽度的折减来考虑剪力滞的影响，但是我国现行桥规中仅提及可参照“T”形梁的规定办理，没有箱梁有效宽度的具体规定，因此按初等梁计算在静、动载作用下纵向弯曲的应力无折减或增长系数可依。目前对于复杂受力的大跨径桥梁，我国设计人员仅凭模型试验或大型有限元技术进行剪力滞分析，如我国的钱塘江二桥、上海南浦大桥、铜陵长江公路大桥等，花费了大量人力物力。但对于一般的工程设计，却忽略剪力滞的影响，致使不断有一些宽箱梁桥出现横向裂缝.
在箱梁中，肋处的剪力流向板中传递过程，有剪力滞后现象，称之为剪力滞效应，剪力滞概念与有效分布宽度相同，前者用不均匀应力表示，后者用一等效板宽表示。其实，剪力滞效应和T型梁的有效分布宽度是同一回事，都是由于腹板的剪力流使得上翼缘的应力分布不均匀。只是T型梁用有效宽度来简化这一现象。在桥梁的箱型截面中这一现象较突出，但当跨宽比较大或者截面腹板惯性矩与翼缘惯性矩之比较小时尤其严重，一定要考虑。高层和这个类似，高层倒小与桥梁的箱型截面其实一回事。有效分布宽度由于开口截面，剪力滞多用于封闭截面。剪力滞有正剪力滞与负剪力滞之分。剪力滞影响结构设计，需将设计值提高。
剪力滞的概念是一般狭窄翼缘的剪切扭转变形不大，其受力性能接近于简单梁理论的假设，而宽翼缘因这部分的变形的存在，而使远离梁肋的翼缘不参予沉弯工作，也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离增加而减少，这种现象就成为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。
在框筒结构中，结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件。在水平力作用下，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。这就是一种剪力滞后效应。 剪力滞后效应事实存在，很难消除，只能通过其他手段考虑该影响。 如：在结构设计中往往全长加密角柱箍筋，目的之一就是增加角柱的抗剪能力，增加延性。 1、剪力滞后现象越严重，框筒结构的整体空间作用越弱；
MIDAS梁格法建模算例
北京迈达斯技术有限公司
目录 概要 (3) 设置操作环境........................................................................................................... 错误!未定义书签。定义材料和截面....................................................................................................... 错误!未定义书签。建立结构模型........................................................................................................... 错误!未定义书签。PSC截面钢筋输入 ................................................................................................... 错误!未定义书签。输入荷载 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。定义施工阶段. (60) 输入移动荷载数据................................................................................................... 错误!未定义书签。输入支座沉降........................................................................................................... 错误!未定义书签。运行结构分析 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。查看分析结果........................................................................................................... 错误!未定义书签。PSC设计................................................................................................................... 错误!未定义书签。
MIDAS梁格法学习小结及疑问
MIDAS梁格法学习小结及疑问 最近在做一个半径80米，曲线弧长90米，采取3跨30米布置的连续曲梁桥。经过计算我的圆心角为32度，必须得当作曲梁模拟。 首先我采用的是单箱梁模拟，但是经过师兄提醒，感觉到这样考虑十分不妥，因为曲梁桥弯扭藕合作用明显。横桥向扭矩的分析对桥梁最后结果有着很大的影响。即需要做横向分析。 因此特来论坛淘梁格法计算的资料，这一搜索不得了，让我有种醍醐灌顶的感觉。尤其是bridgedlut兄的见解，让我受益颇深。同时还有有很多前辈表述了自己做时曲梁碰到的问题及自己的见解。我老老实实的坐了一个多小时，十分耐心细致的看完了所有相关帖子。自己感觉到本来对梁格法停留在概念程度上的我已经对梁格法有了进一步的了解，并且对我现在正在做的工程有着很大的帮助，再次对各位表示谢谢了。谢谢各位斑竹辛苦的工作。谢谢kaisi论坛给我提供了一个很好的学习平台。 先谈谈自己看后的一些基本认识： 1.符拉索夫的三个方程经典的描述出了弯扭藕合作用对曲梁的重要影响，需进一步复习加深理解。 2.梁格体系涉及到纵向单元的划分：纵向单元划分当然是越细越好，但是原则上每跨分成8段以上比较理想，其中：截面变化处，关键部位等必须划分，并且连续弯梁桥的中间支座附近因内力变化剧烈，因此需加密网格。 3.横向虚梁的截面模拟。总体原则：每个等效划分梁格的纵向中性轴必须与远箱粱截面在同一高度。 4.通常都把箱梁腹板处化做梁肋。这样腹板处就被化做单元，可以直接查看其内力。 几点补充： 1.梁格法模拟的关键是横截面几何参数的等效化，我这方面的知识比较欠缺。请问能否提供一个比较详细的算例，我想bridgedlut 兄是一定有的，哈哈，或者介绍基本相关的书籍，以便查阅。 2.我这座连续曲梁桥，有两个桥墩，三跨布置，中跨布置两道横隔板，边跨设置边横隔板。请问梁格法在横隔梁处的处理是不是也只把这部分当做实心的截面来看就可以，是否横隔梁处也得沿着全跨分为几个梁格？也就是横隔梁处的计算通常是怎么处理的，针对梁格法？ 特此对有关梁格法的相关好贴做了一个小小的总结，一来方便大家查阅，二来自己后续学习查看也更加方便些。 梁格法计算问题
曲线桥梁计算
目前解决曲线桥梁计算方法有以下几种： 1、空间梁元模型法 2、空间薄壁箱梁元模型法 3、空间梁格模型法 4、实体、板壳元模型法 第一种方法，是不能考虑桥梁的横向效应的，使用时要求桥梁的宽跨比不易太大。第二种方法，是第一种方法的改进，主要区别是采用了不同的单元模型，考虑了横向作用如翘曲和畸变。 第四种方法，是解决问题最有效的方法，能够考虑各种结构受力问题。 第三种方法，是目前设计及科研中常采用的方法，其特点是容易掌握，且对设计能保证足够的精度，其中采用比较多的方法是剪力-柔性梁格法，能充分考虑弯桥横向的受力特性。 剪力-柔性梁格法的原理 是当梁格节点与结构重合的点承受相同挠度和转角时，由梁格产生的内力局部静力等效与结构的内力。其实质是将传统的一维杆单元计算模式推进到二维计算模型，用一个二维的空间网格来模拟结构的受力特性。 对于梁格法的讨论这里也有不少帖子进行了讨论，实际与梁格之间的等效关系，主要表现在梁格各个构件的刚度计算上，理论上，原型和等效梁格承受相等的外荷载时，必须具有恒等的挠曲和扭转，等效梁格中每一构件的内力也必须等于该构件所代表的原型截面的，事实上这种理想状况是达不到的，模拟也是近似的，但事实是按梁格计算能把握住结构的总体性能，对于设计来说应该是能满足精度的。梁格也是近似的模拟，只要计算者能够和好的模拟了横向纵向的特性，应该是可以作为设计依据的。你在这里说的横向的切分使得预应力产生的次内力问题我不太清楚你指的什么，但是只要横向的刚度业等效了原型，对于计算应该不会出现逆所说的结构内力失真，这条可以通过结果验证。 当然任何结构，只要不怕麻烦都可以用实体单元来分析，只要正确模拟，实体分析也是最精确的，但是对于这种模型要准确模拟可不是一件容易的事，并且预应力的损失计算，施加等等都非常麻烦，还有最后结果的查看也不方便，因此除了结构局部的分析，一般是没有拿实体来进行全桥的整体分析的，至于说单梁我也说了，有些时候精度是可以的，但是对于这种结构相对于梁格来说单梁的精度是不如梁格的。特别是在没有把握的前提下可以做一下梁格的分析，对结果进行对比，能放心一些，其实对于设计，能用单梁算的近量用单梁能用平面的尽量不用空间，这也应该是一个原则，前提是对简化做到心中有数。像这种结构来说如果开始计算就用梁格或者更麻烦的实体来配筋都不是一般的麻烦，配筋计算还是最好用简化的单梁，如果不放心然后用其他方式来验算，这样比较合适 在midas分析中应该注意的问题： 如果你要计算的是普通钢筋混凝土结构，主要看内力结果，可以在划分的时候简单一些，直接“一刀切”，也就是顶底板在同一位置切开，但是在计算其抗弯惯性矩的时候一定要注意纵向梁格的界面惯性矩是相对于整体截面的中性轴的，而不是划分以后的梁格截面本身的惯性矩，对于预应力混凝土的结构你就得注意梁格的划分了，在划分的时候尽量使得划分以后的各个梁格截面要跟原截面的中性轴一致，只有这样计算出来的应力结果才能比较准确，当然，如果是等截面的梁只要划分一个截面就可以了，算起来也不是很费时费力，但是如果是变截
T型悬臂梁剪力滞效应研究
T型悬臂梁剪力滞效应研究 一、问题简述 本例采用T型悬臂梁来研究刚度对剪力滞的影响，采用的是钢材Q345B跨度为5米，采用ansys进行分析，采用实体单元进行研究。通过设置界面的不同尺寸来改变截面的刚度，进而分析对剪力滞的影响。 二、剪力滞效应描述 初等梁理论中,我们假定离中性轴同一距的截面我们假定离中性轴同一距的截面在弯矩作用下,沿宽度方向截面的正应力是相等。实际上带翼缘板T梁和箱形截面梁，在对称垂直力作用下翼缘板上的正应沿宽度方向呈不均匀的分布状态。这种由于腹板处剪力流向翼缘板中传递的滞后而导致翼缘板正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象，称为“剪而导致翼缘板正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象，称为“剪滞效应”。剪力滞效应大小的程度用剪力滞系数λ表示，剪力滞系数λ表示为截面应力σ与初等梁理论计算所得应力σ之比。 三、荷载和工况设置 本例通过设置4个工况来研究T型梁不同刚度对剪力滞效应的影响，本例汇总采用均布荷载集度为q=2500N/m，现将工况设置列表如下： 表 1
其中，B1为翼缘板宽度，H1为整个截面高度，B2为腹板厚度，H2为翼缘板高度。 四、计算结果 本例通过ansys建立模型，通过剪力滞理论并结合绘图软件得出以下结果:
五、分析感悟 剪力滞效应是由于腹板在受剪的过程中将剪力传递给翼缘，从而造成翼缘正应力分布不均匀的现象，桥梁结构中的一种重要的现象。由于剪力滞效应的影响，桥梁结构中的应力呈现铰复杂的分布，在腹板附近使得按照初等梁理论的桥梁结构应力小于实际值，如果不考虑剪力滞效应的影响很有可能会低估该部分位置的应力，使得桥梁结构的设计偏于危险。在复杂的桥梁结构特别是翼缘较宽时应该考虑剪力滞的影响，从而对桥梁结构进行设计。
箱梁剪力滞效应求解与应用,
箱梁剪力滞效应求解与应用 摘要:剪力流在横向传递过程中有滞后的现象，称为剪力滞效应。 剪力滞效应带来的应力分布不均匀，应力集中效应，应给予足够的重视。 本文主要通过介绍了薄壁箱梁剪力滞效应及常用求解方法 , 通过对一具体例题的有限元求解 , 详细阐述了剪力滞现象的存在。剪力滞后现象使翼缘有效分布宽度的确定成为正截面承载力计算的关键 , 结合现行规范 , 对考虑箱梁有效宽度后的应力计算结果与有限元求解结果进行了对比。 关键词 :薄壁 ;箱梁 ;剪力滞 ;有效宽度 ;应力 随着箱形梁桥向长悬臂板、大肋间距的简洁型单箱单室截面方向发展，其剪力滞效应日益受到人们关注。然而, 梁弯曲初等理论的基本假定是变形的平截面假定, 它不考虑剪切变形对纵向位移的影响, 因此不再适用于扁平的薄壁箱梁。目前, 国内外均建造了大量的箱形薄壁梁桥, 对高跨比较大、宽高比较突出的箱形梁桥, 其剪力滞效应相当严重, 如果忽略剪力滞的影响, 势必导致结构失稳或破坏。箱形梁的受力是一个复杂结构空间分析问题，对箱形梁进行受力分析时，往往采用一些假定和近似处理方法，将作用于箱形梁上的偏心荷载分解成对称荷载与反对称荷载对称荷载作用时，按梁的弯曲理论求解；反对称荷载作用时，按薄壁杆件扭转理论分析，按叠加原理将计算结果叠加而得。箱形梁在偏心荷载作用下将产生纵向弯矩、扭转、畸变及横向挠曲四种基本状变形态。
1箱梁剪力滞及其求解方法 1.1剪力滞 根据初等梁理论中的平截面假定，不考虑剪切变形效应对纵向位移的影响，箱梁的两腹板处在对称竖向荷载作用下，沿梁宽度方向上、下翼板的正应力是均匀分布的。但由于在宽翼箱梁中沿翼缘板宽度方向剪切变形的非均匀分布，引起弯曲时腹板的翼板纵向位移滞后于近肋板处的翼板纵向位移，而弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。这种由翼缘板的剪切变形造成沿宽度方向弯曲正应力的非均匀分布，在美国称为“剪力滞效应”，英国则称为“弯曲应力离散”。靠近腹板处的纵向应力若大于靠近翼缘板中点或悬臂板边缘处的纵向应力，称为“正剪力滞”；反之，则称为“负剪力滞”。剪力滞效应常用剪力滞系数λ来衡量, λ的经典定义为: σ λ = σ- σ：实际截面上发生的应力 σ-:初等梁理论算出的应力
浅谈对梁格的几点认识
浅谈对梁格的几点认识 上海浦东建筑设计研究院有限公司杭州分公司黄声涛 【摘要】: 梁格分析法是用计算机分析桥梁上部结构比较实用有效的空间分析方法，它具有基本概念清晰、易于理解和使用等特点，因此在桥梁结构分析中得到了广泛的采用。但是对于抗扭等需要做整体截面来考虑时，单梁模型则较真实得反应了结构整体受力性能。【关键词】梁格法箱梁截面特性空间单梁 一、梁格法基本原理 梁格法的基本思想是用等效梁格代替桥梁上部结构,将分散在板式或箱梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内,实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内,横向刚度集中于横向梁格构件内。理想的刚度等效原则应该满足:当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时,两者的挠曲将是恒等的,并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。 二、适用范围 梁格法主要针对的是宽跨比较大的直线桥以及圆心角较大的曲线梁桥。之所以需要用梁格体系来分析结构，就是因为原本当作杆系构件的梁因为承受了不能忽视的扭矩以及横向弯曲作用。如对于直线宽桥，活载的偏心布置所产生的扭矩不能简单的用偏载系数这一概念简化。而对于曲线梁桥更是如此，首先恒载的不对称就会产生一部分扭矩，这种效应更使结构不能再用一根杆来进行分析计算。要么在杆件上添加扭矩，要么就得使用梁格法以增加横向杆件数量了，或者干脆采用实体模型分析。虽然梁格法对原结构进行了面目全非的简化，大量几何参数要预先准备，人为偏差较难避免，但是相对于单梁和实体单元模型，梁格模型既能考虑桥梁横截面的畸变，又能直接输出各主梁的内力，便于利用规范进行强度验算，整体精度满足设计要求。正是由于这个优点使得梁格法成为计算曲线梁桥、宽梁桥的最佳方法。 三、梁格划分 对于有腹板的箱型、T型梁桥，其梁格模型中纵向主梁的个数，应当是腹板的个数。对于实心板梁，纵向主梁的个数可按计算者意愿决定。全桥顺桥向划分M个梁段，共有M+1 个横截面，每个横截面位置，就是横向梁单元的位置。支点应当位于某个横截面下面，也就是在某个横向梁单元下面。每一道横梁都被纵向主梁和支点分割成数目不等的单元。纵、横梁单元用同一种最普通的12自由度空间梁单元，能考虑剪切变形影响即可。对于箱梁而言，一般来说，横向梁格划分一个腹板一个梁格。且假若能尽量满足划分梁格后的各个梁格质心与原箱梁腹板的中心重合将对预应力效应模拟的准确性很有帮助。而纵向梁格每跨8到10 个梁格可以基本满足精度要求。下面结合箱梁实例来谈一谈如何进行梁格截面划分。
MIDAS梁格法建模
MIDAS梁格法建模 2021-4-2612:14MIDAS梁格法建模使用该软件,针对于一般的窄桥可以使用单梁进行模拟,遇到宽度较大的桥梁,尽量使用梁格法,有没有人用梁格法建立过模型\用MIDAS进行局部构件分析的,希望能发一些这样的实例上来,谢谢wentao8401全文结束》》-4-2614:29前段时间我集中时间精力学习了下梁格法，有点不太理解你所谓的局部构件分析指的是什么，因为据我所知，midas只有用它的FX+才能算局部分析，或者用ansys的子结构分析也可以。谈谈我对梁格的几点认识： 1、它是一种将空间分析近似为平面干系分析的方法，精确程度可以满足工程需求。适用范围：梁格法主要针对的是宽跨比较大的直线桥以及圆心角较大的曲线梁桥。我个人的理解，只所以需要用梁格子体系来分析结构，就是因为原本当作干系构件的梁因为承受了不能忽视的扭矩以及横向弯曲作用。如对于直线宽桥，活载的偏心布置所产生的扭矩不能简单的用偏载系数这一概念简化。而对于曲线梁桥更是如此，首先恒载的不对称就会产生一部分扭矩，这种效应更使结构不能再用一根杆来进行分析计算。要么在杆件上添加扭矩，要么就得使用梁格法以增加横向杆件数量了。 3、梁格原理：模拟梁格体系，使其受荷效应与原结构等效（不可能那么精确，只能说接近等效）
4、梁格需要注意的几个方面：第一、关于梁格的划分，为保证荷载的正确传递，横向杆件的间距不宜超过纵向梁肋的间距。也就是说纵向梁格的划分以横向梁格划分为标尺，而横向的梁格划分又得遵循划分后各个梁格的中性轴与原截面保持在同一水平高度处（这点很关键，主要是保证梁格纵向弯曲与原结构的等效性）。对于箱梁而言，一般来说，横向梁格划分一个腹板一个梁格。且假若能尽量满足划分梁格后的各个梁格质心与原箱梁腹板的中心重合将对预应力效应模拟的准确性很有帮助。而纵向梁格每跨8到10个梁格可以基本满足精度要求。第二、截面几何特性值的修正，（主要针对箱梁截面）因为划分梁格的截面几何特性相对原截面有较大偏差，需要对纵梁格的抗扭惯性矩，剪切面积以及横向梁格的抗弯惯性矩以及剪切面积进行修正，具体公式我参考的是《上部结构性能》一书上第五章的剪力-柔性梁格法的公式。梁格法的不足：由于梁格法依照平截面假定，因此它考虑不了剪力滞后效应。因此对于少横隔梁的结构假如需要计算其剪力滞效应的话可以使用空间有限元分析软件计算，midas是算不了的，ansys可以。而且梁格法最后所得结果的准确性在很大程度上是于人对梁格的理解掌握能力成正比的，建议假若不需要使用梁格的时候，尽量不用。比如圆心角大于30度的曲桥用midas的单梁模拟精度完全可以相信。以上主要是总结一下自己学习的一些体会，难免有不正确的地方，望高手进一步指点。附上自己认为比较好的一些资料跟模型供大家查阅。希望多多交流。lingboms
箱形截面梁的剪力滞效应
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/3817023732.html, 箱形截面梁的剪力滞效应 作者：田建辉 来源：《中国新技术新产品》2010年第09期 摘要:随着交通事业的发展以及城市化速度的加快,桥梁在日益繁忙的公路和城市交通中显得越来越重要。许多新的桥型、大跨宽桥以及特宽桥相继出现,各种桥梁截面形式纷纷被采用,其中箱形截面形式就是常被采用的形式之一。剪力滞效应分析是箱形截面分析的重要组成部分。本文主要阐述了剪力滞效应的概念、影响因素及其计算理论。 关键词:剪力滞;箱形截面 1 剪力滞效应的概念及其所引起的问题 1924年卡曼(T.V.Karman)对宽翼缘的T梁探讨有效分布宽度的问题时涉及了剪力滞效应的问题,一般情况下,狭窄翼缘的剪切扭转变形不大,其受力性能接近于简单梁理论的假定,即平截面假定,而宽翼缘因这部分变形的存在,而使远离梁肋的翼缘不能参与承弯工作,也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离的增加而减小,这个现象就称为“剪力滞后”,简称剪力滞效应。箱梁在对称荷载作用下的弯曲也同样存在这种剪力滞现象,特别是大跨度预应力混凝土桥梁中所采用 的宽箱梁,由于箱梁上下翼板的剪切扭转变形使翼缘板远离箱肋板处的纵向位移滞后于肋板边 缘处,因此产生较为明显的剪力滞效应,且在翼缘板内的弯曲应力呈曲线分布。近几年相继建造了大量的箱形薄壁梁桥, T构、刚构、斜拉桥,特别是一些宽跨比较大,宽高比也较为突出的桥,这些桥的剪力滞效应是较为严重的。 2 剪力滞效应的计算理论 2.1 弹性理论解法 弹性理论解法有板壳理论(J.E.Gibson、M.H.Mitwally)、正交异性板法(Abdel-Sayed)和弹性折板理论法(Goldberg、Leve)。弹性理论解法是以经典的弹性理论为基础,其优点是能获得较精确的解答,能够很好的解决简单的力学模型,经常用于等截面简支梁的剪力滞问题求解。其中,弹性折板法运用谐波分析的方法,可以求解各种支承条件的梁。用该方法研究悬臂箱梁是一个由 板件构成的实际的空间体系,分析时比应用有限元法能大大节约时间,况且它是一种精确解。但是,弹性理论解法由于分析和计算公式的繁琐,很难应用于实际的工程问题,无法用于复杂结构问题的分析。 2.2 比拟杆法
剪力滞后
框筒结构有单筒和束筒之分，单筒是梁柱在平台内侧形成的闭合体，束筒是在平台内侧形成的多个闭合体。无论单筒和束筒，腹板框架承担绝大部分剪力而翼缘框架承担绝大部分弯矩，它们之间通过框筒束联系，如果角柱很弱，则达不到上述效果。由于梁的弹性变形，在侧向荷载的作用下，截面并不保持为平面，角柱处轴向变形为最大，离角柱越远的各柱轴向变形为最小，这种现象称为剪力滞后，如图所示。 剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后后现象。剪力滞后，有时也叫剪切滞后，从力学本质上说，
是圣维南原理，它严格地符合弹性力学的三大方程，即几何方程、物理方程、平衡方程。具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。 剪力滞后后效应通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中如筒结构和箱梁，在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件。当结构水平力作用下，主要反应是一种应力不均匀现象，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。这就是一种剪力滞后后效应。当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值，称为正剪力滞后，反之为负剪力滞后。 忽略剪力滞后效应的影响，就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力，从而导致不安全：如1969－1971年在欧洲不同地方相继发生了四起箱梁失稳或破坏事故。事故发生后，许多桥梁专家对桥梁的设计和计算方法进行了研究和分析，提出这四座桥的计算方法存在严重缺陷，其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞后效应”，因此导致应力过分集中造成桥梁的失稳和局部破坏。又如广东省的佛陈大
剪力滞后效应知识科普
剪力滞后效应知识科普 剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象,小至一个构件,大至一栋超高层建筑,都会有剪力滞后现象.剪力滞后有时也叫剪切滞后,具体表现是,在某一局部范围内,剪力所能起的作用有限,所以正应力分布不均匀,把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后.例如在墙体上开洞以后,由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象,使柱中正应力分布呈抛物线状,称为剪力滞后效应. 剪力滞后效应的概念是在箱梁中提出的.剪力滞后效应在T 型、工型和闭合薄壁结构中（如筒结构和箱梁）表现得较为典型,在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件.当结构处于水平力作用下时,主要反应是一种应力不均匀现象,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,由此引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移,当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值,称为正剪力滞,反之为负剪力滞. 剪力滞概念与有效分布宽度相同,前者用不均匀应力表示,后者用一等效板宽表示.为了使简单梁理论能够用于宽翼缘梁的分析,故对翼缘定出个“有效翼缘宽度”翼缘的有效宽度为假设的翼缘宽度,沿其宽度上受均匀压缩,其压缩值如同在同样的边缘剪
力作用下的实际翼缘的受载边缘数值一样.另外,有效宽度可以视为理论的翼缘宽度,该理论翼缘承受具有均匀应力的压力.该均匀应力与原型宽翼缘处的应力峰值相等,而且总压力值相等. 在框筒结构中,结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件.在水平力作用下,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小,翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形,同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律.这就是一种剪力滞后效应.
迈达斯Midascivil梁格法建模实例
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目录 概要......................................................... 设置操作环境 ................................................. 定义材料和截面 ............................................... 建立结构模型 ................................................. PSC截面钢筋输入 .............................................. 输入荷载 ..................................................... 定义施工阶段 ................................................. 输入移动荷载数据 ............................................. 输入支座沉降 ................................................. 运行结构分析 ................................................. 查看分析结果 ................................................. PSC设计......................................................
梁格法截面特性计算
梁格法截面特性计算 读书报告
目录 第一章梁格法简介 (1) 1.1梁格法基本思想 (1) 1.2梁格网格的划分 (1) 1.2.1纵梁的划分 (2) 1.2.2 虚拟横梁的设置间距 (2) 第二章梁格分析板式上部结构 (3) 2.1 结构类型 (3) 2.2 梁格网格 (3) 2.3 截面特性计算 (4) 2.3.1 惯性矩 (4) 2.3.2 扭转 (4) 第三章梁格法分析梁板式上部结构 (5) 3.1 结构类型 (5) 3.2 梁格网格 (5) 3.3 截面特性计算 (6) 3.3.1 纵向梁格截面特性 (6) 3.3.2 横向梁格截面特性 (7) 第四章梁格法分析分格式上部结构 (8) 4.1 结构形式 (8) 4.2 梁格网格 (8) 4.3 截面特性计算 (9) 4.3.1 纵向梁格截面特性 (9) 4.3.2 横向梁格截面特性 (12) 第五章箱型截面截面特性计算算例 (15)
第一章梁格法简介 1.1梁格法基本思想 梁格法主要思路是将上部结构用一个等效梁格来模拟，如图1.1示，将分散在板式或箱梁每一段内弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格内，而横向刚度则集中于横向梁格构件内。从理论上讲，梁格必须满足一个等效原则：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时，两者的挠曲应是恒等的，而且在任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩应等于该梁格所代表的实际结构的部分内力。 图1.1 （a）原型上部结构（b）等效梁格 1.2梁格网格的划分 采用梁格法对桥梁结构进行分析时，首先考虑的是如何对梁格单元的合理划分。网格划分的枢密程度是保证比拟梁格与实际结构受力等效的必
薄壁箱梁剪力滞理论的评述和展望_罗旗帜
第19卷第3期 佛山科学技术学院学报(自然科学版) Vol.19No.3 2001年9月 Jo urnal o f Foshan Univer sity(Natural Science Editio n)Sep.2001 文章编号:1008-0171(2001)03-0029-07 薄壁箱梁剪力滞理论的评述和展望 罗旗帜1,吴幼明2 (1.佛山科学技术学院教务处,广东佛山528000;2.佛山科学技术学院数学系,广东 佛山528000) 摘要:介绍了国内外近几十年来有关薄壁箱梁剪力滞的研究成果,综述了所获成果的研究理 论和方法,评述了各种理论和方法的适用性和局限性,提出了今后有待进一步研究的方向。 关键词:薄壁箱梁;剪力滞;评述;展望 中图分类号:U448.213 文献标识码:A 在20世纪60年代末至70年代初,奥地利、英国、澳大利亚及德国相继发生了四起大跨径钢箱梁的重大事故,据各国专家分析,造成重大事故的直接原因是设计理论上的失误,其中重要一项就是对剪力滞未加考虑。近几年来,宽翼薄壁箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥和高架桥中得到广泛的应用。但是我国现行桥梁设计规范中缺乏关于确定箱梁剪力滞效应的具体规定。所以在一般工程设计中忽视了这一问题,从而造成一些箱梁桥不断地发现有横向裂缝[1]。因此,箱梁的剪力滞问题引起各国桥梁专家的高度重视。近几十年来,国内外许多学者致力于该课题的研究,分别从解析理论、数值解法和模型试验等方面对剪力滞问题提出了许多新设想和新理论,并获得了许多的研究成果,部分成果已纳入规范之中,如英国规范[2]和德国工业标准规范[3]等。本文介绍了国内外有关薄壁箱梁剪力滞的研究成果,从理论和实际应用上评述了各种理论和方法的适应性和局限性,并提出了今后研究的方向。 1 解析理论 1.1 弹性理论解法 (1)调谐函数法 调谐函数法是以肋板结构为基础,取肋板和翼板为隔离体,肋板由初等梁理论分析,而翼板由平面应力分析,用逆解法求解应力函数,然后根据肋板和翼板之间的静力平衡条件和变形条件,建立方程组,求出未知数,从而导得翼板的应力和挠度解。早在1924年,弗?卡门[4]就利用该方法解决了无限宽翼缘板的应力分布及其有效分布宽度问 收稿日期:2001-03-05 作者简介:罗旗帜(1955-),男,浙江温州人,佛山科学技术学院教务处处长,教授,主要从事桥梁工程与交通工程教学与科研工作。
MIDAS梁格法建模
查看完整版本: MIDAS梁格法建模 tomatogarden 2007-4-26 12:14 MIDAS梁格法建模 使用该软件十,针对于一般的窄桥可以使用单梁进行模拟,遇到宽度较大的桥梁,尽量使用梁格法,有没有人用梁格法建立过模型\用MIDAS进行局部构件分析的,希望能发一些这样的实例上来,谢谢 wentao8401 2007-4-26 14:29 前段时间我集中时间精力学习了下梁格法，有点不太理解你所谓的局部构件分析指的是什么，因为据我所知，midas只有用它的FX+才能算局部分析，或者用ansys 的子结构分析也可以。 谈谈我对梁格的几点认识： 1.它是一种将空间分析近似为平面干系分析的方法，精确程度可以满足工程需求。 适用范围：梁格法主要针对的是宽跨比较大的直线桥以及圆心角较大的曲线梁桥。我个人的理解，只所以需要用梁格子体系来分析结构，就是因为原本当作干系构件的梁因为承受了不能忽视的扭矩以及横向弯曲作用。如对于直线宽桥，活载的偏心布置所产生的扭矩不能简单的用偏载系数这一概念简化。而对于曲线梁桥更是如此，首先恒载的不对称就会产生一部分扭矩，这种效应更使结构不能再用一根杆来进行分析计算。要么在杆件上添加扭矩，要么就得使用梁格法以增加横向杆件数量了。 3.梁格原理：模拟梁格体系，使其受荷效应与原结构等效（不可能那么精确，只能说接近等效） 4.梁格需要注意的几个方面： 第一.关于梁格的划分，为保证荷载的正确传递，横向杆件的间距不宜超过纵向梁肋的间距。也就是说纵向梁格的划分以横向梁格划分为标尺，而横向的梁格划分又得遵循划分后各个梁格的中性轴与原截面保持在同一水平高度处（这点很
梁格法截面特性计算知识讲解
梁格法截面特性计算
梁格法截面特性计算 读书报告
目录 第一章梁格法简介 (1) 1.1梁格法基本思想 (1) 1.2梁格网格的划分 (1) 1.2.1 纵梁的划分 (2) 1.2.2 虚拟横梁的设置间距 (2) 第二章梁格分析板式上部结构 (3) 2.1 结构类型 (3) 2.2 梁格网格 (3) 2.3 截面特性计算 (4) 2.3.1 惯性矩 (4) 2.3.2 扭转 (4) 第三章梁格法分析梁板式上部结构 (5) 3.1 结构类型 (5) 3.2 梁格网格 (5) 3.3 截面特性计算 (6) 3.3.1 纵向梁格截面特性 (6) 3.3.2 横向梁格截面特性 (7) 第四章梁格法分析分格式上部结构 (8) 4.1 结构形式 (8) 4.2 梁格网格 (8) 4.3 截面特性计算 (9) 4.3.1 纵向梁格截面特性 (9) 4.3.2 横向梁格截面特性 (12) 第五章箱型截面截面特性计算算例 (15)
第一章梁格法简介 1.1梁格法基本思想 梁格法主要思路是将上部结构用一个等效梁格来模拟，如图1.1示，将分散在板式或箱梁每一段内弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格内，而横向刚度则集中于横向梁格构件内。从理论上讲，梁格必须满足一个等效原则：当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同荷载时，两者的挠曲应是恒等的，而且在任一梁格内的弯矩、剪力和扭矩应等于该梁格所代表的实际结构的部分内力。 图1.1 （a）原型上部结构（b）等效梁格 1.2梁格网格的划分 采用梁格法对桥梁结构进行分析时，首先考虑的是如何对梁格单元的合理划分。网格划分的枢密程度是保证比拟梁格与实际结构受力等效的必要条件之一。合理的网格划分，不仅能准确反映结构的受力特征，还能提高工作效率。
产生工程事故的剪力滞后效应解析
产生工程事故的剪力滞后效应解析 简单的说：墙体上开洞形成的空腹筒体又称框筒,开洞以后,由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象,使柱中正应力分布呈抛物线状,称为剪力滞后现象.剪力滞后现象使框筒结构的角柱应力集中. 如：在结构设计中往往全长加密角柱箍筋,目的之一就是增加角柱的抗剪能力,增加延性. 1、剪力滞后现象越严重,框筒结构的整体空间作用越弱； 2、剪力滞后的大小与梁的刚度、柱距、结构长宽比等有关.梁刚度越大、柱距越小、结构长宽比越小,剪力滞后越小； 3、框筒结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来. 此外梁柱的刚度比、平面形状及建筑物高宽比影响很大.概念设计时一定考虑全
剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象,小至一个构件,大至一栋超高层建筑,都会有剪力滞后现象.剪力滞后,有时也叫剪切滞后,从力学本质上说,是圣维南原理,它严格地符合弹性力学的三大方程,即几何方程、物理方程、平衡方程.具体表现是,在某一局部范围内,剪力所能起的作用有限,所以正应力分布不均匀,把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后. 剪力滞后效应通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中如筒结构和箱梁,在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件.当结构水平力作用下,主要反应是一种应力不均匀现
象,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移,从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小,翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形,同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律.这就是一种剪力滞后效应.当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值,称为正剪力滞,反之为负剪力滞. 忽略剪力滞效应的影响,就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力,从而导致不安全：如1969－1971年在欧洲不同地方相继发生了四起箱梁失稳或破坏事故.事故发生后,许多桥梁专家对桥梁的设计和计算方法进行了研究和分析,提出这四座桥的计算方法存在严重缺陷,其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞效应”,因此导致应力过分集中造成桥梁的失稳和局部破坏.又如广东省的佛陈大桥、乐从立交桥、江湾立交桥、顺德立交桥、文沙大桥等出现桥梁翼板横向裂缝,据资料显示其主要原因是未考虑剪力滞,致使实际应力大于设计应力,不能满足翼板承载力的要求而出现裂缝.
梁格法
梁格的几点认识: 1.它是一种将空间分析近似为平面干系分析的方法，精确程度可以满足工程需求。 2.适用范围：梁格法主要针对的是宽跨比较大的直线桥以及圆心角较大的曲线梁桥。我个人的理解，只所以需要用梁格子体系来分析结构，就是因为原本当作干系构件的梁因为承受了不能忽视的扭矩以及横向弯曲作用。如对于直线宽桥，活载的偏心布置所产生的扭矩不能简单的用偏载系数这一概念简化。而对于曲线梁桥更是如此，首先恒载的不对称就会产生一部分扭矩，这种效应更使结构不能再用一根杆来进行分析计算。要么在杆件上添加扭矩，要么就得使用梁格法以增加横向杆件数量了。 3.梁格原理：模拟梁格体系，使其受荷效应与原结构等效（不可能那么精确，只能说接近等效） 4.梁格需要注意的几个方面： 第一.关于梁格的划分，为保证荷载的正确传递，横向杆件的间距不宜超过纵向梁肋的间距。也就是说纵向梁格的划分以横向梁格划分为标尺，而横向的梁格划分又得遵循划分后各个梁格的中性轴与原截面保持在同一水平高度处（这点很关键，主要是保证梁格纵向弯曲与原结构的等效性）。对于箱梁而言，一般来说，横向梁格划分一个腹板一个梁格。且假若能尽量满足划分梁格后的各个梁格质心与原箱梁腹板的中心重合将对预应力效应模拟的准确性很有帮助。而纵向梁格每跨8到10个梁格可以基本满足精度要求。 第二.截面几何特性值的修正，（主要针对箱梁截面）因为划分梁格的截面几何特性相对原截面有较大偏差，需要对纵梁格的抗扭惯性矩，剪切面积以及横向梁格的抗弯惯性矩以及剪切面积进行修正，具体公式我参考的是《上部结构性能》一书上第五章的剪力-柔性梁格法的公式。 5.梁格法的不足：由于梁格法依照平截面假定，因此它考虑不了剪力滞后效应。因此对于少横隔梁的结构假如需要计算其剪力滞效应的话可以使用空间有限元分析软件计算，midas是算不了的，ansys可以。而且梁格法最后所得结果的准确性在很大程度上是于人对梁格的理解掌握能力成正比的，建议假若不需要使用梁格的时候，尽量不用。比如圆心角大于30度的曲桥用midas的单梁模拟精度完全可以相信。 用梁格要分割箱梁,箱梁纵截面应该是可以用midas里面提供的PSC截面的,但是要选择分割后对应的形状,比如单箱双室箱梁按三个腹板分成三条纵梁,那么两边梁是τ(希腊字母tao),中间是工字形,划分时要通过试算使三个截面的形心轴高度与未划分前整个截面基本一致,为了加载在箱梁两边还可建两个虚纵梁(截面输很小使刚度小于实纵梁的千分一) 有横隔板处设置横向梁格,截面可按<桥梁工程>中比拟正交异性板中介绍的横隔板输入断面,在横隔板之间可多设几道横向梁,截面输成工字形但该工字中间的腹板可输个很小值(这是使截面的主要惯矩是顶底板绕它们的共同重心轴的惯矩)