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。

1 研究背景在实际工程中，混凝土结构由于受到荷载作用、温度变化、徐变收缩等因素影响，会使得结构中主拉应力超过混凝土极限拉应力，使得结构开裂。

其中荷载因素包括施工中的荷载和裂缝的成桥后的荷载，温度变化分为整体温度变化（年温差）和局部温差（日照）作用等。

由于这些作用的存在方式不同，将在不同阶段产生不同类型的裂缝，需要分别考虑。

目前混凝土箱梁桥出现的裂缝形式可以分为整体受力裂缝和局部受力裂缝。

整体受力裂缝主要表现为：箱梁跨中受弯时在地板受拉区产生的弯曲裂缝，腹板在受弯和受剪共同作用下主拉应力过大产生斜裂缝，支座处受负弯矩（或者预应力作用产生的负弯矩）在顶板产生的弯曲裂缝，弯曲裂缝延伸到腹板继续形成的斜裂缝等。

规范上对整体裂缝的出现给出了限制条件，并提供了验算的公式，即在弯矩作用下混凝土的拉应力在一定的范围内和控制受弯受剪主拉应力。

规范中也给出了局部受力裂缝的计算公式和限制方法。

局部裂缝主要表现在：翼缘在局部车辆荷载作用下在腹板交界处引起弯矩时产生的弯曲裂缝，张拉预应力时在平行于预应力方向形成的手拉裂缝等，局部混凝土受压产生的裂缝等。

规范中也是给出了受拉应力的限制值和受压应力的限制值来保证裂缝不发生或者裂缝的宽度在一定的范围内。

但由于规范中采用的经典分析方法认为箱梁为柔性梁，往往忽视了剪切变形的影响，已经不适用于新出现结构的发展要求，如叠合梁。

同时新材料的使用如FRP也对规范的计算方法提出了挑战。

同时规范针对结构六种受力方式（轴力，两个方向的剪力，两个方向的弯矩和扭矩）进行配筋时，配筋方法相互独立甚至矛盾，并且剪扭配筋理论体系尚不完善，造成当六种力共同作用相互耦合时，现行设计理论时常难以解释清楚，1混凝土箱梁出现了规范中不能给出解释的裂缝。

这些裂缝的出现将逐渐扩大并形成贯穿裂缝，对建筑物的质量和运行安全造成威胁，影响桥梁结构的耐久性。

在实际混凝土箱梁桥结构中，规范中缺失的验算项而引起的裂缝有：顶板斜向裂缝、底板斜向裂缝，底板斜向裂缝和腹板斜向裂缝连通、顶板八字形裂缝等。

薄壁箱梁非线性温度空间效应分析
柳磊;欧旗祥
【期刊名称】《山东建筑大学学报》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】薄壁箱梁非线性温度空间效应分析对于进一步了解混凝土箱梁的空间受
力及其在工程上的应用具有重要意义。

文章基于薄壁箱梁的空间网格有限分析方法，围绕JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》中有关桥梁梯度温度的内容展开研究，针对梯度温度对薄壁箱梁的空间效应进行分析。

对某桥梁建立了有限元模型，并探讨了梯度升温作用下薄壁箱梁的纵向整体效应、横向框架效应和箱梁变形分析。

结果表明：梯度温度应力值与汽车活载应力值相当，尤其是横向框架的温度应力不容忽视；梯度升温会引起桥梁边跨上翘和中跨下挠的变形曲线；横向框架各点的竖向位移很接近，悬臂部分的变形相对较大。

【总页数】6页(P35-40)
【作者】柳磊;欧旗祥
【作者单位】山东省交通规划设计院，山东济南250031;上海慧加软件有限公司，上海200433
【正文语种】中文
【中图分类】U441+.5
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