薄壁简支箱梁剪力滞效应参数研究
薄壁箱梁剪力滞效应分析综述
薄壁箱梁 具有 结 构 自重 轻 、 弯抗 扭 刚 度大 抗 等特征 ， 适合 在沿桥 方 向配置正 负预应 力筋 ， 并且
与悬臂 拼装 和悬 臂 浇 注 的 现 代 化 施 工 特 点 相 适
效应 ， 因此 须对悬 臂结 构 的剪 力滞 问题做 较 为详
细 的分析研 究 。 １ 剪 力 滞 效 应 影 响 因 素
负剪 力滞现 象应 予 以重 视 。 （ ）箱 梁受 剪力 滞 的 影 响 会 产 生 附加 弯矩 ， ４
实际挠 度要 比按 照初 等 梁 理 论 计 算 结 果 偏 大 ， 剪
力 滞 越 明显 ， 度 增 幅 也 越 大 。 挠 ２ 剪 力 滞 效 应 分 析
将翼 缘板 作 了平 面应 力 假 设 ， 管所 获 得 的最 大 尽
应力 与实 际应 力 相 接 近 ， 在 翼缘 板 的 自由端仍 但 存 在较 大 的误差 ， 且 不 同位 移模 式 的假 定对 计 并 算 结果具 有 一定 的影 响 ， 何 合理 地选 择 位移 模 如
式 还有待 进 一步 研 究 。 ２ １ ４ 数 值 分 析 法 ．．
２ １ 剪力 滞效 应分 析方 法 ．
应， 因此在桥 梁 结构 中得 到 广泛 应 用 。宽 箱形 截 面 梁在恒载 或对 称荷 载 的作 用下 挠 曲时 ， 由于翼 缘板 的剪切 变形致使 弯 曲应力 沿梁 宽度 的横桥 向 呈 现不均匀状 态 ， 为剪力 滞 现象ｎ ］ 称 。 。忽 略剪力
滞 的影响 ， 就会 低估 箱梁 结构 产生 的应力状 态 ， 造
赵 楠 ：薄壁 箱 梁 剪 力滞 效 应 分 析综 述
布影 响很大 ， 于 荷 载 作 用 于 板 中心 区域 时 出 现 对
ｄ为翼 缘板 宽度 的一半 ； 为上 下翼 缘 板 中面 至 ｈ 粱 中性轴 的距离 。 能量 变 分法 可 以 获得 闭合 解 ， 仅能 描 绘 出 不 任 意截面 剪力 滞 效 应 的 函数 图像 ， 而且 还 可 以定 性 地分析 每 种 不 同参 数 的影 响 情 况 。另 外 ， 法 该
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”。
薄壁箱形梁桥剪力滞效应的能量变分法研究
２ ｂ （ ｔｈ 自身惯矩忽略）
（２ １）
２ １ 计 算 结果 ．
， －＝ ， ， Ｉ ｌ＋ ｌ＝ ， ， ＿＋ －
２１１ 跨中截面剪力滞系数 横向效应（ ．． 见图 ２ ）
将式（） （ ） （０ 和（１ 代入式（） ３ ， ，１） １） ４ ８ 得到体 系总势 能 ：
￡ 一 ＋一），： （享， ＝ １ ｕ７ ］ ￡ 一 ＋一），： （菩， 一 ＝ １ ｕ ］
将 式 （） 人 （）（）中得 到 ９代 ５ ，６
＝
（ ９ ）
（Ｏ １）
ｕ ） 剪 切转 角的最 大差值 （ 一
该法的一个显著优点是 ： 不仅能计算梁的挠度 值， 而且能确定应力分布图像 ．
Ｏ 引 吾
为零 ， 即
Ｉ （ 一面）＝０ Ｉ＝
（） ２
目前 ， 内外 均 建 造 了大 量 的薄 壁 箱 形 梁 桥 ． 国
梁受 弯 曲时 的外 力势 能 ：
由于跨度大 ， 宽高比突出 ， 剪力滞效应较为严重 ． 如
果 忽略 其影 响 ， 势必导 致结构 的失 利 ． 因此 ， 薄壁箱 形 梁桥 的 剪力滞 效 应 是设 计 中一项 不 容 忽 视 的 指
［ ｕ ＋
］ ＝０ 吣
（ ） ２ １２ 跨中截面剪力滞系数 纵向效应（ ３ １ ．． 见图 ）
上式 中 由 变 分 得 到 的 剪 力 滞 基 本 微 分 方 程
（４ 中第三式为变分所要求 的边界条件 ， １） 整理（４ １）
式。 并令
ｎ ＿ ＝ 七 ｛ ． √ ＝ ■ ＝
１２ 基 本 变分 方程 的推导 ． 根 据最 小 势能 原 理 ， 在外 力 作用 下 ， 构处 于 结
①
简支箱梁剪力滞效应分析
简支箱梁剪力滞效应分析摘要：本文分析了简支梁的挠度，考虑了剪力滞效应对简支梁挠度的影响。
采用了基于剪切变形的规律的翘曲位移函数来分析箱梁的剪力滞效应。
最后，利用剪力滞控制微分方程和边界条件导出考虑剪力滞效应的简支箱梁挠度公式，建立有限元模型，并通过模型试验结果验证了分析方法和结果的准确性。
关键词：简支梁；剪力滞效应；挠度引言一般梁单元是基于材料力学中平面截面变形的假定。
在这个假定中，弯曲变形是主要的变形，剪切变形是次要的变形，因此可以忽略不计（理想材料力学中通过平衡方程而不是变形协调方程的计算方法得到剪应力）。
箱梁在对称挠曲时，上下翼板因为受到剪切变形的影响，已不再符合初等梁理论的平截面假定，只通过一个广义位移的挠度对梁的挠曲变形进行描述已不够。
本文在经典梁理论的基础上，考虑剪力滞效应对简支梁挠度的影响，利用ansys软件建立有限元模型并进行分析计算，再与理论计算值比较，从而得到剪力滞效应对简支梁挠度的影响程度。
一、微分方程的建立如图1所示，在简支梁上承受一集中荷载P，弯矩与剪力都是分段函数。
图1简支梁受集中荷载作用(1)(2)当0≤x≤a时，弯矩与剪力如公式（1）所示，当a≤x≤l时，弯矩与剪力如公式（2）所示。
纵向位移差为，（3）式为0≤x≤a，（4）式为a≤x≤l；（3）（4）由边界条件u’|x=0=0;u’|x=l=0;x=a时u1=u,根据上述边界与连续条件，C1,C2,C3,C4可以得到答案：C1=0；C2=shk(l-a)/k2shkl；C3=shka/k2；C4=-shka/k2thk l现在计算应力，0≤x≤a段应力为（6）a≤x≤l段应力为（7）当集中力作用在跨中时，a=b=l/2时，跨中截面剪力滞系数为（8）此外，因为剪力滞的影响，挠度也将随之增大，对于在跨中作用一集中力时，附加弯矩为：（9）经过两次积分后得：（10）二、有限元模型的计算混凝土简支箱梁的组成包括初等梁理论挠度、剪切变形挠度和剪力滞效应产生的挠度。
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 。
薄壁箱梁剪力滞效应数值计算
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｎｕ ｅ ｉａ ａｌｕ ａ ｉ ｈｅ ｓ ａ ａ ｆｅ ｔ ｏ ｈ ｈ ｎ— ｌｅ ｓ ｒ ｉ ｘ ｍ ｒｃ ｌｃ ｃ ｌ ｔｏｎ ｏｆｔ ｈｅ ｒ ｌｇ ｅ ｆ ｃ ｆ ｔ ｅ ｔ ｉ ｗａ ｌ ｄ ｔ ａｇｈｔｂｏ ｇ ｒ ｒ ａ ｈ ｈ ｎ ｉｅ ｕ ｖ ｄ ｂ ｘ ｇ ｒ ｒｉ ａ ｒｅ ｔｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ｙ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｆｎｉｅ ｅ、 ｉｄｅ ｎｄ ｔ ｅ ｔ ｉ — ｗａ ｌｄ ｃ ｒ ｅ ｏ ｉｄｅ ｓ ｃ ｒ ｉｄ ｏｕ ｅ ｐ ｃ ｉ ｅ ｙ ｂ ｓ ｎ ｈ ｉ ｔ ｌ ・ ｅ ｎ ｅ ｈｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｂｏ ｒ ｈｅｌｕ ｔＳｈｅｌ６ ｉ．Ｔｈ ｏ ｍｅ ｔｍ ｔ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ｄ ｓ ｌ ｎｉ— ｌ ３ ｕｎ ｔ ｅ ｃ ｍｐｕｔ ｔｏ ａ ｅ ｕｌｓ ａ ｒ ｅ ａ ｉ ｎ ｌｒ ｓ ｔ ｇ ｅ ｗｅｌｗｉｈ ｔ ｅ ｐｒ ｄｉｔ ｄ ｖ ｌ ｆ ｖ ｒａ ｉ ａ ｅ ｈｏ ｎｄ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ａ ｔ ｌ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ａ ｕｅ ｏ ａ ｉ ｔｏｎ ｌｍ ｔ ｄ ａ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎｔ ｌｄａ ａ，ｗｈｉｈ ｖ ｉ— ｃ ａ ｌ ｄ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅ ａ ｔ ｅ ｓｏ ｈ ａ ｅ ｈ ｘ ｃ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｎｕｍｅ ｉａ ｅ ｈｏ ． Ｔｈ ｎ ｐ ｉ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ａ ｒｅ ｕｔｏ ｏｍ— ｒｃ ｌｍ ｔ ｄ ｅ ｒｍａ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｓ ｃ ｒ ｉｄ ｏ ｎ ｔ
第 ６卷第 ４期
２０ ０ ９年 ｌ ２月
长 沙 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
薄壁箱梁剪力滞效应计算方法研究
摘 要 ：能 量 变 分 法 是 计 算 箱 梁 剪 力滞 效应 常用 的 一 种 方 法 。 随 着 我 国 交 通 的发 展 ，大 跨 径 、 宽 箱 梁桥 和 曲线 箱 粱桥 越 来 越 多 ，大 量 的 工 程 实际 调 查 结 果 显 示 ， 用 变分 法计 算 出的 结 果 与 实际 的 箱 粱 的 剪 力滞 效 应 有 所 出入 。针 对 这 一 情 况 ，运 用 能
Ｈａｋ ｕ５ ０ ０ ， Байду номын сангаасａ ｉｏ ７ ２ ６ Ｃｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｖａ ｉｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｉ ｅ ｐ ｅ ｄ ａ ｏ ｔｄ ｔ ａｃ ｌ ｔ ｈ ａ ａ ｆｅ ｔｉ ｈ ｎ ｗａｌ ｄ ｂ ｘ ｇｒ ｅ ｓｒ ｃ ： ｒａ ｉ ｔ ｏ ｓ ｗ ｄ ｓ ｒ ａ ｄ ｐ ｅ ｏ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｓ ｅ ｒ ｌ ｇ ｅｆ ｃ ｎ ｔ ｉ － ｌ ｏ ｉｄ ｒ ｏ ｅ ｕ ｄ ｒｖ ｒｉａ ｅ ｄ ｎ ｕ ｒ ｎ ｌ ． ｉ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｎ ｒ ｎ ｐ ｒａ ｉｎ ｈ ｕ ｅ ｆｌｎ — ｐ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅ ｅ ｔ ｌｂ ｎ ｉ ｇ ｃ ｒｅ ｔ Ｗ ｔ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ Ｃ ｉ ａ Ｓｔａ ｓ ｏ ｔ ，ｔ ｅ ｎ ｍｂ ｒｏ ｇ ｓ ａ ，ｗ ｄ ｃ ｙ ｈ ｔ ｏ ｏ ａ ｄ ｃ ｒ ｅ ｏ ｉｄ ｒｂ ｄ ｅ ｒ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｎ ｕ ｖ ｄ ｂ ｘ ｇｒ ｅ ｒ ｇ ｓ ａ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ａ ｌ ｒ ｅ ｎ ｍｂ ｒ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｕ ｖ ｙ ，ｉ ｉ ｎ ｉ ａｅ ｉ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ａ ｇ ｕ ｅ ｆｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｓ ｒ ｅ ｓ ｔ ｓ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｒｌ ｇ ｅｆ ｃ ｅ ｕ ｔ ｒ ｉ ｅ ｅ ｔｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｖ ｒａｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓａ ｄ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｆ ｃ ｓ ｏ ｈ ｉ ｈ ｈ ａ ｆ ｔ ｓ ｌ ａ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｗ ｅ ｈ ａ ｔ ｈ ｏ ｉ ｎ ｈ ｃｕ ｌｅ ｇｎ ｅ ｉ ． ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｓ — ａ ｅ ｒ ｆ ｉ ｏ ｅ ｎ ｔ ｕ ｔ ｎ ｈ ｗ ｔ ｏ ｓ ｏ ａ ｉｔ ｎ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ａ ｄ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｔ ｏ ｒ ｓ ｄ ｔ ａ ｃ ｌｔ ｈ ｈ ａ ｇ ｅ ｆ ｃ ａｉ ，ｔ ｅ ｔ ｏ ｍｅｈ ｄ ｆｖ ｒａ ｉ ｒｎ ｉ ｌ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ｈ ｄ ａ ｅ ｕ ｅ ｏ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｔ ｅ ｓ ｅ ｒ ｌ ｆ ｔ ｏ ｏ ｎ ｅ ｍｅ ａ ｅ ｏ ｈ ｎ ｗａｌ ｄ ｂ ｘ ｇｒ ｅ ｎ ｂ ｔ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｓ ｆｕ ｉ ｒ ｌ ａ ．Ｃ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｄ ｆ ｒ ｆｔ ｉ － ｌ ｏ ｉｄ ｒｉ ｏ ｈ ｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｎ ｈ ａ ｅ ｏ ｎ ｆ ｍ ｏ ｄ ｏ ａ ａ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｆｔ ｉ ｅ － ｅ ｏ ｏ ｖ ｈ ｆ ｅ ｅ ｓｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｒ ｖ ｄ ｓｓ ｍｅ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆ ｒｓ ｅ ｒｌ ｇ ｅｆ ｃ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ｗｉ ｅ ｔ ｉ － ｌ ｄ ｂ ｘ ｎ ｅ ｅｗ ｅ ｈ ｗｏ ｒ ｓ ｌ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｅ ｅ ｅ ｃ ｈ ａ ａ ｆ ｔｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｆｔ ｄ ｈ ｎ ｗａｌ ｏ ｓ ｏ ｅ ｏ ｈ ｅ ｇｒ ｅ． ｉ ｒ ｄ
薄壁曲线箱梁考虑剪力滞的非线性理论研究的开题报告
薄壁曲线箱梁考虑剪力滞的非线性理论研究的开题
报告
一、研究背景
薄壁箱梁广泛应用于桥梁、车辆、机器等领域，其具有结构轻量化
的优势。
然而，在服务过程中，由于材料的强度、刚度、内力、非线性
行为等因素的影响，薄壁箱梁往往会出现结构失效的问题，进而影响使
用寿命和安全性。
因此，对于薄壁箱梁的非线性研究具有重要的理论和
实际意义。
二、研究内容
本研究旨在基于剪力滞理论，研究薄壁曲线箱梁在非线性荷载作用
下的动态特性及疲劳寿命。
具体研究内容如下：
1.建立薄壁曲线箱梁的有限元模型，考虑材料非线性和剪力滞效应。
2.在非线性荷载作用下，分析薄壁曲线箱梁的动态特性，包括自振
频率、振型和响应等。
3.基于疲劳寿命的理论，建立薄壁曲线箱梁的疲劳寿命模型，并进
行寿命分析。
4.通过实验验证模型的正确性和可靠性。
三、研究意义
本研究通过考虑剪力滞效应，为薄壁曲线箱梁的非线性分析提供了
新的思路和方法，对于提高薄壁箱梁的结构安全性和使用寿命具有重要
的指导意义。
四、研究方法
本研究采用有限元方法进行数值模拟，通过建立薄壁曲线箱梁的非线性动态模型，考虑材料非线性和剪力滞效应，进而进行动力分析及疲劳寿命预测。
同时，通过实验验证模型的正确性和可靠性。
五、预期成果
本研究可望取得以下成果：
1.建立基于剪力滞理论的薄壁曲线箱梁非线性动态模型。
2.分析薄壁曲线箱梁的动态特性和疲劳寿命，为其结构安全性和使用寿命提供理论支持。
3.为薄壁曲线箱梁的非线性分析提供新的思路和方法，具有重要的指导意义。
薄壁箱梁的剪力滞效应研究——以能量变分法为视角
— —
而大于板肋交接处 的弯 曲法 向应力 ，此现象破坏 了翼缘有效 宽 度概念 ，这种负剪力滞效应更应值得工程 界普 遍关 注。因此 ， 研究 薄壁箱梁 的剪力滞效应实乃必要 。 ２ 能量变分法计算薄壁宽箱梁 的剪力滞效应 能量变分法是从假定箱梁翼板 的纵 向位移模式 出发 ，以梁
文章编号 ：１ ６ ７ １ － ３ ３ ６ ２（ ２ ０ １ ３）Ｏ 卜０ １ ４ ３ — ０ ２
的竖 向位移和描述翼板剪力滞的纵 向位移差的广义位移函数 为 １问题的提 出 近些年来 ，随着我 国基础建设步伐 的加快 和投 入力 度的增 未知数 ，依据最小势能原理建立控制微分方程 ，从而获得应力 加， 桥梁建设取得 了长足的发展 ， 许多新型结构频繁运用其 中。 和挠度的闭合解 。 由于薄壁箱形梁 的优点突 出，它成为 了桥梁结构 中最 常使用 的
＋ ＋
—
固端肋处 固端板 中心 Ｌ ／ ４ 肋 处
Ｌ ／ ４ 板中 心
： 霎
—
＿ ÷ 一Ｌ ／ ４ 板 中心 Ｌ ／ ２ 肋 处
一
Ｌ ／ ２ 肋处
＋ Ｌ ／ ２ 板 中心 ．
基
＋
Ｌ ／ ２ 板 中心
１ ０
ｌ ２
ｌ ４
１ ６
ｌ ８
２ Ｏ
顶板 宽度 （ ｍ ）
ａ ） 立面图
ｂ ） 横 断面图 图 ２ 箱梁构造图
Ｃ０Ｍ 豫【 ， Ｃ 刀ＤⅣ 』 ｌ 纪 三 豫 Ｃ 兀 １ ４ ３
Ｃ Ｈｆ
中 国建筑 金属 结构 第 壹期 （ 下 ） 贰零 壹叁 年壹 月
巅
１ 骺
＋ ＋
－
撰
Ｒ 积
固端肋处 圃端板 中心 ！ 籁 Ｌ ／ ４ 肋处
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１． ２
１ ． ２ ５
１ ． ２ Ｏ
１ ． １ ５
凝１ ． １ ０
瓠 １ ０５
．
１ ． Ｏ０
９
Ｏ ． ９５ ０． ９０ － ｏ． ５
０． ８
－
ｙ ／ Ｂ
＿ ｏ ． ２ ５ Ｏ ０ ． ２ ５ Ｏ ． ５
— ０ ． ２ ５
Ｏ． ７ ５
一
Ｏ ． ５
＿ ０． ２ ５
０
０ ． ２ ５
０ ． ５
图 １ ３ 等截面梁跨中截面剪力滞 系数横 近或者反弯点值越大 ．
本文详述 了薄壁箱形梁剪力滞 效应的主要影 响 因素 ， 但没有 把各 因素结合 到一起进行 分析 ， 如何 把
不 同 的宽高 比 １ ． ５ ， ２ ． ０ ， ２ ． ５ ， 变 截 面梁 取 图 ３所 示
截 面形式 以及 尺 寸 ， 上 翼 缘 板 半 宽 取 值 同等 截 面
梁， 得到剪力滞系数变化曲线如图 ６～ ７ 所示．
３ ）箱梁腹 板斜 度 ．
等截 面梁 和变截 面梁取 图 ２所示 ， 取 ３种 不 同
及尺 寸 ， 跨 度和 受荷 载 形 式 同等截 面 简 支梁 ． 跨 中 横 截 面 的上 翼板 剪力滞 系数 的分 布如 图 ４～ ５所
ｙ ／ Ｂ
图５ 变截面梁跨中截 面剪力滞 系数横 向分布
２ ）宽 高 比 ｂ ／ ｈ ．
等截 面梁 取 图 ２ ａ 所 示 的箱 梁 截 面形 式 ， 上 翼 缘 板半宽 ｂ分别 取 １ ２ ０ ｍｍ， １ ６ ０ ｍｍ， ２ ０ ０ ｍ ｍ． 得 到
Ｌ ２
建 １ ． １
襁 １
．
各种因素结合到一起进行分析 ， 建立一套 既简单而
又精 确实用的计 算方 法 ， 同时适 合 于各种 桥 梁结 构 的剪 力滞 实用计算方法 ， 是值 得 以后加强研究 的 Ｊ ．
＿ ｕ．ｂ —Ｕ． ｂ ｏ Ｕ． ∞ Ｕ ．ｂ
Ｏ
力沿横 向呈不 均匀 分 布 ， 通 常 在与 肋板 交 接处 正 应
于剪 力滞 的存 在 ， 使 按 初等 梁理 论计 算 出 的应 力 和 箱梁 截面 实 际应力 之 间有很 大 的差异 ． 如 不考 虑此 影响， 将会 使 结构 的实 际 应 力被 低 估 … ． 故 有 必 要
对此 问题 作进 一步 的研 究 ． 箱梁 在纵 向弯 曲时 产 生竖 向变 位 ， 横 截 面 上
Ｏ ．ｇ ２ ０ ．７
—
ｖ ／ Ｂ
一 Ｑ ２ ５ ０ ０ ． ２ ５ ０ ． ５
＿ ｏ ． ５ ０ ． ５ － ０ ． ２ ５ ０ ０ ． ２ ５ ０ ． ５
图１ ０ 等截面梁跨 中截面剪 力滞 系数横 向分 布 图 ７ 变截面梁跨 中截面 剪力滞系数横向分布
示． 图 中翼缘 板 坐 标 与 翼缘 板 总宽 的 比值 为 ｙ ／ Ｂ ，
以下 图均按此 规定 ．
第 ２期
Ｌ ３
卢重 阳： 薄壁简支箱梁剪力滞效应 参数研究
１ ． ２０
・４ ７・
．
ｌ
据Ｒ点 亘
０
１ ＿ １ ５
１ ． ２
１ ．１ ０
文章 编 号 ： １ ０ ０ ９— ２ ２ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２—０ ０ ４ ５— ０ ４
薄 壁 简 支 箱 梁 剪 力 滞 效 应 参 数 研 究
卢 重 阳
（ 兰州 工 业 学 院 建 筑 工 程 系 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ）
摘要 ：箱形 截 面梁剪 力滞 效应 的影 响 是 结 构设 计 中不 能 忽视 的 因素 ． 剪 力 滞 效应 的存 在 ， 使 箱 梁
引起 纵 向正应 力 ｏ ｒ和切 应力 ． 图 １中虚线 表 示 按
按梁弯 曲初等理论
求 得 的 法 向应 力
图１ 弯 曲正 应 力 的横 向分 布
影 响箱 形梁 截 面 剪 力 滞 效应 的 主要 因素 有 截
载形 式等 因素 ． 为 了分 析 这 些参 数 的影 响 ， 以下 采
［ Ｍ］ ． 北京 ： 人 民交 通 出 版 社 ， １ ９ ９ ８ ．
图１ ４ 变截面梁跨 中截面剪力滞 系数横向分布
２ 结论
１ ）在 影响 箱梁结 构剪 力滞 系数 的若 干个 几何
参数 中， 结 构 的宽跨 比 ｂ ／ Ｌ的影 响 最 为显 著 ， 因 此在对 箱梁 桥进 行 设计 和结 构 分 析 时应 予 以充 分
中 图分类 号 ： Ｔ Ｕ ３ １ ７ ． １ 文 献标 志码 ： Ａ
０ 引 言
箱形 截 面梁备 受 桥 梁 工 程 师 的 青 睐 被广 泛 应 用 于各种 桥梁 体系 当 中 ， 因为箱 形截 面梁 具有 自重
轻、 跨 越 能力 大 、 抗 扭 刚度 大及施 工方 便 等优 点． 而 剪力 滞效 应是 箱形 截 面梁普 遍存 在 的一种 现象 ， 由
变截 面简支 梁按二 次抛 物线 变化 ， 跨 中截 面 和 支座处 截面 如 图 ３ 所示 ， 其他 参数 同等截 面简支 梁
模型．
ｌ
１
ｌ
籁
ｍ ｍ， 测 得 有机 玻 璃 弹性 模 量 为 Ｅ＝３ ０ ０ ０ ＭＰ ａ ， 泊 松 比为 Ｖ： ０ ． ３ ８ ５ ， 均布荷载为 １ ． ６ Ｎ ／ ｍ ｍ， 各横 截 面到 坐标原 点 的距离 与跨 长的 比值用 ｘ ／ Ｌ表示 ．
面几何形状 、 宽跨 比、 宽高 比、 上翼缘悬臂长度 、 荷
用有机玻璃试验模型 对等截面简支梁进行参数
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ １ — １ ９
作者简介 ： 卢重阳（ １ ９ ８ ０ ． ） ， 女， 甘肃通渭人 ， 讲师
・
４ ６・
兰
州
工
业
学
院
学
报
第２ Ｏ 卷
分析 ． 模 型截 面 如 图 ２所 示 ， 简支粱的跨度为 ８ ０ ０
力最 大 ， 远离肋板 交接处逐 渐减小 ． 剪力流 在横 向传 递过程 有滞后 现象 ， 称“ 剪力滞 效应 ” ．表达式为
Ａ ＝＝ ｒ ｏ
．
（ １ ）
ｏｒ
式 中， Ａ为剪 力 滞 系 数 ； 仃 为实 际截 面 上 发 生 的应力 ； 为初 等梁 理论 算 出 的应 力 ．
１ ．３ ５
面梁 和等截 面梁 ， 剪滞 效应 的影 响程度 变截 面梁大 于对 等截 面梁 的影 响 Ｊ ．
４ ）翼缘 悬臂 长度 对剪 力滞 系数 的影 响是 随着 翼缘 悬臂 长度增 大 ， 剪 力 滞 系数 也 相 应 地增 大 ， 主
１ ． ２ ０
撰
１ ． ０ ５
Ｏ． ９ ｏ
鞴 １ ． １
１ － ０ ５
艇
１ ． ｏ
靛１ ０ ０
－
Ｒ
０ ．９ ５
０ ． ９
０． ９０
０ ．８ ５
０ ． ８ ０ ． ５ － ０ ． ２ ５ ０ ０ ． ２ ５ ０ ． ５
０． ８０
一
ｙ ／ Ｂ
Ｏ． ５ － ０． ２５ ０ ０．２５
初等 梁理 论 计算所 得 的应 力分 布 ， 顶板上 弯 曲拉应 力 为均 匀分 布 ， 这 对 肋 距 不 大 的箱 梁 是 正 确 的 ； 但 对 悬臂 翼缘 板较 长 和腹 板 间距 较 大 的箱 形 薄 壁 梁 其应 力 分布 是不 均匀 的 ， 即远 离肋 板 的纵 向位移 滞 后 于靠 近肋板 的纵 向位移 ， 导 致翼 缘板 的弯 曲正 应
Ｏ ． ９
Ｏ． ８
参 考文 献 ：
［ １ ］ 罗旗帜 ， 吴幼 明． 薄壁箱梁剪力滞 理论 的评述 和展望 ［ Ｊ ］ ． 佛 山科学技术学院学报 ， ２ ０ ０ １ （ ３ ） ： ２ ９ — ３ ３ ． ［ ２ ］ 张 士铎 ， 邓小华， 王文 州 ． 箱形 薄壁 梁 剪 力滞 效 应
０
０ ． ２ ５
０ ． ５
０． ５
图 ８ 等 截 面 梁 跨 中截 面 剪 力 滞 系 数 横 向 分 布
图１ １ 变截面梁跨中截面剪力滞 系数横 向分 布
４ ）上翼 板 悬臂 长度 ．
荷载 和 ４种集 中荷 载 作 用 时 跨 中横 截 面 上翼 板 剪
等 截 面 简 支梁 横 截 面 如 图 ２ ａ所 示 ， 变 截 面 梁 如 图 ３所 示 ， 取翼板悬 臂长度分别 为 １ １ ２ ｍ ｒ ｎ ， ９ ６
图 ６ 等截面梁跨 中截面 剪力滞系数横向分布
１ ．４
图 ９ 变截面 梁跨中截面剪力滞 系数横 向分布
１ ．１ ６
１ ．３ Ｌ １ ２
１ ．２
１ ．０ ８
辐
１ 鼯 １ ．１
挺
撩 １ ． ０
靛１ ． ０ ４
瓣
１ ．Ｏ ０
０ ．９
０．９ ６
０ ．８
的重 视．
［ ３ ］ 程海根． 薄壁 箱梁剪 力滞效 应理论 分析 与实验 研究 ［ Ｄ ］ ． 成都 ： 西南 交通大学 ， ２ ０ ０ ３ ．
要原 因是 广义翼 板 刚度 与截 面 刚度 比值 增加 ． ５ ）集 中荷 载作用 下箱 梁剪力 滞 系数要 大 于均 布荷 载作 用下 的值 ． 变 截面 梁在 移动 的集 中荷 载作 用下 ， 作用 点处 的剪 力 滞 系 数变 化 较 小 ． 而 等截 面 梁在 移动 的集 中荷载作 用 下 ， 作 用点处 的剪 力滞 系 数会 出现与均 布荷 载作用 下相 近似 的分布规 律 ， 即
图４ 等截面梁跨中截面剪力滞系数横 向分布