基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究
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钢—混凝土组合箱梁剪力滞效应的试验研究的开题报告
钢—混凝土组合箱梁剪力滞效应的试验研究的开题报告一、选题背景钢-混凝土组合箱梁是一种集钢结构和混凝土结构于一体的复合结构，具有强度大、刚度高、抗震性能良好等优点，广泛应用于桥梁、隧道等工程中。
但是，由于钢和混凝土之间的协同作用机理复杂，因此其力学性质和变形规律需要进一步研究。
本研究旨在探究钢-混凝土组合箱梁在受剪力作用下的滞效应。
二、研究内容本研究将采用试验研究的方法，设计搭载传感器的钢-混凝土组合箱梁模型，对其进行周期性的剪力加载，通过采集模型在不同加载阶段的应变和应力数据，探究钢-混凝土组合箱梁在受剪力作用下的滞效应。
同时，还将对其力学特性进行分析，包括刚度、强度、延性等。
三、研究意义钢-混凝土组合箱梁是一种重要的复合结构，在工程实践中应用广泛，其受剪力作用下的滞效应是设计和施工过程中需要重点考虑的问题。
本研究将对钢-混凝土组合箱梁的力学特性进行深入研究，为其在实际工程中的应用提供理论基础和技术支持。
四、研究方法本研究将采用试验研究的方法，设计搭载传感器的钢-混凝土组合箱梁模型，对其进行周期性的剪力加载，在不同加载阶段采集模型的应变和应力数据，并进行数据分析和处理，得出其滞效应和力学特性。
五、预期成果本研究的预期成果包括：1. 对钢-混凝土组合箱梁在受剪力作用下的滞效应进行深入研究，揭示其力学特性和变形规律。
2. 建立钢-混凝土组合箱梁受剪力作用下的力学模型和数值模拟方法，为工程实际应用提供科学依据。
3. 探索钢-混凝土组合箱梁在工程实践中的应用前景，为其在不同工程领域的设计和施工提供技术支持。
六、研究进度安排本研究的进度安排如下：1. 文献综述阶段：对钢-混凝土组合结构的相关研究文献进行归纳整理，并对其进行综述和总结。
2. 实验设计阶段：设计钢-混凝土组合箱梁模型，确定试验方案和参数。
3. 试验进行阶段：进行模型的试验研究，采集数据。
4. 数据处理和分析阶段：对采集到的数据进行处理和分析，得出结论和结果。
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。
特殊支承箱梁剪力滞效应的有限元分析
特殊支承箱梁剪力滞效应的有限元分析特殊支承箱梁剪力滞效应的有限元分析引言:随着现代桥梁结构设计的不断发展，特殊支承箱梁在跨越大跨径、高速公路以及城市轨道交通等领域中得到了广泛应用。
然而，由于特殊支承箱梁结构的复杂性，其受剪切力作用时会产生剪力滞现象，这给结构的性能与安全性带来了挑战。
本文将通过有限元分析的方法，对特殊支承箱梁剪力滞效应进行详细研究，探索其产生机制及对结构的影响，为后续的设计与施工提供参考。
1. 特殊支承箱梁剪力滞效应的定义和机制在特殊支承箱梁中，当剪力加载到一个特定值时，结构出现非线性行为，剪力-切变曲线呈现出一种明显的滞后现象。
这种滞后现象就是剪力滞效应。
其主要机制可以归结为材料非线性和结构非线性两方面。
材料非线性是指材料内部力学性能的变化，主要表现为剪切强度和刚性的非线性关系。
结构非线性是指支承箱梁在受力作用下产生的位移、变形和应力等因素之间的相互作用，导致结构整体性能的变化。
2. 影响特殊支承箱梁剪力滞效应的因素特殊支承箱梁剪力滞效应的产生受到多种因素的影响，包括材料性能、截面形状、结构的几何参数以及荷载施加方式等。
首先，材料的刚性和强度是影响剪力滞效应的重要因素。
相对于刚性材料，弹性模量较低的材料更容易产生滞后现象。
其次，截面形状也对剪力滞效应有一定影响。
一般来说，T形截面和箱形截面在受剪作用下更容易出现滞后现象。
另外，结构的几何参数，如跨径、高度、界面性能等也会直接影响剪力滞效应的产生和发展。
最后，施工过程中的荷载施加方式也是产生剪力滞效应的重要因素之一。
3. 有限元分析在研究特殊支承箱梁剪力滞效应中的应用有限元分析作为一种计算力学方法，在研究特殊支承箱梁剪力滞效应方面具有广泛的应用。
首先，有限元分析可以通过建立结构的数学模型，模拟剪力加载过程中的结构反应，包括位移、变形、应力等。
其次，有限元分析可以通过改变结构参数和材料参数，模拟特殊支承箱梁在不同条件下的滞后行为，以探究剪力滞效应的机制。
箱梁的剪力滞效应研究综述
科 技信 息
。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
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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
基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｏ ｇｈ ａ ｌ ｓｓｏ ｈｅｄｉｔ ｉ ｉ ｎ ｌ ｗ ｆｔ ｈ ａ ｌ ｗ ｈｅｂｏ ｒ ｒ ｕ ｄｅ ｅ ｔｃ ｌｂ ｎｄ ｎｇ， ｈ ｓｒ ｃ ： ｒ ｕ ｎａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｓ ｒｂｕｔｏ ａ ｏ ｈｅｓ ｅ ｒｆｏ ｏｆｔ ｘ ｇｉｄｅ ｎ ｒｖ ｒ ｉａ ｅ ｉ ｔｅ
出截 面 仅有 一个 未 知 翼 板剪 切 变 形 最 大差 ， 翼 板符 合 剪 切 变 形 规 律 的翘 曲位 移 函 数 。建 立 基 于 变 分 法 的 箱 梁 各
剪 力 滞 控制 微 分 方 程 。通 过析 结 果 与 模 型 试 验 值 于板 壳元 的 数 表 基
摘 要 ： 文 从 薄 壁 箱梁 的剪 力 滞 效应 是 由于 翼 板剪 切 变 形 所 致 这 一 本 质 出 发 ， 过 分 析 箱 梁 在 竖 向 弯 曲 时翼 本 通
板 的剪 力 流 分布 规 律 ， 出利 用 翼 板剪 切 变 形 规 律来 定 义 其 剪 滞 翘 曲 函数 的 方 法 。针 对 常 见 的单 室 箱 梁 ， 义 提 定
Ｆｌ ｎ ｅ ｓａ ｈ ａ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ Ｌａ ａ ｇ — ｌ ｂ Ｓ ｅ ｒ Ｄｅ ｏ ｍ ｔｏ ｗ
ＬＩ ｅ ｇ ｚ ｅ ＺＨＯＵ ｈ—ｕ Ｎ Ｐ ｎ —ｈ ｎ ． Ｓ ｉ ｎ ｊ
（ ． ｙ Ｌａ ｏ ａｏ ｙｏ ａ Ｂｒｄ ｅ＆ Ｕｎ ｅ ｇ ｏ ｎｄＥｎ ｉｅ ｒｎ ｆＧａ ｓ ｏ ｉｃ ， ｎ ｈ ｕＪａ ｔ ｎ １ Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆＲｏ ｄ， ｉｇ ｄ ｒ ｒ ｕ ｇｎ ｅｉｇ ｏ ｎ ｕ Ｐｒｖｎ ｅ Ｌａ ｚ ｏ ｉｏ ｏ ｇＵｎｉｅ ｓｔ Ｌａ ｚ ｏ ３ ０ ０ Ｃｈｎ ； ｖ ｒｉｙ， ｎ ｈ ｕ７ ０ ７ ， ｉ ａ ２ Ｃｉｉ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｌｇ Ｃｈｏ ｇ ｉｇ Ｕｎｖ ｒｉｙ Ｃｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ５， ｉａ ） ． ｖｌ ｇｎ ｅｉｇ Ｃ ｌｅ ｅ， ｎ ｑｎ ｉｅｓｔ ， ｏ ｇ ｉｇ ４ ０ ４ Ｃｈｎ
箱梁的剪力滞效应分析
箱梁的剪力滞效应分析文章类型：论述文剪力滞效应是指箱梁在承受剪力作用时，剪切力和剪切变形之间的关系出现滞后现象。
这种现象对箱梁的承载能力和正常使用有着重要影响。
本文将介绍箱梁剪力滞效应的基本概念和分析方法，并探讨如何采取有效的措施应对剪力滞效应的影响。
一、箱梁剪力滞效应概述箱梁是一种常见的桥梁结构形式，具有结构强度高、刚度大等特点，被广泛应用于公路、铁路、城市轨道交通等领域。
箱梁在承受剪力作用时，剪切力和剪切变形之间的关系通常应该是线性的，但在某些情况下，剪切力与剪切变形之间的关系会出现滞后现象，即所谓的剪力滞效应。
剪力滞效应会对箱梁的结构性能产生不利影响，降低桥梁的承载能力和使用性能。
当剪力滞效应较严重时，可能导致桥梁出现裂缝、变形过大等现象，影响行车安全和桥梁寿命。
因此，对箱梁剪力滞效应进行分析和研究，采取有效的应对措施，具有重要意义。
二、箱梁剪力滞效应分析方法1、有限元法有限元法是一种常用的结构分析方法，通过将结构离散成多个小的单元，利用数学方法近似求解结构整体的力学行为。
对于箱梁的剪力滞效应分析，可以采用有限元法进行数值模拟，通过调整箱梁的几何尺寸、材料参数等因素，模拟剪力滞效应的产生和变化规律。
2、解析法解析法是通过理论建模和推导，得出结构的力学响应的解析解。
对于箱梁的剪力滞效应分析，可以采用解析法建立简化的力学模型，从而得到剪力滞效应的近似解。
解析法具有计算速度快、成本低等优点，但精度较有限元法低。
三、箱梁剪力滞效应应对措施1、优化结构设计通过优化箱梁的结构设计，可以降低剪力滞效应的影响。
例如，可以合理布置箱梁的横隔板和竖向肋板，增加结构的整体性和抗扭刚度；同时，可以通过选用高强度材料，提高结构的强度和稳定性。
2、增加配筋率增加箱梁的配筋率可以增强结构的抗剪能力，降低剪力滞效应引起的变形和裂缝等问题。
同时，合理的配筋设计还可以提高箱梁的承载能力和使用寿命。
3、采用新型材料采用新型材料如高性能混凝土、纤维增强混凝土等，可以提高箱梁的抗剪性能和耐久性，降低剪力滞效应的影响。
第三章箱梁的剪力滞效应剖析
或a，取Min。
L，简支梁跨度的 1
3
3
12t b0 2c,b为腹板宽，c为承托长度，
t为翼缘板厚，
a为相邻两梁轴线间的距离。
33
美国：
德国
英国
16t
b0
,或
L 4
12t
b0
,或
L 2
12t
b0
,或
L 3
34
上述规定适合于简支梁，对连续梁宜采用 BS5400规范相关规定。
（3）讨论
➢ 采用杆系单元建模的结构整体分析时，截 面几何特征计算是否要考虑有效宽度问 题？。
3y2 b3
hu
u
xb
ub (x, y) x
hb "1
y3 b3
u'
b
ub x,
y
y
3y2 b3
hb
u
9
Vsu
Vsb
1 2
Is
E
[(w)2
3 2
wu
9 14
(u)2
]
9Gu2 5b2
dx
式中: Is=Isu+Isb ,为上下翼板对截面形心轴 的惯性矩。
10
梁腹板部分应变能为：
6
dw y3
u(x,
y)
hi
dx
1
b3
u( x) 7
3.2.2 结构势能
式中：
V W
V ——体系的应变能；
W ——外力势能。
外力势能：
d 2
W M (x) dx2 dx
体系应变能：
为梁腹板部分与上、下翼板部分的应变能之和。
梁腹板部分仍采用简单梁理论计算其弯曲应变能，对
混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论与应用研究
混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论与应用研究混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论与应用研究引言混凝土箱梁作为一种常见的结构形式，在桥梁、地下结构和水利工程中被广泛使用。
而剪力滞效应作为混凝土梁在受剪力加载时产生的一种特殊力学现象，对结构的性能与安全性有着重要的影响。
因此，对混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论与应用进行研究，具有重要的理论与实用价值。
一、混凝土箱梁剪力滞效应的基本原理剪力滞效应是指在加载荷载作用下，混凝土梁或板受到剪力时，其应变与应力并非以线性关系变化，而是存在一定的滞后现象。
在混凝土梁或板受剪切力作用下，由于混凝土的非线性本质，其内部发生微观变形，导致剪力滞效应的产生。
剪力滞效应的存在会导致结构刚度的降低，从而影响结构的整体性能。
二、混凝土箱梁剪力滞效应的影响因素混凝土箱梁剪力滞效应的产生与其几何形状、材料性质与加载方式等因素有关。
首先，混凝土箱梁的几何形状对剪力滞效应具有重要影响。
例如，梁的相对宽度越大，其剪力滞效应越明显。
其次，混凝土材料的性质也会对剪力滞效应产生影响。
通常情况下，混凝土材料的强度越高，剪力滞效应越明显。
最后，加载方式对剪力滞效应的影响也需要考虑。
往复加载和一次加载会产生不同的剪力滞效应。
三、混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论对混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论进行研究，对于预测结构的性能具有重要意义。
目前，主要采用两种方法进行分析：试验研究和数值模拟。
试验研究通过设计试验样件进行剪力加载，并通过测量位移和应力来研究剪力滞效应的变化规律。
数值模拟则通过建立数学模型，利用有限元方法对结构进行仿真计算，以获取剪力滞效应的相关参数。
在试验研究方面，可以采用往复加载的方式，通过改变加载速度、幅值和循环次数等参数，来研究剪力滞效应的变化规律。
同时，通过使用高精度传感器和测量设备，获取结构在不同加载阶段的变形曲线和应力分布。
对试验数据进行分析，可以得到混凝土箱梁剪力滞效应的主要特征。
在数值模拟方面，可以根据混凝土的本构关系和剪切破坏准则，建立混凝土箱梁的有限元模型。
曲线箱梁的剪力滞效应探讨
的应 力为 ， ： 则
＝
Ｉ＝Ｍｚ６ ＋ 『 （ ， ＋ Ｉ ＇（ ２ 吉Ｅ ｄ ｆ ｗ ｄ ２ ｚ ｗ
ａ
（） １
ｌ ｅ
２ ／（ ＋ｗ ＋ ） 雾 ｄ ４ Ｅ ｆ［ ＂ ｕ ］ ｚ（ ＋ ）
＝ ，到 列 分 程 ０ 下 微 方 及 得
Ｅ１ ＋Ｍ （ ＋ Ｅ ， ０ ｗＨ ｘ） ／ ｕ ，
位移 ， 即梁的竖 向挠度 Ｗ （ 与纵 向位移 Ｗ （ 一 ＝ （） ５
内的纵 向位移沿 横向按二次抛 物线分布 。国 内有关 文献 中 ， 此 对
其中 ， ｋ均为瑞那斯参数 。 ，
式（ ） ５ 的一般解形 式为 ：
假定 以三次抛 物线作 修正 ， ： 得
并令 ： ＝— ，
也应通过 值 计算才能确定 。
１ 曲线箱梁剪力滞计算理论
宽箱梁在对称 挠 曲时 ， 因翼 板 不能符 合 简单 梁平 面假 定 ， 应
卜专 辛
ｋ １ ／４ ｎ １Ｇ —
。
用一个广义位移 Ｗ （ Ｘ）， 即用梁 的挠 曲来 描述箱梁 的挠 曲变形 已 经不够 ， 在应用最小 势能原 理分 析箱 梁 的挠 曲时 ， 引入两 个广 义
性能接近于简单梁理 论 的假定 ， 翼缘 因这 部分 变形 存 在 ， 宽 而使 考虑腹板 的剪 切 变 形 。对 上 下 翼 板 ， 的竖 向纤维 无 挤 压 ， 板 即 远离梁肋的翼缘不参 与承弯工作 ， 即受压 翼缘上 的压应力 随着 ｅ ＝０ 也 。板平 面外 的剪 切变 形 与 及横 向应 变 均很 小 ， 可 离梁肋的距离增加而 减少 ， 个现 象就 称为 “ 这 剪力 滞后 ” 简 称剪 忽略不计 。根据文 献［ ］ 易知总体势能 ： ， １， 力滞效 应。如果初等梁理论算 出的应力为 ， 实际截面上 发生 而
＝
Ｉ＝Ｍｚ６ ＋ 『 （ ， ＋ Ｉ ＇（ ２ 吉Ｅ ｄ ｆ ｗ ｄ ２ ｚ ｗ
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＝ ，到 列 分 程 ０ 下 微 方 及 得
Ｅ１ ＋Ｍ （ ＋ Ｅ ， ０ ｗＨ ｘ） ／ ｕ ，
位移 ， 即梁的竖 向挠度 Ｗ （ 与纵 向位移 Ｗ （ 一 ＝ （） ５
内的纵 向位移沿 横向按二次抛 物线分布 。国 内有关 文献 中 ， 此 对
其中 ， ｋ均为瑞那斯参数 。 ，
式（ ） ５ 的一般解形 式为 ：
假定 以三次抛 物线作 修正 ， ： 得
并令 ： ＝— ，
也应通过 值 计算才能确定 。
１ 曲线箱梁剪力滞计算理论
宽箱梁在对称 挠 曲时 ， 因翼 板 不能符 合 简单 梁平 面假 定 ， 应
卜专 辛
ｋ １ ／４ ｎ １Ｇ —
。
用一个广义位移 Ｗ （ Ｘ）， 即用梁 的挠 曲来 描述箱梁 的挠 曲变形 已 经不够 ， 在应用最小 势能原 理分 析箱 梁 的挠 曲时 ， 引入两 个广 义
性能接近于简单梁理 论 的假定 ， 翼缘 因这 部分 变形 存 在 ， 宽 而使 考虑腹板 的剪 切 变 形 。对 上 下 翼 板 ， 的竖 向纤维 无 挤 压 ， 板 即 远离梁肋的翼缘不参 与承弯工作 ， 即受压 翼缘上 的压应力 随着 ｅ ＝０ 也 。板平 面外 的剪 切变 形 与 及横 向应 变 均很 小 ， 可 离梁肋的距离增加而 减少 ， 个现 象就 称为 “ 这 剪力 滞后 ” 简 称剪 忽略不计 。根据文 献［ ］ 易知总体势能 ： ， １， 力滞效 应。如果初等梁理论算 出的应力为 ， 实际截面上 发生 而
变宽截面钢箱梁剪力滞效应研究
变宽截面钢箱梁剪力滞效应研究变宽截面钢箱梁剪力滞效应研究引言在现代桥梁工程中，钢箱梁作为一种常见的结构形式，被广泛应用于公路和铁路桥梁的建设中。
然而，钢箱梁在受到剪力作用时存在剪力滞效应。
本文主要研究了变宽截面钢箱梁剪力滞效应的特点和原因，并提出了一些改进措施。
一、变宽截面钢箱梁剪力滞效应的定义剪力滞是指结构在剪力加载下出现的延性变形现象。
在钢箱梁剪力滞效应中，梁的应变随着荷载的增加而迅速增加，但当荷载减小时，应变并不完全恢复到初始状态。
这种非线性现象称为剪力滞效应。
二、变宽截面钢箱梁剪力滞效应的特点1. 剪力滞现象导致结构刚度随时间变化。
在很长一段时间内，结构刚度会随荷载的变化而发生大幅度的变化。
2. 结构的荷载响应较为复杂。
在加载和卸载过程中，荷载-应变曲线的形态有所不同，呈现出明显的非线性特征。
3. 结构的延性较好。
相对于刚度，变宽截面钢箱梁在受到剪力加载时能够得到更加充分的延性发挥。
三、变宽截面钢箱梁剪力滞效应的原因1. 钢箱梁截面宽度变化导致的几何非线性。
变宽截面钢箱梁在受到剪力加载时，其截面宽度随应变的增加而发生变化。
这种几何非线性现象使得材料的力学性能发生变化，导致剪力滞效应的产生。
2. 材料的本构模型不确定性。
钢材等材料在剪切应力作用下的本构模型是复杂而不确定的，对于变形的刻画存在一定的误差。
这也是导致剪力滞效应产生的重要原因之一。
四、改进措施1. 优化梁的截面设计。
通过减小截面宽度变化的程度，可以有效减小剪力滞效应的产生。
采用合理的截面形状和尺寸，可以使得变宽截面钢箱梁在受到剪力加载时具有更好的延性和稳定性。
2. 选择合适的材料。
合适的材料选择对于减小剪力滞效应具有重要影响。
通过优化材料的力学性能和本构模型，可以降低剪力滞效应的程度。
3. 加强结构的监测和维护。
定期的结构监测和维护可以及早发现和修复潜在的剪力滞效应问题。
同时，适时的补强措施也可以在一定程度上减小剪力滞效应的产生。
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[ 12]
( 2) 内侧顶板 在点 2 的 S y 记 为 S y ( 2R ) , 将积 分 始点取在点 1 处 , 终 点 为 点 2 , 设 内 侧 顶板 厚 度 为 t1 , 则
s
i
( 1)
S y ( 2R ) =
0
z t i ds i = Z st 1 b1
( 5)
为剪切角变形 ; G 为剪切模量 ; t 为壁厚 ; q 为箱
S y ( 4) =
0
zt i ds i = Zx t 3 b3
( 7)
由式( 4 ) ~ 式( 7 ) 可以看出, 不同翼板的剪力流由 于其宽度、 厚度以及与中性轴的距离不同而存在差异。
101
滞效应分析的解析解 , 同时以变分法为基础, 可进一步 定义出一维梁段单元考虑剪力滞效应的有限元分析方 法 。变分法分析剪力滞效应的关键是剪滞翘曲位 移函数的选取。 E Reisser 假设翼板剪滞翘曲位移函 数为二次抛物线 , 通过在横截面引入一个翼板剪切变 形最大差 u, 建立了矩形双轴对称箱梁的剪滞效应的 变分解[ 4] 。文献 [ 5 6 ] 通过引入考虑剪力滞效应后 , 截 面中性轴仍通过截面形心的假设, 将文献[ 4] 矩形双轴 对称箱梁中翼板的翘曲位移函数应用于带悬臂的单室 箱梁分析中。文献 [ 7 8] 分析了翼板宽度和翼板至截 面中性轴距离对翘曲位移的影响, 在一个翼板剪切变 形最大差的基础上, 分别对悬臂板和底板的翘曲位移 函数引入修正系数, 以近 似考虑其翘曲变形 的差异。 文献 [ 9 11] 针对单室箱梁 , 通过在横截面分别引入顶 板、 悬臂板和底板的剪切变形最大差 U1 、 U2 和 U3 , 建 立了具有 3 个未知剪切变形最大差的剪滞效应分析 方法。 本文从薄壁箱梁的剪力滞效应是由于翼板剪切变 形所致这一本质出发, 通过分析单室箱梁在竖向弯曲 时翼板的剪力流分布规律 , 提出利用翼板剪切变形规 律来定义其剪滞翘曲函数的方法。针对常见的单室箱 梁, 定义出截面仅有一个未知翼板剪切变形最大差 , 各 翼板符合剪切变形规律的翘曲位移函数。通过对典型 结构的剪力滞效应分析得出 , 本文基于新翘曲函数的 分析结果与模型试验、 基于板壳元的数值解以及横截 面具有 3 个未知翘曲位移差的解吻合良好。本文提出 的剪力滞翘曲位移函数定义的方法, 可为任意薄壁截 面, 特别是复杂截面剪力滞翘曲位移函数的定义提供 参考。 的剪力流为 q= q0 Qz Sy I ( 2) 根据开口截面的剪力流计算公式, 翼板的剪力流为 q= ( 3)
( 3) 腹板在点 2 的 S y 记为 S y ( 2S ) , 可利用剪力流 在点 2 处的平衡条件得到。 S y ( 2S ) = S y ( 2R ) - S y ( 2L ) = Zs ( t1 b1 + t2 b2 ) ( 6) ( 4) 底板在点 4 的 S y 记为 S y ( 4) , 将积分始点取 在点 5 处 , 终点为点 4 , 设底板厚度为 t 3 , 则
影响 , 而使得翼板的纵向正应力沿横向分布不均匀的 现象。对剪力滞效应 的分析, 通 常有变分法、 比拟杆 法、 有限条法、 折板理论和有限元等方法 。变分法通 过引入剪滞翘曲位移函数 , 建立了截面横向位移考虑 剪切变形影响的分布模式 , 利用能量原理建立了剪力
[ 1]
第4期
基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究
收稿日期 : 2009 12 14; 修回日期 : 2010 3 17 基 金项目 : 西 部交通建 设科技项 目 ( 2009 318 000 102) ; 兰 州交通大 学 青 蓝 人 才 工 程 基 金 计 划; 甘 肃 省 青 年 科 技 基 金 ( 1007R JY A 008) 作者简介 : 蔺鹏臻 ( 1977 ) , 男 , 甘肃甘谷人 , 副教授 , 博士。 E mail: lin pzh@ 126 com
蔺鹏臻1 , 周世军2
730070; 400045) ( 1 兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室 , 甘肃 兰州 2 重庆大学 土木工程学院 , 重庆 摘
要 : 本文从薄壁箱梁的剪力滞效应是由于翼板剪切变 形所致这一 本质出发 , 通过 分析箱 梁在竖 向弯曲 时翼
板的剪力流分布规律 , 提出利用翼板剪切变形规律来定 义其剪滞翘 曲函数 的方法。针 对常见 的单室 箱梁 , 定义 出截面仅有一个未知翼 板剪切变形最大差 , 各翼板符合剪切变形规律的翘曲 位移函数。建立基于变分法的 箱梁 剪力滞控制微分方程。通过对典 型结构的剪力滞效应分析 , 表明本文 分析结果 与模型 试验值、 基于 板壳元 的数 值解以及截面具有 3 个未知剪切 变形最大差的变分解吻合良 好。证明本文 提出的基 于翼板 剪切变 形规律 的剪 力滞翘曲位移函数不仅 原理明确 , 而且具有未知变量少 , 分析精 度高的特 点。本文剪 力滞翘 曲位移 函数的 定义 方法适用于各种薄壁截 面 , 可为复杂截面剪力滞翘曲位移函数的定义提供参 考。 关键词 : 箱梁 ; 剪力滞 ; 翘曲位移 ; 剪切变形 ; 变分法 中图分类号 : U 441 5 文献标志码 : A do i: 10 3969/ j issn 1001 8360 2011 04 015
第 33 卷第 4 期 20 11 年4 月
铁 道 学 报 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y
Vo l 33 A pril
No 4 2011
文章编号 : 1001 8360( 2011) 04 0100 05
基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究
( a) 单室截面 ( b) 剪力流分布规律
[ 2 3]
图1单室箱梁及其剪力流 Nhomakorabea式中 , Qz 为截面的总剪力; I 为截面对 y 轴的惯性矩; S y 为截面从起始点 0 到计算点 s i 部分的静矩, 表示为
s
i
Sy =
0
z t i ds i 。
可以看出, 截面上 s i 部位的剪力流大小主要由 S y 确定。各翼板 S y 的大小直接反应剪力流的大小。 对于图 1( a) 所示 的单箱单室截面 , 若截面是 由 2 块宽度为 b1 的内侧 顶板 1 、 宽度 为 b2 的悬 臂板 2 、 腹板和宽度为 b3 底板构成 , 截面中 性轴距 离上下 缘 的距离分别为 Z s 和 Z x 。 则在 剪力 Qz 作用 下 , 截 面 控制点部位的 剪力流 可用 式 ( 3 ) 算 得。由于 不 同 部位的剪力流是由该部位的 S y 不同引起 , 故以计 算 控制点处的 S y 值 反应其 剪力 流大 小。剪 力流 以 逆 时针方向为正。 ( 1) 悬臂板在点 2 的 S y 记为 S y ( 2L ) , 将积分始点 取在点 3 处, 终点为点 2, 设悬臂板厚度为 t 2 , 则 S y ( 2L ) =
si 0
1
单室箱梁竖向弯曲下的翼板剪切变形规律
由剪力滞的基本概念可知, 剪力滞效应是箱梁在
z t i ds i = - Zs t 2 b 2
( 4)
竖向弯曲 ( 无扭转) 时, 翼板的剪切变形引起的纵向正 应力沿翼板分布不均匀的 现象。在竖向 弯曲荷载下 ( 图 1) , 闭口箱梁截面的剪切变形可表示为 q0 + q = q= Gt Gt 式中,
s
i
梁截面翼板内的总剪力流 ; q 0 为对箱梁进行虚拟开口 后截面的剪力流; q 为翼板由于开口而产生的附加剪 力流 , 也称为超静定剪力流。 可以看出, 翼板的剪切变形主要由其剪力流的大 小决定。分析剪力滞效应时 , 外荷载对称作用于截面 上, 此时截面剪切中心位于对称轴上, 如将切开处 a 取 在截面对称轴上 , 可使超静定剪力流 q 为 0, 此时翼板
Analysis on Shear lag Effect of Box Girders Based on Flange slab Shear Deformation Law
L IN Peng zhen 1 , ZH OU Shi jun2
( 1 K ey Lab orat ory of Road, Bridge & U n dergroun d Engin eering of Gansu Province, Lan zhou Jiaot ong U n iversit y, Lanzh ou 730070, Chin a; 2 Ci vil Engi neering Colleg e, Chongqing U ni versit y, Chong qing 400045, China )
Abstract: T hro ug h analysis on t he distr ibutio n law of t he shear f low of the bo x g ir der under vert ical bending, the new m et hod t o define t he w arping displacement f unction of shear lag is present ed o n t he basis of t he mechanism that t he eff ect of t he shear lag of t he t hin w all box g irder is caused by shear def ormat ion o f f lange slabs Wit h respect t o the sing le cell box g irder, t he new shear lag w arping displacement funct io n is def ined, which includes only o ne unknow n m aximum angular rot atio n and co nf orm s t o t he shear def ormat ion principle T he g overning dif ferent ial equations for shear lag of box girders are established on t he v ariat ion principles According t o analy sis on shear lag of t y pical str uctures, it is sho w n t hat t he result s o bt ained using new w arping displacem ent are in goo d ag reem ent w it h t he m odel t est results, f init e element r esult s and v ar iat ion results w ith 3 m ax imum angular rot ations T he new met ho d t o def ine t he w arping displacement f unct ion of shear lag based on t he shear defor ma t ion law of f lang e slabs is f eat ured by explicit principles, less num ber of unknow n variables and hig h deg ree of precision T he new met ho d is suit able fo r any t hin w alled st ruct ures, especially for com plex thin w alled str uc t ures Key words: bo x girder; shear lag; w ar ping displacement ; shear def orm at ion; variat ion m et hod 剪力滞后效应是指箱梁上下翼板由于剪切变形的
( 2) 内侧顶板 在点 2 的 S y 记 为 S y ( 2R ) , 将积 分 始点取在点 1 处 , 终 点 为 点 2 , 设 内 侧 顶板 厚 度 为 t1 , 则
s
i
( 1)
S y ( 2R ) =
0
z t i ds i = Z st 1 b1
( 5)
为剪切角变形 ; G 为剪切模量 ; t 为壁厚 ; q 为箱
S y ( 4) =
0
zt i ds i = Zx t 3 b3
( 7)
由式( 4 ) ~ 式( 7 ) 可以看出, 不同翼板的剪力流由 于其宽度、 厚度以及与中性轴的距离不同而存在差异。
101
滞效应分析的解析解 , 同时以变分法为基础, 可进一步 定义出一维梁段单元考虑剪力滞效应的有限元分析方 法 。变分法分析剪力滞效应的关键是剪滞翘曲位 移函数的选取。 E Reisser 假设翼板剪滞翘曲位移函 数为二次抛物线 , 通过在横截面引入一个翼板剪切变 形最大差 u, 建立了矩形双轴对称箱梁的剪滞效应的 变分解[ 4] 。文献 [ 5 6 ] 通过引入考虑剪力滞效应后 , 截 面中性轴仍通过截面形心的假设, 将文献[ 4] 矩形双轴 对称箱梁中翼板的翘曲位移函数应用于带悬臂的单室 箱梁分析中。文献 [ 7 8] 分析了翼板宽度和翼板至截 面中性轴距离对翘曲位移的影响, 在一个翼板剪切变 形最大差的基础上, 分别对悬臂板和底板的翘曲位移 函数引入修正系数, 以近 似考虑其翘曲变形 的差异。 文献 [ 9 11] 针对单室箱梁 , 通过在横截面分别引入顶 板、 悬臂板和底板的剪切变形最大差 U1 、 U2 和 U3 , 建 立了具有 3 个未知剪切变形最大差的剪滞效应分析 方法。 本文从薄壁箱梁的剪力滞效应是由于翼板剪切变 形所致这一本质出发, 通过分析单室箱梁在竖向弯曲 时翼板的剪力流分布规律 , 提出利用翼板剪切变形规 律来定义其剪滞翘曲函数的方法。针对常见的单室箱 梁, 定义出截面仅有一个未知翼板剪切变形最大差 , 各 翼板符合剪切变形规律的翘曲位移函数。通过对典型 结构的剪力滞效应分析得出 , 本文基于新翘曲函数的 分析结果与模型试验、 基于板壳元的数值解以及横截 面具有 3 个未知翘曲位移差的解吻合良好。本文提出 的剪力滞翘曲位移函数定义的方法, 可为任意薄壁截 面, 特别是复杂截面剪力滞翘曲位移函数的定义提供 参考。 的剪力流为 q= q0 Qz Sy I ( 2) 根据开口截面的剪力流计算公式, 翼板的剪力流为 q= ( 3)
( 3) 腹板在点 2 的 S y 记为 S y ( 2S ) , 可利用剪力流 在点 2 处的平衡条件得到。 S y ( 2S ) = S y ( 2R ) - S y ( 2L ) = Zs ( t1 b1 + t2 b2 ) ( 6) ( 4) 底板在点 4 的 S y 记为 S y ( 4) , 将积分始点取 在点 5 处 , 终点为点 4 , 设底板厚度为 t 3 , 则
影响 , 而使得翼板的纵向正应力沿横向分布不均匀的 现象。对剪力滞效应 的分析, 通 常有变分法、 比拟杆 法、 有限条法、 折板理论和有限元等方法 。变分法通 过引入剪滞翘曲位移函数 , 建立了截面横向位移考虑 剪切变形影响的分布模式 , 利用能量原理建立了剪力
[ 1]
第4期
基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究
收稿日期 : 2009 12 14; 修回日期 : 2010 3 17 基 金项目 : 西 部交通建 设科技项 目 ( 2009 318 000 102) ; 兰 州交通大 学 青 蓝 人 才 工 程 基 金 计 划; 甘 肃 省 青 年 科 技 基 金 ( 1007R JY A 008) 作者简介 : 蔺鹏臻 ( 1977 ) , 男 , 甘肃甘谷人 , 副教授 , 博士。 E mail: lin pzh@ 126 com
蔺鹏臻1 , 周世军2
730070; 400045) ( 1 兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室 , 甘肃 兰州 2 重庆大学 土木工程学院 , 重庆 摘
要 : 本文从薄壁箱梁的剪力滞效应是由于翼板剪切变 形所致这一 本质出发 , 通过 分析箱 梁在竖 向弯曲 时翼
板的剪力流分布规律 , 提出利用翼板剪切变形规律来定 义其剪滞翘 曲函数 的方法。针 对常见 的单室 箱梁 , 定义 出截面仅有一个未知翼 板剪切变形最大差 , 各翼板符合剪切变形规律的翘曲 位移函数。建立基于变分法的 箱梁 剪力滞控制微分方程。通过对典 型结构的剪力滞效应分析 , 表明本文 分析结果 与模型 试验值、 基于 板壳元 的数 值解以及截面具有 3 个未知剪切 变形最大差的变分解吻合良 好。证明本文 提出的基 于翼板 剪切变 形规律 的剪 力滞翘曲位移函数不仅 原理明确 , 而且具有未知变量少 , 分析精 度高的特 点。本文剪 力滞翘 曲位移 函数的 定义 方法适用于各种薄壁截 面 , 可为复杂截面剪力滞翘曲位移函数的定义提供参 考。 关键词 : 箱梁 ; 剪力滞 ; 翘曲位移 ; 剪切变形 ; 变分法 中图分类号 : U 441 5 文献标志码 : A do i: 10 3969/ j issn 1001 8360 2011 04 015
第 33 卷第 4 期 20 11 年4 月
铁 道 学 报 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y
Vo l 33 A pril
No 4 2011
文章编号 : 1001 8360( 2011) 04 0100 05
基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究
( a) 单室截面 ( b) 剪力流分布规律
[ 2 3]
图1单室箱梁及其剪力流 Nhomakorabea式中 , Qz 为截面的总剪力; I 为截面对 y 轴的惯性矩; S y 为截面从起始点 0 到计算点 s i 部分的静矩, 表示为
s
i
Sy =
0
z t i ds i 。
可以看出, 截面上 s i 部位的剪力流大小主要由 S y 确定。各翼板 S y 的大小直接反应剪力流的大小。 对于图 1( a) 所示 的单箱单室截面 , 若截面是 由 2 块宽度为 b1 的内侧 顶板 1 、 宽度 为 b2 的悬 臂板 2 、 腹板和宽度为 b3 底板构成 , 截面中 性轴距 离上下 缘 的距离分别为 Z s 和 Z x 。 则在 剪力 Qz 作用 下 , 截 面 控制点部位的 剪力流 可用 式 ( 3 ) 算 得。由于 不 同 部位的剪力流是由该部位的 S y 不同引起 , 故以计 算 控制点处的 S y 值 反应其 剪力 流大 小。剪 力流 以 逆 时针方向为正。 ( 1) 悬臂板在点 2 的 S y 记为 S y ( 2L ) , 将积分始点 取在点 3 处, 终点为点 2, 设悬臂板厚度为 t 2 , 则 S y ( 2L ) =
si 0
1
单室箱梁竖向弯曲下的翼板剪切变形规律
由剪力滞的基本概念可知, 剪力滞效应是箱梁在
z t i ds i = - Zs t 2 b 2
( 4)
竖向弯曲 ( 无扭转) 时, 翼板的剪切变形引起的纵向正 应力沿翼板分布不均匀的 现象。在竖向 弯曲荷载下 ( 图 1) , 闭口箱梁截面的剪切变形可表示为 q0 + q = q= Gt Gt 式中,
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梁截面翼板内的总剪力流 ; q 0 为对箱梁进行虚拟开口 后截面的剪力流; q 为翼板由于开口而产生的附加剪 力流 , 也称为超静定剪力流。 可以看出, 翼板的剪切变形主要由其剪力流的大 小决定。分析剪力滞效应时 , 外荷载对称作用于截面 上, 此时截面剪切中心位于对称轴上, 如将切开处 a 取 在截面对称轴上 , 可使超静定剪力流 q 为 0, 此时翼板
Analysis on Shear lag Effect of Box Girders Based on Flange slab Shear Deformation Law
L IN Peng zhen 1 , ZH OU Shi jun2
( 1 K ey Lab orat ory of Road, Bridge & U n dergroun d Engin eering of Gansu Province, Lan zhou Jiaot ong U n iversit y, Lanzh ou 730070, Chin a; 2 Ci vil Engi neering Colleg e, Chongqing U ni versit y, Chong qing 400045, China )
Abstract: T hro ug h analysis on t he distr ibutio n law of t he shear f low of the bo x g ir der under vert ical bending, the new m et hod t o define t he w arping displacement f unction of shear lag is present ed o n t he basis of t he mechanism that t he eff ect of t he shear lag of t he t hin w all box g irder is caused by shear def ormat ion o f f lange slabs Wit h respect t o the sing le cell box g irder, t he new shear lag w arping displacement funct io n is def ined, which includes only o ne unknow n m aximum angular rot atio n and co nf orm s t o t he shear def ormat ion principle T he g overning dif ferent ial equations for shear lag of box girders are established on t he v ariat ion principles According t o analy sis on shear lag of t y pical str uctures, it is sho w n t hat t he result s o bt ained using new w arping displacem ent are in goo d ag reem ent w it h t he m odel t est results, f init e element r esult s and v ar iat ion results w ith 3 m ax imum angular rot ations T he new met ho d t o def ine t he w arping displacement f unct ion of shear lag based on t he shear defor ma t ion law of f lang e slabs is f eat ured by explicit principles, less num ber of unknow n variables and hig h deg ree of precision T he new met ho d is suit able fo r any t hin w alled st ruct ures, especially for com plex thin w alled str uc t ures Key words: bo x girder; shear lag; w ar ping displacement ; shear def orm at ion; variat ion m et hod 剪力滞后效应是指箱梁上下翼板由于剪切变形的