预应力混凝土斜拉桥肋板式主梁施工过程中的剪力滞效应研究
铁路肋板式槽型连续梁剪力滞效用试验研究
Value Engineering0引言槽型梁是一种新型桥梁结构，主要运用于铁路桥梁、城市轨道交通中。
肋板式槽型梁由腹板、底板、肋板、设置在支座处的横隔板组成，属于下承式开口薄壁构件。
轨道及列车直接作用在底板上，底板将荷载传递至腹板下缘，腹板将荷载传递给支座。
槽型梁具有以下特点：列车直接作用在底板上，能够有效解决空间受限问题；桥梁结构高度减小，结构体量较小，显得轻巧、美观；腹板结构承受荷载、隔音降噪。
因截面为开口薄壁截面，截面受力和变形较复杂，特殊的传力路径导致底板与腹板连接位置受力较复杂，易出现开裂等问题，国内外学者对简支槽型梁的力学特性和试验研究较多，但对铁路肋板式槽型连续梁实桥试验却研究较少。
为此，本文以沪通铁路（40+64+40）m 铁路肋板式槽型连续梁进行实桥足尺静载试验，分析研究了槽型连续梁底板剪力滞分布规律，该研究成果可为铁路预应力混凝土槽型连续梁桥的设计、建造、维护提供参考。
1工程概况试验梁为沪通铁路黄封联络线特大桥（40+64+40）m 预应力混凝土槽型连续梁桥采用盘扣支架法施工。
桥梁各跨计算跨径分别为4000cm 、6400cm 、4000cm ，在边支点和中支点设置4道横隔板，跨中共设置15道板肋。
横隔板截面高500cm ，腹板厚200cm ，底板宽1120cm ，底板厚110cm ；板肋截面高450cm ，腹板厚65cm ，底板宽1050cm ，底板厚60cm ；板肋截面高450cm ，板肋厚200cm ，底板宽1050cm ，底板厚60cm 。
梁体设2%横坡，曲线半径为1500m 。
梁体采用C55高性能混凝土，预应力筋采用抗拉强度标准值为f pk =1860MPa 、弹性模量为E p =195GPa 、公称直径为15.20mm 高强度钢绞线。
2施工方法2.1支架设置支架采用盘扣支架，根据力学计算确定支架布设。
2.2支架加载预压安照0->40%->60%->110%->60%->40%->0每级加载、分级卸载并测量测点数据。
宽幅脊骨梁矮塔斜拉桥剪力滞效应分析及试验研究
宽幅脊骨梁矮塔斜拉桥剪力滞效应分析及试验研究刘傲;林文强;宋军【摘要】以江肇高速公路西江特大桥为背景,研究宽幅脊骨梁矮塔斜拉桥截面正应力分布规律.通过理论计算并结合实桥试验验证,得出了各关键断面应力不均匀系数,为优化预应力钢束设计及改善宽幅截面受力性能提供了依据.【期刊名称】《城市道桥与防洪》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】3页(P78-80)【关键词】矮塔斜拉桥;剪力滞;效应分析【作者】刘傲;林文强;宋军【作者单位】广东省南粤交通投资建设有限公司,广东广州510101;广东省南粤交通投资建设有限公司,广东广州510101;同济大学,上海市200092【正文语种】中文【中图分类】U448.27江肇高速公路是珠江三角洲经济区外环公路的西环段，位于珠江三角洲西部地区。
路线起于江门市杜阮镇，终于肇庆市四会市东城区。
西江特大桥是江肇高速公路建设难度最大的控制性工程，也是江肇高速公路的标志性工程。
大桥位于永安镇与沙浦镇之间，桥位跨越西江主干流，主桥为四塔五跨单索面脊骨梁预应力混凝土矮塔斜拉桥，跨径布置为128 m+3×210 m+128 m=886 m，采用墩、塔、梁固结刚构体系，见图1。
大桥主梁为预应力混凝土结构，采用变高度斜腹板单箱三室宽幅脊梁断面。
顶板宽38.3 m，悬臂长8.15 m，两侧设5.15 m宽后浇带，在同类型桥梁中，桥面宽度和挑臂长度均较大，故剪力滞效应明显，应对其顶底板纵向剪力滞效应进行研究。
箱梁纵向受力不均匀性主要受剪力滞效应以及偏载效应影响。
关于剪力滞理论以及翼缘板有效工作宽度的研究，早在20世纪20年代就开始了，虽然对剪力滞问题提出了较多的理论，如弹性理论解法、比拟杆法、能量变分法、数值分析法等进行分析和求解，但这些方法大多依赖于假定位移函数，计算结果偏理想化，新结构以及分节段受力特性使得传统算法存在较多的不足之处[1-4]，在西江特大桥中，主梁体系具有如下特点：（1）主梁为宽幅脊梁，顶底板普遍较薄，悬臂较长，首先会会加剧剪力滞效应，其次边载偏心距增大，也会加剧扭转和偏载效应；（2）主梁悬臂分次浇筑，后浇段受力时机及纵向受力特征与一次浇筑构件存在本质区别；（3）单索面矮塔斜拉桥体系，索力传递不均匀，成为纵向受力不均匀原因之一；（4）悬臂施工，各截面剪力滞效应随各阶段荷载及边界的变化产生变化，不加以验算配筋，可能导致施工阶段主梁局部开裂或破坏，目前剪力滞研究中较少涉及。
箱形梁的剪力滞效应分析
箱形梁的剪力滞效应分析摘要: 针对某100m+192m+100m预应力混凝土连续刚构桥的箱梁受力特征，以现有的剪力滞效应理论为基础，并利用三维通用有限元分析软件ANSYS，建立本桥在运营阶段的三维有限元实体模型，分析了该桥在恒载、恒载与预应力荷载组合下的箱梁顶底板的应力分布情况，同时根据相关公式计算了各截面的剪力滞系数。
关键词：箱梁有限元实体模型剪力滞系数0引言箱梁剪力滞效应是指在箱形梁中,产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板,而剪应力在翼板上的分布是不均匀的,在肋板与翼板的交接处最大,随着离开肋板的距离增加而逐渐减小,因此,剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。
由于翼板剪切变形的不均匀性,引起弯曲时远离肋板的翼板之纵向位移滞后于近肋板的翼板之纵向位移,因此弯曲应力的横向分布呈曲线形状,这种弯曲应力分布不均匀的现象,称作剪力滞效应。
剪力滞效应常用剪力滞系数λ来衡量,λ的经典定义为:当λ值大于1时称为正剪力滞效应:而当λ值小于1时称为负剪力滞效应混凝土箱梁桥虽然是空间结构，但通常按平面梁单元进行简化分析，这种计算能够把握桥梁结构纵向抗弯、抗剪的主要规律，在一般情况下，能够较好地保证结构的安全度。
然而，在大跨度、宽箱体及曲线梁桥中，结构的空间效应比较显著，难以通过平面计算解决，在这些情况下，考虑箱梁桥的空间弯曲、剪滞、扭转、畸变等效应就显得十分重要。
为考虑箱梁在偏载作用下的扭转、畸变等效应，在工程设计中，经常引入偏载增大系数用以修正按平面杆系计算的截面应力值。
有关箱梁剪力滞的相关成果已纳入规范标准之中，例如德国工业规范（DIN1075）、美国公路桥梁设计规范（(AASHTO—LRFD)、中国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）、中国《高速铁路设计规范》（试行）（TB 10621-2009）。
笔者通过对某特大桥进行空间有限元分析，讨论该桥在不同荷载下的剪力滞效应，为今后的桥梁设计提供一定的参考。
斜拉桥索塔与索梁锚固区局部应力分析
构 造 及 预应 力 钢 束 的 布 置 均 有 重 要 意 义 。 以一 座 独 塔 混 凝 土 斜 拉 桥 为 例＇ 用 有 限 元 方 法 对 索 ’ 运 塔 、 梁 锚 固 区进 行 了空 间应 力分 析 ， 索 总结 了锚 固 区 的受 力 特 点 。
结 果 表 明 ． 工 艺 与 传 统 工 艺 相 比具 有 明 显 的 先 进 性 ， 的 独 到之 处 是 使 繁 琐 的 转 体 施 工 工 艺 变 本 它
得 简单 、 速 、 全 、 控 。 快 安 易 关键 词 转体施工工艺 钢球铰 牵引索 连续 牵 引
桥梁转 体施 工是指 将桥梁 结构 在非设 计轴 线 位置 制作成形 后 ， 通过 转体 就位 的一种施 工方 法 。 转 体施 工与 以往悬 臂拼 装 、 臂浇筑 、 悬 原位 现浇 等 施 工工 艺相 比， 有几 乎完全 不干扰 交通 的特点 ， 具 特 别适 用于具 有繁 忙运输 要求 线路 的跨线 桥 。且 施 工快速 、 合 经 济效 益 高 。桥梁 转 体 施 工 根据 综
ａ ）立 面
图 ２ 索 塔 锚 固端 构造 图 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
固 区， 为单箱 双 室 截 面 。斜 拉 索锚 固端 布置 于 中
隔板两侧 ， 点横 向间距 １ ６ｉ 直 接锚 于混凝 土 锚 ． ｎ，
图 ３ 索 粱 锚 固 端 构 造 图 （ 位 ：ｍ） 单 ｃ
收 稿 日期 ： ０ ｌ ６１ ２ １－ —３ ０
向 ２ 横坡 。斜 拉索 布置 为扇 形 密 索体 系 ， 索 双 面， 采用低 松 弛镀 锌 高 强钢 丝 ， 每个 主 塔 布 有 １ ４
箱梁的剪力滞效应研究综述
。建筑与工程ｏ
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ ＯＧ Ｏ ＭＡ Ｉ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ ＯＬ ＹＩ Ｒ ＴＯＮ ＮＦ
２１ ０ ０年
第 ２ 期 ３
箱梁的剪力滞效应研究综述
胡 欣 （ 汉交 通职 业学 院 湖北 武汉 武
【 摘
４０ ６ ３ ０ ５）
要】 本文介绍 国内外研究 箱梁剪力滞效应的方 法原理 和研 究成果 ， 比较其适 用性和优 缺点 ， 为今后 开展 箱梁剪力滞效应研究提供 了
衡 条 件 和 变 形 协 调 条 件 建 立 一 组 微 分 方 程 。 一 般 情 况 下 ． 带 悬 臂 翼 ２ 箱 梁 剪 力滞 效 应 研 究 的 展 望 不 板 的单 室 矩 形 箱 梁 取 ５根 杆 来 计 算 ． 精 度足 可 。 １ ９ 其 ９０年 ， 士 铎 教 张 综 上所 述 。 内外 学 者 研 究 薄 壁 箱 梁 剪 力 滞 问题 所 提 出 的 理 论 和 国 授 等 人 将 三 杆 比拟 法 用 在 求 解 变 截 面 连 续 箱 梁 中 去 。比拟 杆 法 不 仅 解 方 法 各 有 特 点 ， 也 都 受 到 一 定 的 限制 ， 存 在 着 一 些 共 同 的 问 题 。 但 并 笔 决 了 受 弯 构 件 的 剪 力滞 问 题 ， 还解 决 了 受 轴 向 力 作 用 构 件 的 剪 力 滞 问 者对 今 后 薄壁 箱 梁剪 力 滞 研 究 方 向提 出几 点 建 议 。 题 ， 于 在 压 、 荷 载 共 同作 用 下 加 劲 梁 的 剪 力 滞 问 题 可 用 叠 加 法 求 至 弯 ２１ 研 究 理 论 目前 剪 力 滞 的研 究 理 论 基 本 停 留在 传 统 的 弹 性 力 学 ． 得。 方法上 ， 已不 能适 应 复杂 结 构 分 析 的要 求 。 为半 解 析 法 的 有 限 段 法 ． 作 １３ 弹 性 理 论 解 法 弹性 理 论 的 解 法 是 建 立 在 经 典 弹 性 理 论 基 础 之 ． 尽 管 能将 二 维 位 移 场 按 一 维 离 散 ， 而 降 低 离 散 的 自由 度 ， 降低 了 从 亦 上 的 ， 括 正 交 异性 板 法 、 包 折板 理 论 和 板 壳理 论 等 。 待 求 方 程 组 的 阶数 。但 由于 有 限段 法 是 沿 着 横 断 面 中线 的方 向离 散 ． 瑞斯 纳 ｆ．ｅｓｎｅ） 上 下 板 为 波 纹状 的 悬 臂 矩 形 箱 梁 截 面 的 剪 ＥＲ ｉ ｅｒ ｓ 把 按 一 般 的有 限 单 元 技 术 ， 段 单 元 间的 搭 接 处 理 造 成 困 难 。 此 ， 改 梁 因 需 力 滞 问 题 比拟 成 一 正 交 异 性板 进 行 了 分 析 与 研 究 ， 作 了 近似 简 化 处 进 有 限 段 法 的 单 元 模 型 ． 用 广 义 协 调 法 、 糊 广 义 参 数 法 及 样 条 函 并 利 模 理 。 马尔 可 ｆ ｌｏｉ 等 人 进 一 步 用 此 法 分 析 了加 劲 箱 梁 的 剪 力 滞 效 Ｍａｃｌ） ｎ 数 法 等 理 论 完 善 剪 力 滞 的单 元 模 型 ． 以提 高 计 算 精 度 。 应 。 正 交 异 性板 法 所考 虑 的是 整个 箱 梁 ， 施 加 的 荷 载 要 用 傅 立 叶 级 所 桥 梁 结 构 大 部 分 采 用 钢 筋 混 凝 土 作 为 主 要 材 料 ， 际上 钢 筋混 凝 实 数表达 ， 因而 比较 繁 琐 ， 应 用 上 也 受 到一 定 限 制 。 弹 性 折 板 理 论 由 在 土 受 力 时 呈 现 出 弹塑 性 状 态 ， 所 谓 的 非 线 性 。 目前 剪 力 滞 研 究 仅 停 即 Ｇ ｌ．ｅｇ和 Ｌｖ ｏｄＢ ｒ ｅｅ提 出 ． 定板 平 面 内 与 平 面 外 的 性 能 是 完 全 独 立 的 ， 假 留在 弹 性 范 围 ． 于 材 料 非 线 性 方 面 几 乎 还 未 涉 及 到 ， 展 材 料 非 线 至 开 板 端 在平 面 外位 移 和转 角 以及 平 面 内横 向位 移 都 是 受 到 约 束 的 ， 对 但 性剪力滞理论研究是有必要 的。 翘 曲 则 为 自由 。．．ｉｓｎ和 Ｍ． Ｈｉ ａ ｌ ９ ６年 提 出 了 用 板 壳 理 论 Ｊ Ｇｂｏ Ｅ Ｈ． ｔ ｎｔ １７ ｗ ｙ ２２ 荷 载 形 式 目前 剪 力 滞 理 论 研 究 的 荷 载 形 式 基 本 上 停 留在 静 载 ． 分 析 箱梁 的 剪力 滞 效应 。 们 认 为各 种截 面 形状 的 箱 梁 都 可看 作 是 板 他 范 围的 竖 向集 中荷 载 和 分 布 荷 载 。 际 上 大 跨 径 桥 梁 大 多 数 采 用 预 应 实 单 元 和 筒 壳 单 元 的组 合 体 ， 因而 ， 引 用 板 的 理 论 和 筒 壳 理 论 加 以处 力 混 凝 土 结 构 或 斜 拉 桥 等 压 弯 体 系 ， 们 都 处 于 轴 向和 横 向荷 载共 同 可 它 理 ， 种 理 论 的前 提 对 板 厚 要 求 相 同 。 这 作用下的受力状态 。 因此 ， 进 一 步 研 究 压 弯 薄 壁 结 构 的 剪 力滞 问题 ， 需 国 内 的 宋启 根 教 授 曾用 弹 性 平 面 应 力 理 论 求 解 了 Ｔ形 、 形 和 箱 Ｉ 尤 其 要 探 索 考 虑 剪 力 滞 的 二 阶 稳 定 理 论 。 外 有 关 动 荷 载 的 剪 力滞 研 另 形 粱 在压 、 荷 载共 同作 用 下 ， 用 于 简 支 、 臂 、 续 梁 的 简 化 公 式 。 弯 适 悬 连 究几无涉及 ． 待进一步开展。 有 蔡 松 柏 、 存 权 等 在 利 用 程 翔 云 教 授 研 究 成 果 的 基 础 上 ， 出 了对 称 ２３ 结 构 形 式 当前 剪 力 滞 研 究 的 结 构 形 式 大 多 数 局 限 于 简 支 梁 、 李 导 ． 挠 曲荷 载 作 用 下 简 支 箱 梁 的剪 力 滞 公 式 的精 确 解 ｌ ｌ ｌ 。 悬 臂 梁 ， 对 于 变 高 度 连 续 梁 、 平 曲 线 连 续 梁 、 拉 桥 和 吊桥 等 研 究 而 水 斜 １ 数 值 分析 法 数 值 分 析 法 主要 是 指 有 限 元 法 、有 限 条 法 及 有 限 ． ４ 得 较 少 。 开 展 大 跨 径 桥 梁 的 剪 力 滞 研 究 ， 当 前 工 程 设 计 部 门亟 待 解 是
(完整版)桥梁工程简答题
五、问答题1) 桥梁有哪些基本类型？按照结构体系分类，各种类型的受力特点是什么？答: 梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥。
按结构体系划分，有梁式桥、拱桥、钢架桥、缆索承重桥(即悬索桥、斜拉桥)等四种基本体系。
梁式桥：梁作为承重结构是以它的抗弯能力来承受荷载的。
拱桥：主要承重结构是拱肋或拱圈，以承压为主。
刚架桥：由于梁与柱的刚性连接，梁因柱的抗弯刚度而得到卸载作用，整个体系是压弯构件，也是有推力的结构。
缆索桥：它是以承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
2) 桥梁按哪两种指标划分桥梁的大小？具体有哪些规定？答：按多孔跨径总L 和单孔跨径划分。
3) 各种体系桥梁的常用跨径范围是多少？各种桥梁目前最大跨径是多少，代表性的桥梁名称？答：梁桥常用跨径在20米以下，采用预应力混凝土结构时跨度一般不超过40 米。
代表性的桥梁有丫髻沙。
拱桥一般跨径在500 米以内。
目前最大跨径552 米的重庆朝天门大桥。
钢构桥一般跨径为40-50 米之间。
目前最大跨径为4) 桥梁的基本组成部分有哪些？各组成部分的作用如何？答：有五大件和五小件组成。
具体有桥跨结构、支座系统、桥墩、桥台、基础、桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝和灯光照明。
桥跨结构是线路遇到障碍时，跨越这类障碍的主要承载结构。
支座系统式支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，应满足上部结构在荷载、温度或其他因素所预计的位移功能。
桥墩是支承两侧桥跨上部结构的建筑物。
桥台位于河道两岸，一端与路堤相接防止路堤滑塌，另一端支承桥跨上部结构。
基础保证墩台安全并将荷载传至地基的结构部分。
桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明与桥梁的服务功能有关。
5) 桥梁规划设计的基本原则是什么？答：桥梁工程建设必须遵照“安全、经济、适用、美观”的基本原则，设计时要充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。
6) 桥梁设计必须考虑的基本要求有哪些？设计资料需勘测、调查哪些内容？答: 要考虑桥梁的具体任务，桥位，桥位附近的地形，桥位的地质情况，河流的水文情况。
顶板_底板和斜腹板厚度对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响
第24卷第2期长 沙 交 通 学 院 学 报V o.l 24N o .22008年6月J OURNAL O F CHANG SHA COMMUNICAT I ONS UNIVERSITY J un .2008 文章编号:1000-9779(2008)02-0023-06顶板、底板和斜腹板厚度对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响张玉平,李传习(长沙理工大学土木与建筑学院,湖南长沙 410076)摘 要:以株洲建宁大桥斜拉桥为工程背景,用板壳单元模拟箱梁,研究了顶板、底板和斜腹板厚度对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响,通过计算结果的分析和比较,对影响斜拉桥箱形主梁剪力滞效应的顶板、底板和斜腹板厚度进行了参数分析.计算结果表明:在斜拉桥单箱三室主梁中,顶板、底板和斜腹板厚度对顶板剪力滞效应的影响大于对底板剪力滞效应的影响;底板和斜腹板厚度增加均会使顶板剪力滞效应趋于不均匀;在顶板、底板和斜腹板厚度三者变化中,斜腹板厚度变化对于剪力滞效应的影响最为显著.关键词:斜拉桥;剪力滞效应;有限元法;参数分析中图分类号:U 448.23 文献标识码:A收稿日期:2008-03-07作者简介:张玉平(1976-),男,长沙理工大学讲师,博士生.Influence of top flange ,botto m fl ange and w eb thicknesson the shear lag effect of box girder used i n cable -stayed bri dgeZ HANG Yu -ping ,LI Chuan -x i(Schoo l of C i v il and Constructi on ,Changsha U n i ve rsity o f Sc ience &T echnology ,Changsha 410076,Chi na)Abst ract :M any different di m ensional finite e le m entary m ode ls ,in w hich the top flange ,botto m flange and w eb o f box gir der are si m u lated w ith shell ele m en,t w ere estab lished on t h e background of Jiann i n g bri d ge i n Zhuzhou .Para m eter analysis of the t h ickness change of the top flange ,botto m flange and w eb on shear lag effect of box g irder w as based on the ana lysis and co m parson o f the ca lculated results .The resu lts sho w tha t t h e t h ickness change of the top flange ,bo tto m flange and w eb have m o re influence on the shear lag effect o f top flange than that of botto m flange ,thickness increase of bo tto m flange and w eb can m ake the shear lag effect in -tensified obviousl y ,and th ickness change ofw eb hasm ost si g nifican t i n fluence on the shear lag e ffect a m ong t h e m for box g irder w it h si n g le box and t h ree r oo m s used in cable -stayed bridges .K ey w ords :cable -stayed bridge ;shear lag e ffec;t finite e le m entm ethod ;para m eter ana lysis在对称荷载作用下,箱梁结构由于剪切变形的影响使得翼板内的正应力沿截面宽度方向呈现不均匀分布的现象,称为/剪力滞效应0.随着桥梁宽度的加大和安全储备的降低,在设计计算和施工控制计算时,准确分析其剪力滞效应很有必要.剪力滞效应引起应力不均匀分布程度通常用剪力滞系数K 进行度量.其经典定义:剪力滞系数K =R / R .式中:R 表示考虑剪力滞效应后求得的翼板正应力; R 表示按初等梁理论计算出的翼板正应力,即空间分析得到的正应力沿梁宽方向的平均值.靠近腹板处翼板的纵向应力若大于翼板中点或悬臂板边缘点处的纵向应力,称为/正剪力滞0;而翼板中点或悬臂板边缘点处的纵向应力若大于靠近腹板处翼板的纵向应力,称为/负剪力滞0.箱梁剪力滞效应的影响因素较多,主要有宽跨比、结构尺寸、翼缘板悬臂长度、腹板高厚比、有无横隔梁、梁的支承条件和荷载形式等.目前,这些因素对梁桥的影响研究得较多,也得到了许多规律性的结论[1-6],而对于斜拉桥箱形主梁剪力滞效应的影响因素分析还不多[7-9].本研究以株洲建宁大桥斜拉桥为工程背景,对影响斜拉桥箱形主梁剪力滞效应的主要结构尺寸(顶板、底板和斜腹板厚度)进行参数分析,得到一些可供借鉴的结论.1 空间有限元计算模型作者采用软件ANSYS,应用参数化程序设计语言APDL ,建立了株洲建宁大桥斜拉桥成桥状态的多个空间有限元模型.1.1 工程背景株洲建宁大桥是株洲市城市快速环道上的一座特大型桥梁,于2005年12月建成通车.主桥为独塔单索面混凝土箱梁斜拉桥,其跨径布置为240+134+42+41.7m (见图1),为塔、梁、墩固结体系,目前为国内同类型桥梁的最大跨径.建宁大桥斜拉桥设计为双向6车道,桥宽30m .主梁采用单箱三室箱梁断面形式,见图2.主塔由上、中、下塔柱及横梁组成,横桥向为钻石型,顺桥向为I 字型.斜拉索采用扇形布置,梁上斜拉索布置在中央分隔带,横向布置两排,两排索索面距为1.2m.锚固在中室横隔梁处索锚区,梁上基本索距为7m (边跨有8根斜拉索索距为4m ),塔上基本索距为1.5m,全桥共有2@31对索.横隔梁每3.5m 设一道,其中斜拉索索锚区的横隔梁厚度为40c m,两索锚区之间的横隔梁厚度为22c m.1.2 单元选取与有限元模型斜拉桥箱梁单元划分通常有3种类型:板壳单元、块体单元和梁单元[10].用梁单元模拟箱梁无法得到其纵向应力沿横截面的分布;用块体单元模拟主梁进行分析会导致有限元模型求解规模过大;使用板壳单元建模相对简单,修改较为方便,而且求解规模适中.因此,本研究采用板壳单元(She ll 63)模拟箱24 长 沙 交 通 学 院 学 报 第24卷梁的顶板、底板、斜腹板和横隔板.此外,用杆单元(L i n k10)模拟斜拉索,用弹性梁单元(B ea m 44)模拟桥塔和基础;用杆单元(L i n k8)模拟预应力筋;用刚臂单元模拟斜拉索与主梁、主塔的连接.为了提高计算效率,本研究用约束模拟了边墩和辅助墩对箱梁的支承作用.在建宁大桥斜拉桥成桥状态计算模型中,箱梁共划分了32923个Shell 63单元,主塔和基础划分794个Bea m44单元,斜拉索采用L i n k10单元,共计124个,预应力筋划分了12026个L i n k8单元.其空间有限元模型如图3所示.图3 株洲建宁大桥斜拉桥空间有限元模型1.3 结构荷载的模拟和索力的确定在成桥状态下,斜拉桥承受恒载主要有结构自重和桥面铺装及附属设施重量等.有限元计算时,结构自重以体积力形式加以考虑;桥面铺装和附属设施等重量以面力的形式均布施加在主梁顶板单元.斜拉索成桥索力值取自用平面杆系有限元分析程序BR-C AL V 1.0进行的施工控制仿真计算结果[11].2 顶板、底板和斜腹板厚度的影响2.1 顶板厚度的影响为了考查斜拉桥箱形主梁顶板厚度变化对剪力滞效应的影响,分别建立顶板厚度为16,20,22(设计值),24和28c m 5种尺寸(其他结构尺寸均取设计值)的全桥有限元模型.对5种有限元模型的应力结果分别进行分析整理,由于篇幅所限,选择了有代表性的主跨L /2和主跨靠近主塔根部箱梁(均为标准断面)截面,分别绘制其顶板和底板纵向应力沿横截面分布曲线见图4,5(由于对称性只绘制了1/2箱梁断面分布曲线,均以y 轴为箱梁中心线;图中应力值为负表示为压应力).由图4,5可以看出,两个箱梁截面顶板的应力分布曲线走向有一定的差别,顶板厚度改变对顶板剪力滞效应有较大影响;顶板厚度改变对箱梁不同位置截面顶板剪力滞效应的影响程度不同;和顶板相比,顶板厚度改变对箱梁底板剪力滞效应影响不大,5条应力曲线走向基本重合.主塔根部箱梁截面顶板剪力滞效应引成的应力不均匀程度较大,剪力滞效应显著;而且主塔根部箱梁截面翼缘板端部的应力较截面的其他位置顶板应力大的现象应引起重视(见图5(a)).图4 不同顶板厚度主跨L /2箱梁截面顶板和底板纵向应力沿横截面分布曲线25 第2期张玉平,等:顶板、底板和斜腹板厚度对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响图5 不同顶板厚度主跨主塔根部箱梁截面顶板和底板纵向应力沿横截面分布曲线2.2 底板厚度的影响分别建立底板厚度为24,28,30(设计值),32和36c m 5种尺寸的全桥有限元模型,考查斜拉桥箱形主梁底板厚度变化对剪力滞效应的影响.对5种有限元模型的应力结果分别进行分析整理,选择有代表性的主跨靠近主塔根部箱梁截面和主跨靠近L /2的无横梁箱梁截面,分别绘制其顶板和底板纵向应力沿横截面分布曲线见图6,7.通过对图6,7比较分析可以得出结论:底板厚度变化对箱梁不同截面顶板和底板剪力滞效应的影响程度不同,在所选择的两个截面中,对主跨主塔根部箱梁截面顶板和底板的应力分布影响较大.底板厚度变化对顶板剪力滞效应的影响大于对底板剪力滞效应的影响,底板厚度由24c m 变为36c m 时,顶板剪力滞系数(可通过图中所示的应力值计算出来)最大变化量达到0.086(在主跨L /2截面顶板),底板剪力滞系数最大变化量达到0.024(主跨主塔根部).在5种有限元模型中,底板厚度增加,底板剪力26 长 沙 交 通 学 院 学 报 第24卷滞效应趋于均匀(即纵向应力分布曲线趋于缓和),顶板剪力滞效应趋于不均匀(即纵向应力分布曲线变陡).2.3 斜腹板厚度的影响分别建立斜腹板厚度为16,20,22(设计值),24和28c m 5种尺寸的全桥有限元模型,考查斜拉桥箱形主梁斜腹板厚度变化对剪力滞效应的影响.对5种有限元模型的应力结果分别进行分析整理,选择有代表性的主跨L /2箱梁截面和主跨L /4箱梁截面,分别绘制其顶板和底板纵向应力沿横截面分布曲线(见图8,9).由图8,9可以看出:斜腹板厚度变化对不同截面顶板和底板的剪力滞效应影响程度不同,在所选择的两个代表性截面中,斜腹板厚度变化对主跨主塔根部箱梁截面顶板和底板的应力分布影响较大;但共同之处是:斜腹板厚度增加,箱梁顶板和底板的剪力滞效应均趋于不均匀;斜腹板厚度变化对顶板剪力滞效应影响大于对底板剪力滞效应影响,斜腹板厚度由16c m 变为28c m 时,顶板剪力滞系数最大变化值达到0.186(主跨L /2箱梁截面),底板剪力滞系数最大变化值达到0.043(主跨主塔根部箱梁截面).3 结 论应用ANSYS 软件,本研究建立了株洲建宁大桥斜拉桥成桥状态的多种有限元计算模型,对斜拉桥单箱三室主梁主要结构尺寸(顶板、底板和斜腹板厚度在一定量值范围的变化)对箱梁剪力滞效应的影响进行了参数分析.得到了一些初步结论,可供同类型的桥梁设计和施工参考.1)在斜拉桥单箱三室主梁中,顶板、底板和斜腹板厚度改变对箱梁顶板剪力滞效应影响较大,对底27 第2期张玉平,等:顶板、底板和斜腹板厚度对斜拉桥箱梁剪力滞效应的影响28长沙交通学院学报第24卷板剪力滞效应影响不大.2)在斜拉桥单箱三室主梁中,底板厚度增加,底板剪力滞效应趋于均匀,顶板剪力滞效应趋于不均匀;斜腹板厚度增加,箱梁顶板和底板的剪力滞效应均趋于不均匀.3)在斜拉桥单箱三室主梁中,顶板、底板和斜腹板厚度三者变化相比较,斜腹板厚度变化对顶板和底板剪力滞效应的影响较为显著;顶板、底板和斜腹板厚度变化对不同位置箱梁截面的纵向应力沿横截面分布的影响不同,其中,主塔根部附近主梁截面应力分布变化幅度最为明显;此外,主塔根部箱梁截面翼缘板端部的应力较截面上其他位置顶板应力大的现象(负剪力滞现象)也应引起重视.4)如果只考虑箱梁剪力滞效应的影响,可以对箱梁顶板、底板和斜腹板厚度进行适当优化(比如:厚度减薄2c m),但是控制箱梁顶板、底板和斜腹板厚度的主要因素还有预应力筋布置、桥面板受力和施工临时荷载等诸多因素,因此,须综合考虑.参考文献:[1]张士铎,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M].北京:人民交通出版社,1998.[2]罗旗帜.基于能量原理的薄壁箱梁剪力滞理论与试验研究[D].长沙:湖南大学,2005.[3]曹国辉,方志,周先雁,等.影响薄壁箱梁剪力滞系数的几何参数分析[J].中外公路,2003,23(1):39-41.[4]文国华,程翔云.横向预应力对箱梁正应力的影响[J].公路,1997(11):34-36.[5]陈菁菁,姚永丁,陶舍辉,等.三跨变截面预应力混凝土双箱双室并联连续箱梁桥的空间受力分析研究[J].公路交通科技,2003,20(5):36-39.[6]罗旗帜,娄亦红,杜嘉斌,等.变高度连续曲线箱梁的剪力滞效应[J].铁道学报,2007,10(5):79-84.[7]杨霞林.斜拉桥双箱单室箱形主梁的空间应力分析[D].成都:西南交通大学,2002.[8]杨霞林,周洁华.斜拉桥主梁底板厚度的参数分析[J].兰州铁道学院学报(自然科学版),2003,22(6):84-87.[9]万臻,李乔.现代斜拉桥不同截面形式的剪力滞效应分析[J].公路交通科技,2007,24(2):61-64.[10]龚曙光,谢桂兰.Ansy s操作命令与参数化编程[M].北京:机械工业出版社,2004.[11]李传习,夏桂云.大跨度桥梁结构计算理论[M].北京:人民交通出版社,2002.(上接第15页)通过螺旋群桩基础沉降实测值与计算值的对比,本研究所提出的沉降计算值较等代墩式基础沉降法计算值更接近于群桩基础的沉降实测值,说明建立在M indlin应力解基础上的桩端压力相互影响极限深度判定条件较好地反映了桩端地基沿深度方向的应力叠加问题,所建议的沉降计算方法对螺旋桩基础沉降计算有一定的指导意义.参考文献:[1]Lee I K,W h ite W,Ing les O G.岩土工程[M].俞调梅,叶书麟译.北京:中国建筑工业出版社,1986.[2]G eddes J D.Stress i n f oundati on so ils due to verti ca l subsurface l oad[J].G eotechn i que,1966,16:231-255.[3]刘金砺.桩基础设计与计算[M].北京:中国建筑工业出版社,1990.[4]赵明华,邹丹,邹新军.群桩沉降计算的荷载传递法[J].工程力学,2006,23(7):119-123.[5]O ttav i an iM.T hree di m ensi onal fi n ite ele m en t analysis of vertica ll y l oaded p ile g roups[J].G eotechn i que,1975,25(2):159-174.[6]陈云敏,陈仁朋,凌道盛.考虑相互作用的桩筏基础简化分析法[J].岩土工程学报,2001,23(6):686-691.[7]孙晓立,杨敏.大规模桩筏基础非线性共同作用简化分析方法[J].土木工程学报,2006,39(9):91-97.[8]B A弗洛林.土力学原理(第一卷)[M].同济大学土力学及地基基础教研室译.北京:中国工业出版社,1965.[9]辽宁省电力勘测设计院.螺旋锚基础试验研究[R].沈阳:辽宁电力勘测设计院,2002.[10]GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].[11]J G J-94-94,建筑桩基技术规范[S].[12]DB21-907-96,建筑地基基础技术规范[S].。
预应力混凝土斜拉桥考虑剪力滞效应的主梁应力监控
预应力混凝土斜拉桥考虑剪力滞效应的主梁应力监控武志军【摘要】During construction control for long span pre-stressed concrete bridge, stress monitoring on the main gird is the main method to ensure the construction security and the consistency between the finished bridge's stress and the design stress. The theoretical stress of the main girder can better accord with the actual stress by considering the shear lag effects. The finite element theory considering two shear lag freedom degrees per joints was applied during construction control in a cable-stayed bridge. Practice proves that the result based on this theory can be better accordance with the actual result. Carrying out the research on the shear lag effects not only can enrich the shear lag theory application but also can perform more accurately the monitoring and controlling for the main gird of the bridge during long span pre-stressed concrete bridge construction.%大跨度预应力混凝土桥梁在施工过程中,对主梁的应力进行监测,是确保主梁施工安全及成桥应力与设计一致的主要方法.在主梁应力监测过程中,考虑剪力滞效应,则主梁的实测应力与理论应力更为合理.采用每节点两剪力滞自由度的剪力滞有限元理论,考虑剪力滞效应,在某预应力混凝土斜拉桥主梁的施工监控中,对主梁混凝土的应力进行了监测与控制.研究结果表明,基于每节点两自由的剪力滞有限梁段理论而得出的理论应力与实际应力较为符合.在大跨度预应力混凝土桥梁的施工过程中开展剪力滞效应研究,既丰富了剪力滞效应的研究内容,且较为准确地对主梁应力进行监测与控制.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】4页(P73-76)【关键词】预应力混凝土;斜拉桥;施工控制;剪力滞效应;应力监测【作者】武志军【作者单位】中铁十局集团有限公司,济南250000【正文语种】中文【中图分类】U448.271 概述大跨度桥梁的建造,为保证施工质量和安全,使桥梁的线形与内力达到设计的理想状态,对整个施工过程进行监控,是不可缺少的措施之一。
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武 志 军
（ 中铁 十局集团有限公司 ，山东 济南 ２ ５ ０ １ ０ １ ）
摘
要 ：在预应 力混凝土斜拉桥 的施工 控制 中 ， 应 考虑剪 力滞效应 ， 对 主梁 的应力进 行监测 ， 使理 论应
力与实测应力更 加吻合 ， 准确判 断主梁的安全状态 。基 于能量变分 法导 出每节点 两剪力滞 自由度 的有 限梁段法理论 ， 并 在某斜拉桥 的施工 控制 中予 以应用 。结果表 明 ： 主梁截 面既有正剪 力滞效 应 ， 也 有负
ｇ ｉ ｒ ｄ ｅ ｒ ｗ ｉ ｌ ｌ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｂ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｌ ａ ｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ．Ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ｓｅ ａ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ．
关键词 ：肋板式主梁 ； 施工控制 ； 剪力滞 效应 ； 应力控制 ； 线形控制
中 图分 类号 ： Ｔ Ｕ ３ ７ ８ ． ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ２ 一ｌ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ —０ ０ ８ ５ —ｏ ５
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｓ ｈ ａｒ ｅ Ｌａ ｇ Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｎ Ｃｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ Ｐ － ｓ ａ ｂ ｌ ｅ － ｓ ｔ ａ ｙ ｅ ｄ Ｂｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｗｉ ｔ ｌ ｌ Ｒｉ ｂ － ｓ ｌ ａ ｂ Ｂｅ ａ ｍ
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剪力滞效应 ， 且随着主梁 内轴压力 的增 大 ， 有从负剪力 滞效应 向正剪 力滞效应 变化 的趋势 ； 主梁 的弯 曲
剪力滞 系数 在施 工过程 中变化幅度较大 。在大跨度 预应力混凝 土桥梁的施工监控中开展剪力滞 效应研 究， 不但 突破 了剪力滞理论仅应用 于桥梁设计 的局 限性 ， 并完 善补充了桥梁施工监控的理论。
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第１ ２ 卷第 ３ 期
２ ０ １ ４年 ６月
Ｊ ０ ｕ Ｉ Ｔ ｌ ｌ ａ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
水 利与建 筑 工程 学报
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预 应 力 混 凝 土 斜 拉 桥 肋 板 式 主 梁 施 工 过 程 中 的 剪 力 滞 效 应 研 究