薄壁箱梁畸变效应分析
薄壁箱梁的剪力滞效应浅析
薄壁箱梁的剪力滞效应浅析薄壁箱梁由于具有良好的结构性能，与肋板式截面相比，箱形截面具有抗扭刚度大，能有效抵抗正负弯矩等优点，因而在现代各种桥梁中得到广泛应用，尤其是各种结构形式的预应力混凝土桥梁，采用箱形截面更能适应构造和现代化施工要求。
近几年来，薄壁箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥中得到了广泛应用，箱梁剪力滞效应也越来越引起重视。
一、剪力滞效应基本概念及产生机理剪力滞效应最早是在T梁探讨翼缘有效分布宽度问题时提出的。
T梁受弯时，翼缘在横向力与偏心的边缘剪力流作用下，将产生剪切扭转变形，则已不服从平截面理论的假定。
剪切扭转变形随翼缘在水平面内的形状与纵向边缘剪力流的分布有关。
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，而宽翼缘因这部分变形的存在，而使远离梁肋的翼缘不参与承弯工作，也即受压翼缘上的压应力随着离肋的距离增加而减小。
在薄壁箱梁中，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的纵向位移滞后于近肋板的翼板的纵向位移，所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状，这个现象就称为“剪力滞后”，也称为“剪力滞效应” [1]。
为了更好的解释剪力滞效应，取固端悬臂箱梁在自由端的梁肋处作用一对集中力P如上图所示。
理论上，应用初等梁弯曲理论，在悬臂上板得到均匀分布的弯曲拉应力，但实际并非如此。
由于腹板传递的剪力流在边缘上受拉要大一些，而向板内传递的过程，由于上下板均会发生剪切变形，故实际上上板的拉应力在横截面分布式不均匀的，呈现板的中间小而两边大的应力状态。
剪力流在横向传递过程有滞后现象，故称之谓“剪力滞后现象”或称“剪力滞效应”。
如果初等梁理论算出的应力为，而实际截面上发生的应力为σ，那么式中：λ---剪力滞系数。
如果翼缘与腹板交界处的正应力大于初等梁理论计算的理论值，称之为“正剪力滞”；如果翼缘与腹板处交界的正应力小于初等梁理论计算的理论值，称之为“负剪力滞”。
横隔板及几何特征对钢箱梁畸变效应的影响
研究结论 ： （ １ ） 当箱梁为窄箱梁 ， 即宽 高比约等于 １ ． ５时 ， 箱梁跨中畸变翘 曲最大正应力 随横 隔板数量增 多而增大 ， 此 时跨 内横 隔板设 ３～ ５道为宜 ； （ ２ ） 当箱梁为宽箱梁 ， 即宽高 比约等 于 ４ ． ５时 ， 箱梁跨 中畸变翘 曲
最大正应力随横隔板数量增多而减小 ， 此时跨 内横 隔板 的设 置 ９道 为宜 ； （ ３ ） 计算 结果对 同类 桥梁 的设 计具 有参考价值 。
Ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｂｏ ｘ Ｇｉ ｒ ｄ ｅ ｒ
Ｚ ＨＡＮＧ Ｌ ｉ
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｓ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ．Ｌ ｔ ｄ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ， Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ ４ ３ ０ ０ ６ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ３年 ８月 第 ８期 （ 总１ ７ ９ ）
铁
道
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Ａｕ ｇ ２ ０１ ３
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＲＡＩ Ｌ Ｗ ＡＹ Ｅ ＮＧ Ｉ Ｎ ＥＥ ＲＩ ＮＧ Ｓ Ｏ ＣＩ ＥＴ Ｙ
Ｎ Ｏ ． ８ （ Ｓ ｅ ｒ ． １ ７ ９ ）
文 章编 号 ： １ ０ ０ ６— ２ １ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８— ０ ０ ６ ８— ０ ６
关键词 ：薄壁钢箱梁 ； 横隔板 ； 几何特征参数 ； 荷载分解
中 图分 类 号 ： Ｕ ４ ４ ８ ． ２ １ ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｉ ｎ ｌ ｆ ｕｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｄｉ ａ ｐ ｈ ｒ ａ ｇ ｍ Ｐｌ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ Ｇｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｎ Ｄｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ
几何特性对薄壁箱梁畸变效应的影响
ｔｉｏｎ ｂｉｍｏｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ａ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ａｔ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ. Ｗｈｅｎ λ ｉｓ ｓｍａｌｌꎬ ｔｈｅ ｄｉｓｔｏｒ￣
关键词: 箱形梁ꎻ畸变效应ꎻ能量变分法ꎻ几何特性
中图分类号: Ｕ４４８. ２１３ 文献标志码: Ａ 文章编号: １００１ － ０５０５(２０２０)０１￣００８９￣０７
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｎ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒｓ
应力与有限元法计算所得结果相近. 随着跨高比的增加ꎬ箱形梁跨中横截面上的畸变矩保持不
变ꎬ而畸变双力矩呈现出先减小后增大的趋势. 当 λ 较小时ꎬ畸变内力降低幅度较大ꎻλ 逐渐增大
时ꎬ畸变内力的降低幅度减小ꎬ且在远离荷载作用处以较快的速度衰减. 几何特性 λ 随着梁高的
增大而逐渐减小ꎬ随着箱壁厚度的增大基本呈线性增大.
ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｉｒｄｅｒ’ ｓ ｈｅｉｇｈｔꎬ ａｎｄ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｘ ｗａｌｌ’ ｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒꎻ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔꎻ ｅｎｅｒｇｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄꎻ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
薄壁箱梁的扭转和畸变理论
薄壁箱梁的设计原则和流程
总结词
薄壁箱梁的设计应遵循结构安全、经济合理、施工方 便等原则，设计流程包括初步设计、详细设计和施工 图设计等阶段。
详细描述
在薄壁箱梁的设计过程中，应充分考虑结构的安全性、 稳定性和耐久性，确保结构在承受各种载荷和气候条件 下的性能表现。同时，设计时应注重经济合理性，优化 材料用量和结构尺寸，降低制造成本。此外，设计时应 考虑施工的方便性，合理安排施工顺序和工艺方法，提 高施工效率。设计流程一般包括初步设计、详细设计和 施工图设计等阶段，每个阶段都有相应的设计内容和要 求。
通过建立有限元模型，模拟薄壁箱梁的畸 变行为，考虑了材料的弹塑性和几何非线 性等因素。
能量平衡法
几何非线性理论
基于能量守恒原理，通过分析薄壁箱梁在 不同外力作用下的能量变化，推导出畸变 的计算公式。
采用大变形理论，考虑了薄壁箱梁在受力 过程中的大位移和转动，适用于分析复杂 受力状态下的畸变问题。
05 薄壁箱梁的扭转和畸变控 制
计算结果分析
根据计算结果，可以对薄壁箱梁的扭转效应进行分析和评估。如果发现存在较大的扭转响 应，应采取相应的措施进行优化和加固，以提高桥梁的安全性和稳定性。
Hale Waihona Puke 04 薄壁箱梁的畸变理论畸变的定义和特性
畸变定义
畸变是指薄壁箱梁在受到外力作用后，其截 面形状和尺寸发生改变的现象。
畸变特性
畸变具有非线性、时变性和空间性等特点， 与箱梁的几何形状、材料属性、外力大小和 作用方式等因素密切相关。
薄壁箱梁的扭转计算方法
计算方法
薄壁箱梁的扭转计算方法主要包括有限元法和解析法。有限元法是通过将梁体离散化为有 限个单元，然后对每个单元进行受力分析，最后汇总得到整体的受力情况。解析法则是通 过数学公式推导，直接求解出梁体的扭转响应。
薄壁型钢畸变屈曲简报2
杆件的整体稳定分析方法
杆件拉压、弯曲和扭转等三种基本平衡状态的理 论, 即梁理论 在薄壁杆件的稳定分析中, 新的平衡状态即杆件的 弯曲或( 和) 扭转由符拉索夫薄壁杆件理论描述. 由于该理论假定杆件变形时横截面轮廓保持不变, 薄壁杆件的整体稳定问题就被定义为: 杆件屈曲时,杆件变形而其截面形状保持不变.
杆件的局部稳定分析方法
平面应力问题的理论和薄板弯曲理论. 板件进行平衡分岔稳定分析. 板的屈曲方程描述了, 在特定的面内荷载和 边界条件下, 处于平面应力状态的板件发生 微弯曲时, 仍可以维持平衡的状态. 新的平衡 状态由薄板的小挠度弯曲理论描述.
在薄板的弯曲理论中几乎没有提供多少有 关支座出平面位移的解答. 反映在薄壁梁的局部稳定理论中: 杆件屈曲 时, 仅有板件弯曲, 相临板件的交线( 棱线) 不发生位移, 即不考虑板件支座的出平面位 移.
局部曲屈就是考虑薄壁梁的横截面在这样 的条件下所发生的变形.
要研究薄壁杆件的局部稳定, 就必须考虑板 组的相关稳定问题, 它体现了组成杆件的板 件在屈曲时的相互影响. 在薄壁杆件的局部稳定问题中考虑板件的 相互影响, 粗糙的方法是将与其他板相临边 的支座条件设定为简支边或夹支边; 较合理 的做法是在相临板件的交线不发生位移的 条件下, 建立屈曲方程时考虑交线处板件的 转角连续和弯矩平衡.
薄壁梁稳定研究的前提
欧拉柱 初始平衡状态是简单轴心压杆的静力平衡, 失稳时的中性平衡状态是简单梁在弯曲时的静力 平衡; 薄板 初始平衡状态是平面应力状态, 失稳时的中性平衡状态是薄板在弯曲时的静力平 衡. 对平衡分岔稳定问题的研究必须建立在对结构的 不同平衡状态的线性小变形理论的基础之上.
箱梁的畸变分析
高等桥梁结构理论
误差还是比较大。 畸变是在闭口薄壁杆件受到偏心荷载的时候产生的，薄壁杆件在偏心荷载作
用的时候，受力特性比较复杂，会产生纵向弯曲（图 1-a），扭转（图 1-b），畸 变（图 1-c）以及横向挠曲（图 1-d）四种基本变形。（如图 1 所示）
图1 另外能引起畸变的荷载主要有一下几种，竖直偏心荷载（图 2-a）、水平偏心 荷载（图 2-b）和在自重作用下由于支点倾侧（所谓三条腿）（图 2-c）产生的扭 矩等荷载。
的曲线，所以此处一阶导数为 0） Q = − （由于此处研究的是a1sinθP4 = 1的
8
高等桥梁结构理论
情况，所以跨中处的剪力为− ）,M =
。将初参数和 x=0 代入（3-11）和（3-12）
以及转角和剪力表达式，列出一个以 Bi 为未知数的方程组。 解得：源自1 =2 == 1
− 4 +
（3-13）
3.1 两种物理模型之间的比拟关系
弹性地基梁
常截面畸变
A．控制微分方程 EIby，，，，+Ky=q B．相似物理量
EJAγ2，，，，+ EJBγ2=a1sinθP4
Ib—弹性地基梁惯矩（m4）
JA—箱梁畸变翘曲惯矩（m6）
EIb—弹性地基梁抗弯刚度（kn·m2） EJA—箱梁畸变翘曲刚度（kn·m4）
53.72 × ( × 10 ) + 17.717 × 17.717 × ( × 10 ) − 3.605
解得：
+ 166.121 = 0 + 5.131 = 0
= 0.68 × 10
= 2.628 N ∙ m
代回式（3-14）和（3-15）
y( ) = 0.68 × 10 ∙ [
薄壁箱梁的约束扭转和畸变效应分析
薄壁箱梁的约束扭转和畸变效应分析薄壁箱梁的约束扭转和畸变效应分析摘要：薄壁箱梁是一种常见的结构元件，其具有优良的抗弯强度和刚度，在工程应用中得到了广泛的应用。
本文通过对薄壁箱梁的约束扭转和畸变效应进行分析，探讨了约束对薄壁箱梁扭转和畸变能力的影响，为工程设计提供了理论依据。
1. 引言薄壁箱梁是指高度相对于底板长度较小的箱形梁。
由于其结构特点和材料优势，薄壁箱梁在工程中广泛应用于各种载荷条件下的结构设计。
其中，薄壁箱梁具有较好的抗弯强度和刚度，在工程领域中扮演着重要的角色。
2. 约束扭转效应分析约束扭转是指薄壁箱梁在扭转载荷作用下，由于边缘的约束而产生的弯曲和畸变效应。
约束扭转效应是薄壁箱梁独特的特性之一，也是其承受扭转载荷时的关键性能指标。
约束扭转的主要原因是由于薄壁箱梁的边缘受到约束，无法自由地扭转。
在受到扭转力矩作用时，箱梁表面的长边会产生压缩应力，而短边则会产生拉伸应力。
这种应力分布会导致薄壁箱梁的畸变和弯曲现象。
面对这种约束扭转效应，工程设计中应充分考虑箱梁的约束条件。
通过对箱梁的加强措施，如在边缘设置增强剖面、加固刚度、改变截面形状等，可以提高薄壁箱梁的约束扭转能力。
3. 畸变效应分析畸变效应是指薄壁箱梁在受到加载时，由于材料内应力的分布不均匀而产生的形变现象。
畸变效应通常包括剪切变形、弯曲变形和扭转变形等。
薄壁箱梁的畸变效应主要受到截面形状、材料特性以及加载形式等因素的影响。
在加载时，薄壁箱梁的截面上不同点处的应力分布不同，会导致箱梁的不均匀畸变。
为了降低薄壁箱梁的畸变效应，可以采取一系列的设计措施。
如选择合适的截面形状、材料特性和加载方式等，以改善应力分布的均匀性。
此外，通过增加约束和提高刚度，也可以有效地减少薄壁箱梁的畸变形变。
4. 约束扭转和畸变效应的关系约束扭转和畸变效应是密切相关的。
在受到扭转载荷时，薄壁箱梁的约束条件会影响其承载能力和畸变形变。
首先，约束扭转会导致薄壁箱梁发生畸变现象。
等截面梯形箱梁畸变效应分析计算
等截面梯形箱梁畸变效应分析计算摘要:本文通过对箱梁畸变理论的学习，分析了畸变计算方法，提出了等截面梯形简支箱梁畸变效应的计算步骤，采用MATLAB实现了弹性地基梁比拟法的程序设计，并结合实例进行了计算。
关键词:箱梁畸变；MATLAB；荷载分解；1 引言随着城市现代化进一步加快，大量薄壁钢箱梁已经在城市立交以及轨道交通建设过程中被广泛采用，尤其在城市立交、跨线桥梁的建设过程中，考虑到桥梁下部道路通车需要以及桥墩布置合理性，此时抗弯刚度和抗扭刚度大，安装养护方便、轻巧美观的薄壁钢箱梁往往成为首选。
与混凝土箱梁结构类似，薄壁钢箱梁在竖向偏心荷载作用下，箱梁既产生弯曲又产生扭转，为了防止薄壁钢箱梁在偏心荷载作用下产生伴随刚性约束扭转的畸变现象，在设计过程中，往往是在薄壁钢箱梁内部设置若干道横隔板来减小箱梁的畸变效应。
2 分析计算理论根据箱梁的受力特点，当箱梁在偏心荷载作用下，将产生对称弯曲、刚性扭转、畸变、横向弯曲四种最常见的受力状态，对于每种不同的受力状态，钢箱梁将产生不同的正应力以及剪应力，尤其是当薄壁钢箱梁在偏心荷载作用下产生刚性扭转并伴随发生畸变效应时，由于箱梁矩形截面受扭变形，截面投影以无法保证为矩形截面，箱梁将产生畸变角γ、翘曲正应力σw 以及畸变剪应力τw。
由于薄壁钢箱梁在结构构件类型中属于薄壁杆件，通过大量设计研究以及工程实践，表明此类箱形薄壁杆件的畸变效应对箱梁的扭转变形的影响是无法忽略的，对于考虑畸变效应的薄壁钢梁，在对其进行分析时，目前常用的一种方法是荷载分解法，即将作用于箱梁顶面任意位置的竖向荷载分解为相对于箱梁中心线对称或者反对称的竖向荷载，如图所示。
其中畸变荷载为P1 、P2 、P3、P4。
在此基础上，做出以下几点假设条件：①忽略薄壁钢箱梁各板面的法向正应变；②忽略各板平面内的剪切应变；③板面内的翘曲正应变沿板的厚度方向分布为一常数值，并沿箱梁截面中线方向呈直线分布，由此根据最小势能原理建立畸变角γ(Z)畸变微分方程：EI11γ(2)+EIR= Vdb式中γ(Z) ——截面畸变角；EI11 ——箱梁抵畸变的翘曲刚度；EIR——箱梁抗畸变的框架刚度；Vd ——畸变荷载的垂直分量。
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薄壁箱梁畸变效应分析
薄壁箱梁畸变效应分析
1. 引言
薄壁箱梁是一种常见的结构形式，在工程领域中应用广泛。
然而，由于其结构的特殊性，薄壁箱梁在受力过程中可能会出现畸变效应。
本文将探讨薄壁箱梁畸变效应的原因、特点以及对结构稳定性的影响，并分析畸变效应产生的机理。
2. 薄壁箱梁畸变效应的原因
薄壁箱梁的畸变效应主要是由于其结构的刚度非均匀性和受力不平衡性所致。
在实际工程中，薄壁箱梁中的材料分布、截面形状的非均匀性以及外部载荷的不均匀施加等因素都会导致畸变效应的产生。
3. 薄壁箱梁畸变效应的特点
薄壁箱梁畸变效应表现为结构截面的变形和应力分布的不均匀性。
具体来说，畸变效应会导致薄壁箱梁的截面形状发生变化，例如出现翘曲、扭转等现象。
另外，由于畸变效应造成的截面位移和应力不均匀，可能对结构的稳定性和强度产生重要影响。
4. 畸变效应对结构稳定性的影响
薄壁箱梁的畸变效应可能会引起结构的不稳定性。
具体来说，当畸变效应导致结构的截面形状发生变化时，会使结构受到不同方向的施力，从而引起截面位移和扭转变形。
这会导致结构的刚度降低，从而可能引发结构的失稳问题。
此外，薄壁箱梁受到外部载荷作用时，由于载荷的不均匀分布，会导致结构受力状态不平衡。
这种受力不平衡可能会进一步加剧结构的畸变效应，从而影响结构的稳定性。
5. 畸变效应产生的机理
薄壁箱梁的畸变效应产生是由于结构受力引起的应力和变形不均匀性。
当外部载荷作用在薄壁箱梁上时，结构内部会产生应力集中现象。
这种应力集中会引起结构截面上的塑性变形，从而导致结构的形状发生畸变。
此外，结构的刚度非均匀性也是导致畸变效应的重要原因。
由于薄壁箱梁的截面形状复杂，内部材料的分布不均匀性会导致结构在受力过程中产生畸变。
6. 结论
薄壁箱梁的畸变效应是由于结构刚度的非均匀性和受力的不平衡性所致。
畸变效应会导致结构截面的形状变化和应力分布的不均匀性，进而可能影响结构的稳定性。
在设计薄壁箱梁时，应充分考虑畸变效应的影响，并采取相应的措施来提高结构的稳定性。
此外，需要进一步研究薄壁箱梁畸变效应的产生机理，以便更好地应对结构畸变效应问题。
通过深入理解和分析畸变效应的原因和特点，可以为薄壁箱梁的设计和施工提供更有效的指导和控制措施，以确保结构的稳定性和安全性
综上所述，薄壁箱梁在受到外部载荷作用时会产生畸变效应，主要是由于载荷的不均匀分布和结构刚度的非均匀性所致。
这种畸变效应会导致结构受力状态不平衡，进一步加剧结构的畸变效应，从而影响结构的稳定性。
在设计和施工薄壁箱梁时，必须充分考虑畸变效应的影响，并采取相应的措施来提高结构的稳定性。
为了更好地解决畸变效应问题，需要进一步研究其产生机理，以提供更有效的指导和控制措施，以确保薄壁箱梁的结构稳定性和安全性。