薄壁箱梁剪力滞效应计算方法研究

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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。２１４数值分析法．．
２１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”。

薄壁箱形梁剪力滞效应数值计算

引言
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滞效应。
关键词：悬臂箱梁；能量变分法；差分法；剪力滞剪力滞效应最大位移差函数Ｕ（，然后再求出应ｘ）为最小，即体系总势能的一阶变分应该为零。在桥梁工程中，上部结构的类型多种多样，力，用此应力除以按基本梁理论计算得到的应力６＋）０（ｒ＝ｔ７Ｔ如Ｔ型梁，工字形梁， Ⅱ型梁，还有箱型梁。在大跨式中：为体系的形变势能；为体系的荷载即得到剪力滞系数。＿度桥梁结构中，由于箱型梁抗弯与抗扭性能好，所势能。３算例以箱型截面广泛用于桥梁工程中。但是，在宽的箱２梁受弯时的．１荷载势能等截面简支梁，悬臂梁剪力滞效应的计算梁中，当腹板间距较大，当对称弯曲时，变形明显旷ｇ＝ｒ（）（出３．１等截面简支梁承受均布荷载，如图２所地不服从初等梁的理论，存在剪力滞效应。箱型梁２２梁的各项形变势能示截面在对称荷载作用下，在腹板和翼板中产生的２．腹板势能．１２剪力流将引起应力与变形以及相应的翼板翘曲，ｔ７＝（）ｘｄ使得应力在翼板中产生不均匀分布，这种翼板中２２上翼板应变能．２应力不均匀分布的现象称为剪力滞效应。主要由瓦＝＋＝２ｔ。）。（＋于翼板中剪切变形的影响所致。如果板肋交界处图２受均布荷载的简支梁＋ ‘ Ｅｅ＋Ｇ＂ｌ２２ｆ２）｝螂的应力大于截面上翼板中部的应力，则称做正剪（；一ｕ晰＝力滞效应；反之成为负剪力滞效应。各国在其规范２３下翼板应变能：２㈣（－２），ｘ中都对剪力滞效应有或多或少的规定，但是，在我２（＋））蚴＝：Ｅ一２）１／，ｘ（６国公路与铁路桥梁规范中缺乏对箱型梁在剪力滞体系的总势能为：方向的具体规定。因此按初等梁理沦计算的恒载，嚣＋一＋。，＋。＋＋可依据活载、预应力在对称弯曲时的应力无折减由上式可以得到等截面箱梁剪力滞问题微边界条件为Ｌ＝ ” ｌ＝ｏ￣，－ｏＴ，ｃ＝一１；ｌ丙ｋ－ｃ１１ｈ或增长系数，因此，这种不考虑剪力滞效应的现象分方程及边界条件如下。安全。Ａ＋ｌ｛；０ｆ）Ｅｗ＋ＤＩ（１＋—ｋｃｌ１ｈｋｈｌ曲ｈｌｓｋ。１Ｅｌｌ２ｋ ‘ ６ｋ１基本假定肼卜｛．瓦Ｉ］一２１１ｎ０３６Ｇ１．１如图１所示，选取腹板间净距或悬臂［｝ｃ一２ｃ。。～，］ｃ＝３翼板净宽两者中较大的—个作为宽度ｂ将￣Ｙ记，Ｉ＇１Ｅ卜鲁０一２（（一ｌ（ｏ００）３，））（）１为垂，ｌ则悬臂翼板和上下翼板宽度分别为 ∈ｂ∈ｂｂｌ、２翼缘板的附加弯矩，向应力及剪Ｊ表达法匝力和 ∈ｂ并引入两个位移函数删３，及ｕ，）ｕｘｙ（ｙ（，ｘ。）对于变截面，１的系数均为坐标的函数，式分别如下：式（）不能直接求解方程得到解析解。可将式（）１中的第；” ｆ型蛐】，・＝一曲＋个方程两边求导数，并将第二个方程整理可得式中：（为剪切转角的最大值；分别为到关于翼板剪切转角ｕ）ｕ）ｘｚ（的方程后得：ｘ。上、下翼板的中面距箱梁形心轴的距离。式中的第项可看作初等梁理论对应的值，第二项为考虑３２等截面悬臂梁承受均布荷载如图３所示。剪力滞影响的修正项。贝式（）０２司化为：ｄｘ）ｔ（ｔ，１在竖直荷载作用下整个截面的变形有三ｌ一９２（ｚ（＝（（鑫等等３）个梅：中和轴仍位于按初等梁理沦汁算的位ａ置；腹板的变形仍符合平截面假定，ｈ计及纵向弯曲变形势能的一项，横向弯曲变形势能可忽略不图３受均布荷载的悬臂梁 “ 一，（ “一，一＾）卢ｐ（）ｌＭｚ（）４计；翼缘板由于剪切变形的滞后影响，ａ使其纵向

箱梁的剪力滞效应研究方法与展望

箱梁的剪力滞效应研究方法与展望摘要：本文介绍了国内外研究箱梁剪力滞效应的主要理论和研究成果，比较其适用性和优缺点，并对今后箱梁剪力滞的研究进行展望，为以后对箱梁剪力滞效应的研究提供了研究方向。

关键词：箱梁；剪力滞效应；方法；Researchmethodandoutlook forshear lageffectinboxgirderLi Zhen-xingLiao You-hongAbstract:Maintheoriesandresearchachievementsobtainedbyresearchersathomeand abroadonshear-lageffectinboxgirderarepresentedinthepaper.Bycomparingtheapplicability,adv antagesaswellasdisadvantagesandbylookingforwardtothefutureresearch,thepaperprovi desdirectionforthefutureresearchonshear lageffectinboxgirder.Keywords:：boxgirder;shear lageffect;method一、引言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。

箱梁截面形式具有横向翼缘板宽、腹板间距大和箱壁薄等特点，在横力弯曲作用下会产生明显的剪力滞效应，造成翼板与腹板交界处产生应力集中，导致相应部位出现横向裂缝，严重时有可能威胁到桥梁结构的安全。

因此，进行剪力滞效应分析对于明晰剪力滞效应现象和保证桥梁结构安全具有实际意义[1][2]。

“剪力滞效应”是开口的“∏”形梁、“T”形梁或闭口的箱形梁，在纵向对称荷载作用下，由于翼缘板中剪切变形的不均匀性，导致纵向正应力沿翼缘板宽度方向呈曲线分布，其间存在着剪力沿横截面分布不均匀现象，即剪力滞后现象[3]。

薄壁曲线箱梁剪力滞效用的有限元解法与实验研究

（ｉｏ－ｕｉｕｘｒｓｗｙＣｎｔｃｏｅｅｐｎｏ，ＴｆＨｕａｒｖｃｕｉｕ，ＨｎｎＪｈｕＨａｈａｅｐｅｓａｏｓｕｔｎＤｖｌｍｅｔＣ．ＬＤｏｎｎｐｏｉ，Ｈａａｕａｓｒｉｏｎｈ４８０Ｃｉ）１００，ｈｎａ
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］Ｔｉ－ａｌｏｉｅ；ｈａｌｆｃ；ｉｉｌｅｔｅｏｓｅ６ｎｔＡ－ＫｅｒｓｈｎｗｌｄｂｘｇｄｒＳｅｒａｅｅｔＦｎｔｅｍｎｔｄ；ｈｌ３ｕｉＮｅｒｇｆｅｅｍｈｌ；
ＳＹＳ
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４８０）１００
【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ＳＥＬ３介利ＨＬ６单元，用ＡＳＳ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ＡＳＳ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。

薄壁箱梁剪力滞效应数值计算

ＳｃｅｃｎＦｅｈｉｎｅａｄｃｎｏｌｇｙ．Ｃｈａｇｓａ４１０ｏｎｈ００４，Ｃｈｉ）ｎａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｅｎｕｅｉａａｌｕａｉｈｅｓａａｆｅｔｏｈｈｎ— ｌｅｓｒｉｘｍｒｃｌｃｃｌｔｏｎｏｆｔｈｅｒｌｇｅｆｃｆｔｅｔｉｗａｌｄｔａｇｈｔｂｏｇｒｒａｈｈｎｉｅｕｖｄｂｘｇｒｒｉａｒｅｔｒｓｅｔｖｌｙｕｉｇｔｅｆｎｉｅｅ、ｉｄｅｎｄｔｅｔｉ — ｗａｌｄｃｒｅｏｉｄｅｓｃｒｉｄｏｕｅｐｃｉｅｙｂｓｎｈｉｔｌ・ｅｎｅｈｏａｅｎｔｅｂｏｒｈｅｌｕｔＳｈｅｌ６ｉ．Ｔｈｏｍｅｔｍｔｄｂｓｄｏｈａｄｓｌｎｉ— ｌ３ｕｎｔｅｃｍｐｕｔｔｏａｅｕｌｓａｒｅａｉｎｌｒｓｔｇｅｗｅｌｗｉｈｔｅｐｒｄｉｔｄｖｌｆｖｒａｉａｅｈｏｎｄｔｅｅｐｒｍｅａｔｌｔｈｅｃｅａｕｅｏａｉｔｏｎｌｍｔｄａｈｘｅｉｎｔｌｄａａ，ｗｈｉｈｖｉ— ｃａｌｄｔｓｔｅｅａｔｅｓｏｈａｅｈｘｃｎｓｆｔｅｎｕｍｅｉａｅｈｏ．Ｔｈｎｐｉｒｅｅｒｈｉａｒｅｕｔｏｏｍ— ｒｃｌｍｔｄｅｒｍａｙｒｓａｃｓｃｒｉｄｏｎｔ
第６卷第４期
２００９年ｌ２月
长沙理工大学学报（自然科学版）

薄壁箱梁的剪力滞效应研究——以能量变分法为视角

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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：１６７１－３３６２（２０１３）Ｏ卜０１４３ — ０２
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
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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
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量变分法和有限元法两种方法对薄壁箱梁在集中力和均布荷载情况下的剪力滞效应加以计算，并对比分析二者计算结果的差异，从而为薄壁宽箱梁剪力滞效应计算提供一些参考。
关键词：薄壁宽箱梁；剪力滞效应；变分法；有限元法
ＣｏｇｉｇＪａｔｎｉｅｓｔ，ｏｇｉｇ４０７，ｈｎ；．ｇｗｙＳｒｅｎｓｎＩｓｉｔｆＨａｎｎＰｏｉｃ，ｈｎｑｎｉｏｏｇＵｎｖｒｉＣｈｎｑｎ００４Ｃｉａ３ＨｉｈａｕｖｙａｄＤｅｉｎｔｕｅｏｉａｒｖｎｅｙｇｔ
ＢｄｅＴｎｅＥａｅｉ桥梁与隧道工程ｒａ＆ｕｎＩｉｅｉｎｒｎ
薄壁箱梁剪力滞效应计算方法ｌ
｛研究Ｉ
邹毅松，李成君，一，易祥军
（．庆大学土木工程学院，重庆４０５；２重庆交通大学土木建筑学院，重庆４０７１重００６．００４；３海南省公路勘察设计院，海南海Ｅ５００）．ｌ７２６
中图分类号：Ｕ４．１４８２３文献标识码：Ａ文章编号：１０－７６２１）５０９ — ４０２－８（０２０ — ０３０４
ＣａｃｌｔｏｆＳｅｒＬａｆｅｔｏｉ－ａｌｄＢｏｒｅｌｕａｉｎｏｈａｇＥｆｃｆＴｈｎＷｌｘＧｉｄｒｅ