利用ANSYS求解薄壁箱梁剪力滞效应
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。
基于ANSYS平台求解薄壁箱梁剪力滞效应
基于ANSYS平台求解薄壁箱梁剪力滞效应摘要：基于ANSYS10.0平台，采用有限元方法对不同加载情况下薄壁箱梁的剪力滞效应进行计算，并将计算结果与已有文献中能量变分法的分析值进行对比，发现结果吻合较好，可知利用ANSYS对薄壁箱梁剪力滞进行分析精度很高。
关键词：ANSYS;薄壁箱梁；有限元；剪力滞效应；挠度0 简述随着经济科技的发展，建桥技术不断进步。
薄壁箱梁因其自重轻，空间整体受力性能良好，能适应各种新式施工方法，所以在现代桥梁建设中被广泛采用。
ANSYS软件是大型通用有限元软件，其功能强大，计算精度高。
ANSYS 可以方便地计算出箱梁的畸变应力、剪力滞效应，目前ANSYS已成为土建领域有限元分析软件的主流。
1剪力滞效应梁弯曲初等理论的基本假定为变形的平截面假定，其不考虑剪切变形对纵向位移的影响，因此，弯曲正应力沿梁宽呈均匀分布状态。
但在箱形梁结构中，因剪切变形沿翼板的不均匀分布，弯曲时远离腹板的翼板的纵向位移滞后于近腹板的翼板的纵向位移，所以弯曲正应力的横向分布呈曲线状态，以简支箱梁顶板为参考，可以看到压应力在腹板与翼板交接处为最大，且自交接处向两侧逐渐减小，这种弯曲正应力的不均匀分布现象，称为剪力滞效应。
剪力滞效应一般用剪力滞系数λ来衡量，λ的定义为：λ=剪力滞效应作用下的法向应力/按初等梁理论求得的法向应力当然工程中关心的是：剪力滞效应发生时，腹板与翼板交接处的剪力滞系数，因为该处的剪力滞系数反映了剪滞效应下应力集中的最不利程度，对控制应力集中所引发的局部破坏以及进一步的整体失稳破坏具有关键作用。
当λ值大于1时称为正剪力滞效应，当λ值小于1时称为负剪力滞效应。
2应用ANSYS分析单箱单室薄壁箱梁剪力滞效应2.1弹性壳单元shell63性质Shell63弹性壳单元既具有弯曲能力又具有膜力，可以承受法向荷载和平面内荷载。
该壳单元具有4个节点，每节点有6个自由度，分别为沿坐标系X、Y、Z方向的线位移和关于X、Y、Z轴的角位移，应力刚化和大变形能力也被考虑其中。
基于板壳有限元理论的薄壁箱梁剪力滞效应
2) 基于板壳有限元理论得出的薄壁箱梁计算公式，不仅对符拉索方程做了推广，还对直线箱梁做了补充，经直线箱梁的数值算例与能量变分法，有限条法的计算结果相比较，基本上能反映薄壁箱梁的实际应力状态。
【期刊名称】《铁道科学与工程学报》
【年(卷),期】2017(014)004
【总页数】8页(P779-786)
【关键词】板壳有限元;薄壁箱梁;剪力滞;刚度矩阵;剪切闭锁
【作 者】蔡恒;卢海林;汤正
【作者单位】武汉工程大学资源与土木工程学院,湖北 武汉430074;武汉工程大学资源与土木工程学院,湖北 武汉430074;武汉工程大学资源与土木工程学院,湖北 武汉430074
对于中厚板单元，转角θx, θy与并不等于倾角，二者之差即为中厚板沿横向的剪应变γxz,γyz，板的竖向挠度w和法向转角θx, θy相互独立，γxz，γyz作为修正，以考虑剪切变形非均匀分布。
规定板的中间面为xoy平面，z轴垂直于于xoy面，则板由弯曲变形产生的位移为
式中：t是板的厚度；θx, θy为xoz面和yoz面的法线转角。
与之对应的荷载列阵为
注意恒有，由此可得局部坐标系下壳单元的刚度方程
其分块矩阵表示为
这是一个48阶的方阵，其中，是6阶子矩阵，表示为
整体坐标系下的刚度方程为
式中：；R为坐标转换矩阵。
2.2 壳体单元旋转自由度
在经典壳体方程中，并不包含θz这项参数，由于在节点处与转动自由度相关的刚度系数为0，因此，由坐标转换后的整体刚度矩阵是奇异的。在经典理论中，有2种常用的解决矩阵奇异的方法：
【正文语种】中 文
【中图分类】U448.42
公路桥梁箱梁悬臂施工中的预应力作用及剪力滞效应研究
公路桥梁箱梁悬臂施工中的预应力作用及剪力滞效应研究马庆华;马慧娟;方金强【摘要】针对于公路桥梁箱梁悬臂的施工过程中,利用ANSYS有限元软件,就预应力作用对箱梁悬臂剪力滞效应的影响进行了研究.结果表明,预应力施加之后顶板的剪力还有滞系数的数值大概在1左右,同时还将剪力的滞效应减小了,在距离固端近的A截面,剪力滞效应有更大的减小.截面的剪力滞系数之所以减少,是因为施加了预应力,再进行了施加之后滞效应明显的减少了.同时翼缘板的刚度会由于横向预应力的施加而增大刚度,使得在界面上顶板的受力是比较均匀的,相对来说结构也是比较安全的.在整个悬臂的施工过程当中,为了能够使得受力不均的现象得到减少要使得横向的预应力不断的张拉,悬臂施工安全性更高.通过竖向预应力的作用,使腹板的刚度得到增加,而对顶板剪力滞变化影响较小.%In this paper,the influence of prestress on the shear lag effect of the box girder is studied by using the finite element software ANSYS.The results show that the shear lag coefficient of the cross section is close to 1,and the shear lag effect is reduced when the prestressing force is applied.The shear lag effect should be reduced in the A section near the fixed end.After the prestress is applied,the shear lag coefficient of the cross-section decreases and the shear lag effect decreases obviously.Transverse Prestress,increasing the stiffness of the flange,the cross section of roof stress is relatively uniform,reducing the roof deformation ability,structure safety.In the process of cantilever construction,the transverse prestressing tendons should be tensioned in time,so that the stress of the box girder section is reduced and the safety of the cantilever construction is higher.Through theeffect of vertical prestress,the stiffness of the web is increased,but the influence of the vertical shear lag is smaller.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】6页(P211-216)【关键词】剪力滞;箱梁悬臂;预应力;刚度【作者】马庆华;马慧娟;方金强【作者单位】连云港职业技术学院建筑工程学院,江苏连云港222006;贵州顺康路桥咨询有限公司,贵州贵阳550000;连云港职业技术学院建筑工程学院,江苏连云港222006【正文语种】中文【中图分类】U445.466在公路桥梁工程中，高强度预应力材料应用越来越广泛[1-3]。
ANSYS软件在薄壁箱梁剪力滞效应分析中的应用_申国顺
甘肃科技纵横２００６年（第３５卷）第２期ＡＮＳＹＳ软件在薄壁箱梁剪力滞效应分析中的应用申国顺１，刘世忠２（１．中铁２１局集团第五工程有限公司，甘肃兰州７３００７０；２．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：本文首先介绍了箱梁剪力滞效应及其常用求解方法，然后详细地阐述了ＡＮＳＹＳ中的板壳单元Ｓｈｅｌｌ６３的性质和应用要点。
最后结合一具体箱梁实例，应用ＡＮＳＹＳ软件对其进行了有限元分析，并将ＡＮＳＹＳ有限元仿真计算结果与实验值进行了对比。
结果表明，利用ＡＮＳＹＳ对薄壁箱梁剪力滞进行有限元求解结果精度很高。
关键词：箱形薄壁梁剪力滞效应ＡＮＳＹＳ软件Ｓｈｅｌｌ６３单元有限元随着社会经济和科学技术的快速发展，造桥技术不断进步，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展。
薄壁箱梁截面自重轻，并具有良好的空间整体受力性能，如抗扭刚度大，在施工和使用过程中稳定性好，能适应各种现代施工方法（如顶推法、悬臂法施工），因而箱梁在现代桥梁中得到广泛运用。
ＡＮＳＹＳ软件是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，其功能强大，计算结果精度较高。
ＡＮＳＹＳ软件具有功能强大的前、后处理器与求解器，具有先进的非线性求解功能，可以方便地计算出箱梁的畸变应力、剪力滞效应以及桥梁构件与支撑部位的接触状态，目前已成为土木建筑工程领域有限元分析软件的主流。
１．１剪力滞箱梁剪力滞效应是指在对称荷载作用下，产生弯曲的横向力通过腹板传给翼缘板，由于翼缘板中的剪应力是非均匀分布的，在腹板与翼缘板的交界处最大，随着离开腹板而逐渐减小，导致翼缘板中剪切变形的不均匀性，从而引起弯曲时远离腹板的翼缘板之纵向位移滞后于靠近腹板的翼缘板之纵向位移，所以纵向正应力沿箱宽方向呈非均匀分布，即存在剪滞效应，如下图１所示。
如果翼缘板与腹板交界处的正应力值大于初等梁理论的计算值，则称“正剪力滞”；反之，则称为“负剪力滞”。
这种弯曲正应力分布的不均匀，使箱梁局部位置的应力被低估，严重的则导致箱梁损坏。
箱梁剪力滞效应分析
· 工 程 结 构 ·
(4) 能量变分 法 :利 用最小势能 原理导出 梁的挠曲 线微 分方程式 ,能成功地用能量原理 解决 了集中荷 载及均布 荷载 作用下简支梁和悬臂箱梁的剪力滞问题 。
· 工 程 结 构 ·
箱梁剪力滞效应分析
何文娟 1 ,方 鹏 2
(11西南交通大学 土木工程学院 ,四川成都 610031; 21二滩水电开发有限责任公司 ,四川成都 610021)
【摘 要 】 介绍了 5种剪力滞效应理论 。根 据一座 主桥为 三跨连续 刚构桥 ,选 取其最 大悬臂 段进行 讨 论分析 ,研究该 桥在 整个 悬臂施工过程中 ,每个施工阶段预应力荷载产 生的 箱梁剪力滞效应 ,以及剪力滞效 应 在沿桥跨的变化规律 。 【关键词 】 箱梁 ; 剪力滞效应 ; ANSYS1010; 连续刚构
(5)数值分析法 :这种方法主要是有限元法 、有限条 法及 有限段法 。
数值分析法可以解决各种力学问题 ,随着 计算机技 术的 飞速发展 ,数值分析法 在剪 力滞分析中占有 重要地位 。有限 元法又是解决各种复杂 工程 问题 的一种 行之 有效的 数值 分 析法 。本文主要采用有限元法进行分析研究 。 3 工程概述 本文取襄渝线 上某 大桥为 研究 对象 。该 大桥桥 跨布 置 为 1 ×24 m 简支梁 + ( 100 + 192 + 100) m 预应 力混凝土 连续 刚构 + 3 ×32 m 简支梁 + 2 ×24 m 简支梁 。本 文选取该 桥连 续刚构中最大悬臂段 进行分析 讨论 (图 3、图 4) 。该 桥箱 梁 采用单箱单 室 直腹 板 式截 面 ,箱梁 顶 板 宽 1112 m ,底 板 宽 912 m ,顶板厚 62 cm , 底板 厚 51 ～120 cm , 腹 板厚 60～120 cm,梁 高 712～1315 m ,变高 梁端 梁底 曲线 为二 次抛 物线 曲 线 , y = 712 + x2 /1041143。梁体圬工采用 C55混凝土 ,纵 向预 应力体系采用高强 度低 松弛钢 绞线 ,抗 拉强 度标 准值 fptk = 1 960 MPa。纵向预应力钢 束均采 用 19 - 1512 钢绞线 ,采 用 OVM ZK15A - 19锚具 ;全 部采 用两端 张拉 ,张 拉千斤 顶采 用 YCW 400B。纵向钢 束管 道采 用塑料波纹管成孔 ,采用真 空辅 助灌浆技术 ,波纹管内 径 100mm ,外径 106mm;若管道与普通 钢筋相干扰 ,应优先保 证管道 位置 。顶板 横向预 应力采 用 4 - 1512高 强度 低 松 弛 钢 绞 线 , 抗 拉 强 度 标 准 值 fptk = 1860 M Pa,技术标准应符合《GB5224》,采用扁形金属波 纹管成孔 , 管内尺寸为宽 70 mm ,高 19 mm;采 用单端张 拉 ,用 OVBM 15 - 4扁形 锚具锚 固 。梁 体腹 板中 的竖 向预 应力 筋采 用直 径 32mm PSB830螺纹钢筋 ,内径 45 mm 金属波纹管成孔 , YC60A 千斤顶张拉 , JLM - 32型锚 具锚 固 ,在腹 板中 双排 布置 。梁 体采用悬臂灌注法施工 。
薄壁曲线箱梁剪力滞效用的有限元解法与实验研究
（ｉ ｏ － ｕ ｉｕ ｘｒｓｗ ｙＣ ｎｔ ｃ ｏ ｅｅ ｐ ｎ ｏ ， Ｔ ｆＨｕ ａ ｒｖ ｃ ｕ ｉｕ ，Ｈ ｎｎ Ｊ ｈ ｕＨ ａｈ ａｅｐｅｓ ａ ｏｓ ｕｔ ｎＤ ｖｌ ｍｅｔＣ ． Ｌ Ｄ ｏ ｎｎ ｐｏｉ ，Ｈ ａ ａ ｕ ａ ｓ ｒ ｉ ｏ ｎ ｈ ４ ８０ Ｃ ｉ ） １ ０ ０， ｈｎ ａ
箱粱 剪力滞 效应 分 析 。
发 展 ， 壁箱 梁截 面具有 较 大的抗 扭剐度 ， 构在施 薄 结
工 和使用 过程 中具 有 良好 的 稳定 性 ； 板 和 底 板 具 顶 有较 大 的混凝 土 面积 ， 能有效抵 抗 正负弯 矩 ， 应具 适
有正 负 弯矩 的构造 ； 承重 结构 和传 力结构 相 结合 ， 使 各部件 共 同受 力 ， 面效 率高 ， 合 预应力 混凝 土空 截 适 间结 构 布束 … ， 国内外 桥 梁 结构 设 计 中得 到 广泛 在
［ ｙｗｏｄ ］Ｔ ｉ－ａｌ ｏ ｉ ｅ ； ｈ ａ ｌ ｆ ｃ； ｉｉ ｌ ｅ ｔ ｅ ｏ ｓｅ ６ ｎｔ Ａ － Ｋｅ ｒ ｓ ｈｎｗ ｌ ｄｂ ｘｇ ｄ ｒ Ｓ ｅｒ ａ ｅ ｅｔ Ｆｎｔ ｅ ｍ ｎ ｔ ｄ； ｈｌ ３ｕ ｉ Ｎ ｅ ｒ ｇ ｆ ｅ ｅ ｍ ｈ ｌ ；
Ｓ ＹＳ
邹 芒 ，孙 浩
（ 湖南 省 吉 怀 高 速 公 路建 设 开 发有 限公 司 ，湖 南 怀 化 ４ ８０ ） １０ ０
【 摘 要 】解 释 了箱 梁 的剪 力 滞 效 应 并 对 其 常 用 解 法 的 优 缺 点 进 行 了 比较 ， 绍 了 有 限 元 解 法 ， 用 Ｓ Ｅ Ｌ ３ 介 利 Ｈ Ｌ６ 单 元 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元 分 析 方 法 对 一具 体 箱 梁 进 行 分 析 ， 出计 算 值 与 实 验 值 吻 合 良好 ， 见 利 用 Ａ Ｓ Ｓ对 薄 运 ＮＹ 得 可 ＮＹ 壁箱梁剪力滞进行求解简单且可靠。
薄壁箱梁剪力滞效应分析
作业3一、题目采用有限元方法对教材P31页算例进行计算，具体分两个工况进行：（1）跨中截面腹板位置作用一对对称集中竖向荷载，荷载大小为P/2=225.5KN；（2）跨中截面腹板位置作用一对反对称集中竖向荷载，荷载大小为P/2=225.5KN。
分别计算跨中截面、1/4跨位置截面上的正应力和剪应力分布，并绘制相应的正应力和剪应力分布曲线。
二、基本资料桥梁类型：预应力混凝土等截面简支箱梁=40m计算跨径：L混凝土：C40剪切模量：G=1.445×104MPa弹性模量：E=3.40×104MPa分析方法：ANSYS软件命令流法三、ANSYS命令流分析（1）工况一（对称集中荷载）命令流finish/clear/title,the analysis of simply supported box-girder!********前处理模块********/prep7!建立几何模型k,1,0,0,0k,2,0,0,2.4k,3,0,0,7.1k,4,0,0,9.5k,5,0,-2.12,2.4k,6,0,-2.12,7.1kgen,2,all,,,40a,1,2,8,7a,2,3,9,8a,3,4,10,9a,6,5,11,12a,5,2,8,11a,3,6,12,9!定义单元属性et,1,shell63r,1,0.22r,2,0.34r,3,0.30mp,ex,1,3.40e10 !弹性模量mp,gyz,1,1.445e10 !剪切模量!赋予相应的单元属性和材料特性aatt,1,1,1,,1aatt,1,1,1,,2aatt,1,1,1,,3aatt,1,2,1,,4aatt,1,3,1,,5aatt,1,3,1,,6!网格划分mshape,0,2d !采用四边形网格mshkey,1 !采用映射网格esize,0.40amesh,allfinish!**********求解模块*********** /soluantype,static!在跨中腹板位置施加集中荷载allself,node(20,0,2.4),fy,-225500f,node(20,0,7.1),fy,-225500!边界条件allseldk,5,ux,,,,,uy,uz,rotydk,6,ux,,,,,uy,rotydk,11,uy,,,,,uz,rotydk,12,uy,,,,,rotysbctran !把实体单元模型的荷载和边界条件，转化到有限元几何模型中solvefinish!*********后处理模块************/post1!查看梁的变形allselpldisp,2!查看跨中截面正应力allselnsel,s,loc,x,19.79,20.01esln,splnsol,s,x!路径方法得到跨中截面正应力分布曲线和数据path,zengyingli_a,2,,50ppath,1,,20,0,0ppath,2,,20,0,9.5pdef,sx,s,xplpath,sxpath,zengyingli_b,2,,50ppath,1,,20,0,0ppath,2,,20,0,9.5pdef,sx,s,xprpath,sx!查看跨中截面剪应力allselnsel,s,loc,x,19.79,20.01esln,splnsol,s,xy!路径方法得到跨中截面剪应力分布曲线和数据path,jianyingli_a,2,,50ppath,1,,20,0,0ppath,2,,20,0,9.5pdef,sxy,s,xyplpath,sxypath,jianyingli_b,2,,50ppath,1,,20,0,0ppath,2,,20,0,9.5pdef,sxy,s,xyprpath,sxy!查看1/4跨截面正应力allselnsel,s,loc,x,9.79,10.01esln,splnsol,s,x!路径方法得到1/4跨正应力分布曲线和数据path,zengyingli_a,2,,50ppath,1,,10,0,0ppath,2,,10,0,9.5pdef,sx,s,xplpath,sxpath,zengyingli_b,2,,50ppath,1,,10,0,0ppath,2,,10,0,9.5pdef,sx,s,xprpath,sx!查看1/4跨截面剪应力allselnsel,s,loc,x,9.79,10.01esln,splnsol,s,xy!路径方法得到1/4跨截面剪应力分布曲线和数据path,jianyingli_a,2,,50ppath,1,,10,0,0ppath,2,,10,0,9.5pdef,sxy,s,xyplpath,sxypath,jianyingli_b,2,,50ppath,1,,10,0,0ppath,2,,10,0,9.5pdef,sxy,s,xyprpath,sxy根据以上命令流分析提取工况一情况下简支梁模型、正应力分布、剪应力分布如图1-1~1-5所示。
薄壁箱梁的剪力滞分析
图 １ ８ ２ ５ 和 ５ ０ ０ 轧机平面布置图
图 ３ 偏心轮
图 ４ 摆杆的设计图
图 ２ 托起装置原理图
为保证托起坯料的平稳性， 采用双输 出轴的减速机， 实现偏心轮的传动。要求 最初位置低于辊道表面 ３ ０ ｍ ｍ ， 抬起位置 高于轨道表面 ５ ０ ｍ ｍ ， 设计摆杆的长度相 等。即偏心轮的偏心量是 ４ ０ ｍ ｍ ， 保证偏心 轮旋转一周， 摆杆摆动的距离达到 ８ ０ ｍ ｍ ， 从而完成方坯托起的动作。偏心轮的具体 尺寸见图 ３ 。
图我们称它
为“剪力滞”现象， 上述情况为“正剪力滞
现象”， 相反的情况， 我们称为“负剪力滞
现象”。其与初等梁理论的应力比值， 我们
称之为“剪力滞系数”， 在实际结构中人们
往往会忽略剪力滞的影响。
本文以 ８ ｍ 悬臂箱型梁为例， 分析悬臂 箱梁跨中截面的“负剪力滞现象”及其影
满春红 （ 北满特钢公司轧钢厂 黑龙江齐齐哈尔市 １ ６ １ ０ ０ ０ ）
摘 要： 本文从北满特殊钢有限责任公司轧钢厂改造的实际出发， 介绍了该厂钢坯运送车的改造设计。 关键词： 钢坯运送车 中图分类号：ＴＪ２０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０９（ｂ）－００８５－０１
坯料的移动步骤： 坯料或传输至指定 位置→坯料托起→坯料移动至制定位置→ 坯料放下→辊道启动传输轧机。
坯料托起装置的设计原理如图 ２ 。 原理说明： 可以通过杆件 １ 的旋转实现 杆件 ２ 的摆动， 实现坯料的托起和放下的 动作。 设计摆件最低位置低于辊道表面 ３ ０ ｍ ｍ ， 最高位置高于辊道 ５ ０ ｍ ｍ ， 杆件 １ 旋转 １ ８ ０ ° 实现杆件 ２ 摆动位置实现 ８ ０ ｍ ｍ 。 设计杆件 ２ 的左右两端的长度相等， 杆 件 １ 通过偏心轮来实现， 也就是偏心轮的 偏心量是 ４ ０ ｍ ｍ 。
ANSYS软件在薄壁箱梁剪力滞效应分析中的应用
速 锭诅 计
２０年（ ５ 第２ ０ 第３卷） 期 ６
Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ软件在薄壁箱梁剪力滞效应分析中的应用
申国顺 ， 刘世 忠
（． １ 中铁 ２ 局集 团 第五工程有限公 司， １ 甘肃 兰州 ７ ０７ ；． ３００ ２兰州交通大学 土木工程学院， 甘肃 兰州 ７０ ７ ） ３０ ０
Ａ Ｓ Ｓ软 件 是 集 结 构 、 、 体 、 ＮＹ 热 流 电磁 、 学 于 一 体 的大 型 通 声
用有限元分析软件 。 其功能强大 ， 计算结果精度较 高。Ａ Ｓ Ｓ软 ＮＹ
件 具 有 功 能 强 大 的 前 、 处 理 器 与 求 解 器 。 有 先 进 的非 线 性 求 后 具 解 功 能 。 以方 便 地 计 算 出 箱 粱 的畸 变 应 力 、 力 滞 效 应 以及 桥 可 剪
合起来有下列几种方法 ： １ ）弹 性 理 论 解 法 弹 性 理 论 的 解 法 是 建 立 在 经 典 弹 性 理 论 的基础上的 。此种方法能获得较精确 的解答 ， 但分析计算 公式复 杂 繁琐 。 法适 应 复 杂 结 构 分 析 的要 求 。 多 局 限 于 等 截 面 简 支 无 故 梁 ． 括 正 交异 性 板 法 、 包 折板 理 论 、 板壳 理 论 等 。 ２ 比拟 杆 法 比拟 杆 法 是 把处 于 受 弯 状 态 的箱 梁 结 构 比 拟 ） 为 只 承受 轴 力 的 杆 件 与 只 承受 剪 力 的 系板 的组 合 体 。 后 根 据 杆 然 与板 之 间 的 平 衡 条 件 和 变 形 协调 条件 建 立 一 组 微 分 方程 。 种 方 这 法 简化 了力学模 型 ． 以考虑轴 力与弯矩 的综合作用 ， 可 但一般 也 只适 合 等 截 面 箱 梁 。 ３ 能量 变 分 法 利 用 最 小 势 能 原 理 ， 仅 能 确 定 应 力 分 布 图 ） 不 像。 而且能计算梁的挠度值 。 可以获得 ｝合解 。 ｊ １ ４ 数值 分析 法 数 值 分 析 法 主 要 有 有 限 元 法 、 限段 法 及 有 ） 有 限 条 法 。 限 元 法 是 解 决 各种 复杂 工 程 问 题 的 一 种行 之 有 效 的数 有 值 分 析方 法 。这 种 方 法 考 虑 因 素 全 面 ． 获 得 较 全 面 而 准 确 的应 能 力 分 布 图 。 由 于 其 刚 度 矩 阵 过 大 ， 入 的数 据 多 。 需 内存 量 但 输 所 大 。 时 费 用 高 。近 些年 来 ． 着 计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 ． 限元 机 随 有 法 在 工程 中 的应 用 已越 来 越 普 遍 。
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本文建模采用直接建模法，先建立节点，然后依据节点建立 单元。利用ＳＨＥＬＬ６３单元，建立跨径为４０ｍ的等截而简支箱梁， 有限元模型详见下图３所示。分析所得的剪力滞系数与文献【ｌ】中 按变分解法所得的结果进行比较，结果如表ｌ、表２所示。
田３箱梁有限元模型圈 从表１、表２可以看出，利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件计算结 果与变分法理论计算值在各个计算截而所得到的顶板中心剪力
数据并不是板中面的，会得出错误的结论。此外，大变形分析中若 ＫＥＹＯＰＴ（１）＝Ｉ（薄膜刚性），则单元必须为三角形。 ４计算实例 ４．１有限元模型的建立
本文以一座单跨钢筋混凝上直箱梁桥为研究对象，建立有限 元模型：净跨径４０ｍ，主梁截而尺寸见图２，荷载工况为满跨加均 布荷载及在主梁顶板与肋板交接处加一对称集中荷载。
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２．４稀释样品时必须做减空白处理
２．５３
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．
标准样品和水样在稀释时，必须考虑蒸馏水中的空白值对检
测结果所带来的影响。前面已提到即便是经过多次处理后的蒸馏
水，其中的空白值仍然还会存在，所以样品在稀释时蒸馏水所引
进的误差必须在计算时减去，否则将造成较大的误差。实验的结
果也表明不减空白值将产生大约为１０％的误差。结果见表３。
ＴＨＥＴＡ。其中在应用商接建模法（ｅＰ由节点建立单元法）建模时， 应特别注意壳单元的法线方向。否则，模型中不一样的壳单元法 线方向可能会导致计算结果出问题。进行剪力滞分析后处理过程 中，必须打开Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐ０６ｔｐｒｏｃ＞Ｏｐｆｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｏｕｔｐｕｔ，并选择选项
“８ｈｅｌｉ Ｄｅｓｕｔｌｓ眦ｆｒｏｍ”中的“Ｍｉｄｄｌｅ蛔ｅｒ”，否则后处理中板的结果
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
叁：
０．９００ １．０００
！： １．１６７ ｌ舶２
叁： ０．９０６
ｌ册ｌ
叁： ２．７３
Ｏ．２０
叁： ０．．６７
Ｏ．１０
（注：表中入·为项板与肋板交接处剪力滞系数，入‘为顶板中 心处剪力滞系数）
４结束语
近年来，随着计算机技术和有限元理论的不断发展，大型通 用有限元程序ＡＮＳＹＳ已很广泛的应用于结构分析当中，其操纵 方便，计算结果精确；通过上述论述和实例计算，可以看出利用壳 单元Ｓｈｅｌｌ ６３可以方便、精确地计算出箱粱剪力滞效应，其操纵 方便，计算结果精确，不失为一种计算剪力滞效应的实用方法，该 方法具有很高的工程应用价值。 参考文献： 【１】张士铎等．箱形薄壁粱剪力滞效应【Ｍ】．北京：人民交通出版社，１９９８． 【２】张士锋。王文州．桥粱土程结构中的负剪力滞效应［ＭＩ．北京：人民交通 出版社．２００４． 【３】张立明．Ａｌｇｏｒ、＾丑ｓｙｓ在桥粱工程中的应用方法与实例【Ｍ】．北京：人民 交通出版社．２００５． 【４】郝文化等．ＡＮＳＹＳ土未工程应用实例【Ｍ】．北京：中国水利水电出版社，
【１ ｌ生活饮用水标准检验法（ＧＢ５７５０—８５）附录Ａ．３． 【２】水质分析大全（第三十二节酸．巨尚锰酸钾客量法）．
利用ANSYS求解薄壁箱梁剪力滞效应
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
刘亚楠 兰州铁道设计院有限公司,甘肃,兰州,730000
甘肃科技纵横 SCIENTIFIC & TECHNICAL INFORMATION OF GANSU 2008,37(6)
利用ＡＮＳＹＳ求解薄壁箱梁剪力滞效应
刘亚楠 （兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州 ７３００００）
摘要：剪力滞效应是影响薄壁箱梁结构设计的重要因素，理 论分析方法可以从理论上对剪力滞效应进行分析。但由于理论推 导过于繁琐，并且由于计算中引入的假设。使计算结果精度受到 很大的影响，致使其在实际工程应用中受到限制。本文通过大型 有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对一具体箱梁剪力滞进行有限元求解。
ＳＨＥＬＬ６３弹性壳单元定义需要四个节点、四个厚度、一个弹 性地基刚度（Ｅｒｓ）和正交各向异性材料参数。弹性地基刚度（Ｅｒｓ） 是指在地基法线方向产生一个单位位移所需要的压力，如果Ｅ小 于或者等于ｏ，则弹性地基的效应将被忽略。正交各向异性的材 料参数的方向依据单元坐标系，单元的ｘ轴可以转动一个角度
１３３
２００５．
【５ １博彝创作室．ＡＮＳＹＳ基础教程及实例详解［ＭＩ．北京：中圆水利水电出 版社．２００４． 【６】项海帆．高等桥梁理论【Ｍ】．｜ｂ京：人民交通出版社．２００２．
＋·■－—．．—－一．—··卜－—＋—·．．—－·卜哨—卜——＋—－’Ｈ－●··一．—·．．—－一ｌ—－＿’—－．．—·＿．—－．．——■—－—卜——●－－＋—·—Ｐ··卜——卜＿—■＿—●＿—卜·—■啪。卜·＋—．．—－．．——■——■—·——·．．—－■—－—卜＿—●——＋··■—·＿．—·＿．—·■呻·－●一
滞系数都相当接近。而对于顶板与肋板交接处剪力滞系数，在均 布荷载作用下得到的数值最大差距出现在１，４跨截面处，两者相 差３．０２％，在集中荷载作用下，得到的数值最大差距出现在跨中 截面处，两者相差２．７３％。可见，用ＡＮＳＹＳ计算箱梁剪力滞效应 结果精度很高，完全能够真实反映横截面上正应力的真实分布 情况。
．
衷１均布荷载作用下剪力滞系数比较
焦量 跨中 ＩＨ
！：
１．０１８ １．０２５
叁：
０．９８７ ｏ．９８２
！：
１．０４０
１．０５６
叁：
０．９９０
０．９８９
＾：
２．１６ ３．０２
墨：
０．３０ ０．７１
截面
笪量 跨中
ＬＨ
袭２集中荷载作用下剪力滞系数比较
变分法计算结果 ＡＮＳＹＳ计算结果 相对误差（％）
苎：
１．１３６ １．０００
根据采用的单元类型不同，该法可细分为：空间有限元法、板 梁单元法和有限粱段单元法。其中较简单的有限粱段单元法属 于一维梁单元，由我国学者罗旗帜于１９９１年提出。其基本要点是 在普通梁单元节点位移模式中增加考虑剪滞效应的翼板纵向位 移参数ｕ，取其梁段单元的基本位移为：
Ｉ ８。ｌ《ＯＩ＼ｕ扣ｉ、ＯｊＸｕ，ｂｗ－，］
减空白必须用以下的公式进行计算
计算公式：耗氧量（０。ｍｇ／Ｉ乒｛［（ｔ０＋Ｗ）Ｋ－１０］－［（１０＋Ｖ０）Ｋ－１０］
Ｒ｝×０．０８×１０００／Ｖ２ １３４
万方数据
２．５校正系数应尽量接近“１”为最好 在耗氧量的检测中，在滴定的最后要对离锰酸钾的准确浓度
进行重新标定。如果高锰酸钾的浓度与草酸钠的浓度不一致，一 校正系数对二者浓度的差异进行校正．高锰酸钾的浓度最好和草
关键词：薄壁箱粱 剪力滞效应 ＡＮＳＹＳ
１剪力滞效应
梁弯曲初等理论的基本假定是变形的平面假定，它不考虑剪 切变形对纵向位移的影响。因此，弯曲正应力沿梁宽方向是均匀 分布的。但在箱形梁结构中，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，在肋板和翼板的交 接处最大，随着离开翼板距离的增大而逐渐减小。所以，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，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，以顶板为例，呈现板的中 间小而两边大的分布状态，这种弯曲应力不均匀的现象，称作剪 力滞效应。
参考文献(6条) 1.张士铎 箱形薄壁粱剪力滞效应 1998 2.张士铎;王文州 桥粱土程结构中的负剪力滞效应 2004 3.张立明 Algor、Ansys在桥梁工程中的应用方法与实例 2005 4.郝文化 ANSYS土未工程应用实例 2005 5.博彝创作室 ANSYS基础教程及实例详解 2004 6.项海帆 高等桥梁理论 2002
剪力滞效应常用剪力滞系数ｘ来衡量，ｘ的经典定义为： 入＝考虑剪力滞效应求得的法向应力，按初等梁理论求得的 法向应力 而工程中讨论的剪力滞系数往往是指翼板与腹板交界处的 剪力滞系数入ｅ，通过入ｅ的大小来衡量剪力滞的程度。入。的定 义为： 入毛顶板与腹板交界处考虑剪力滞效应求得的法向应力， 按初等梁理论求得的法向应力 当Ｘｅ值大于ｌ时称为正剪力滞效应，当入。值小于１时称 为负剪力滞效应。如图１所示（其中虚线表示初等梁理论，实线表
科学实验是重大工程建设中不可或缺的一环，是为结构分析 提供数据和结论的主要手段之一。也是检验数值理论和解析理论 正确性的主要依据。由于计算机的发展，结构分析的方法也有了 飞跃的进步。虽然用计算机对结构的数学模型分析在时间和费用 上有时比做结构模型实验更节省，但结构模型试验因不受简化假 定的影响，能更实际地反映结构的各种物理现象、规律和量值。有 时对于一些复杂结构和复杂状况用计算机模拟还有困难，而模型 实验却可清晰且直观地展示这种情况下整个结构从受载直到破 坏的全过程。
（上接４１页）的误差可减空白时去除。若用其进行溶液的配置及
标定，蒸馏水中的空白值所造成的误差非常小，可忽略不计。从实 验的结果来看，也说明了普通的蒸馏水不处理直接用于分析滴定。 其检测结果的准确度不受影响。结果见表２。
表２蒸馏水处理与否的检测情况
２．６
２．５Ｉ
２．４９
２．４７
２．４８
２．５０
里塑垒型笙墨！堡匹！
弹性理论的解法是建立在经典弹性理论的基础上的．包括调 谐函数法、正交异性板法、折板理论法等。此种方法能获得较精确 的解答，但分析计算公式复杂繁琐，无法适应复杂结构分析的要 求，故多局限于等截面简支梁。 ２．３比拟杆法
比拟杆法是将处于受弯状态的箱梁结构比拟为只受轴向力
万方数据
的杆件与只承受剪力的等效薄板的组合体，然后根据杆与板之间 的平衡条件和变形协调条件建立起一组微分方程，每块翼板中所 产生的剪力滞特性，可以通过理想化加劲杆的内力来确定，理想 化加劲杆的面积等于实际加劲杆面积加上临近薄板的面积。这种 方法简化了力学模型。可以考虑轴力与弯矩的综合作用，但一般 也只适合等截面箱梁，对于一些复杂力系和复杂结构的剪力滞分 析仍然有一定的困难。 ２．４数值分析法 ２．４．１有限元法