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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。
变截面箱梁桥悬臂施工过程剪力滞效应陈建民;骆维斌;冀伟【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2022(22)31【摘要】为了研究剪力滞效应对变截面箱梁桥悬臂施工过程的影响,以某新建(48+80+48)m变截面预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场试验的手段,对变截面箱梁桥悬臂施工过程中的剪力滞效应进行了研究。
研究发现:变截面箱梁桥在施工阶段的自重荷载作用下,翼板出现负剪力滞效应,剪力滞效应在固定端最小,且随离固定端距离的增大而增大。
在整个施工阶段,0号块截面和1号块截面的剪力滞效应变化规律基本一致,均在箱梁顶板位置出现负剪力滞,箱梁底板位置出现正剪力滞,随着施工的进行,剪力滞效应逐渐减小。
梁体的合龙对底板的剪力滞效应影响较明显,其中0号块截面和1号块截面的底板剪力滞出现了由正剪力滞变成负剪力滞的现象。
随着施工的进行,0号块截面顶板和腹板交接处的剪力滞系数逐渐增大,在底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小,1号块梁端截面顶板和腹板交接处、底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小。
【总页数】8页(P13950-13957)【作者】陈建民;骆维斌;冀伟【作者单位】公路建设与养护技术材料及装配交通运输行业研发中心;兰州交通大学土木学院【正文语种】中文【中图分类】U441【相关文献】1.变截面悬臂箱梁的剪力滞效应分析2.变截面悬臂箱梁剪力滞效应分析3.考虑剪力滞效应的变截面箱梁桥固有频率及其影响研究4.变截面悬臂箱梁剪力滞效应研究5.变截面连续箱梁桥剪力滞效应的有限梁段法分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
箱梁剪力滞效应的探讨箱梁剪力滞效应的理论研究方法主要分为两类：解析法和数值分析法。
解析法主要有正交异性板法、折板法、比拟杆法和能量变分法；数值分析法主要有有限单元法、有限条法、有限差分法和有限梁段法等。
（1）正交异性板法正交异性板，是用纵横向互相垂直的加劲肋（纵肋和横肋）连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构。
这种结构由于其刚度在互相垂直的二个方向上有所不同，造成构造上的各向异性。
正交异性板法是把肋板结构比拟成正交异性板，将纵横梁分摊到板上，然后根据弹性薄板理论，从边界条件出发，导出肋板结构的应力和挠度公式，获得剪力滞问题的解。
（2）折板理论法折板理论法是将箱梁离散为若干矩形板，以弹性平面应力理论和板的弯曲理论为基础，利用各板结合处的变形条件和静力学条件建立方程组，以矩阵形式进行计算。
（3）比拟杆法比拟杆法是将处于受弯状态的箱梁结构比拟为只承受剪力的等效薄板与只承受轴向力的杆件的组合体，根据板与杆之间的平衡、变形条件建立微分方程组；通过加劲杆的内力确定每块翼板的剪应力，进一步由每块翼板的轴向力得到翼板的纵向应力。
（4）能量变分法能量变分法是从假定箱梁翼板的纵向位移模式出发，把梁的竖向位移沿梁长的变化率和描述翼板剪力滞的纵向位移差的广义位移函数看作未知数，根据最小势能原理建立微分方程，进而获得应力和挠度的解析解。
（5）有限单元法有限单元法主要基于三维板壳和块体理论计算箱梁的剪力滞效应，通过建立箱梁结构的三维有限元数值模型，施加边界条件和荷载条件，由后处理获得结构应力和位移结果，并根据纵向应力的分布状况分析结构的剪力滞效应。
（6）有限条法有限条法是一种混合法，它具有一般结构法和有限元法的优点，该法Cheung 首先提出，它可以看做是有限元法在用最小总势能原理导出未知节点位移参数和外荷载关系的一种特殊形式。
与有限单元法相比，有限条法具有简单、计算量小的优点。
（7）有限差分法有限差分法的基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替，把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定叉的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。
箱形截面梁的剪力滞效应作者：田建辉来源：《中国新技术新产品》2010年第09期摘要: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。
剪力滞效应分析是箱形截面分析的重要组成部分。
本文主要阐述了剪力滞效应的概念、影响因素及其计算理论。
关键词:剪力滞;箱形截面1 剪力滞效应的概念及其所引起的问题1924年卡曼(T.V.Karman)对宽翼缘的T梁探讨有效分布宽度的问题时涉及了剪力滞效应的问题,一般情况下,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,即平截面假定,而宽翼缘因这部分变形的存在,而使远离梁肋的翼缘不能参与承弯工作,也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离的增加而减小,这个现象就称为“剪力滞后”,简称剪力滞效应。
箱梁在对称荷载作用下的弯曲也同样存在这种剪力滞现象,特别是大跨度预应力混凝土桥梁中所采用的宽箱梁,由于箱梁上下翼板的剪切扭转变形使翼缘板远离箱肋板处的纵向位移滞后于肋板边缘处,因此产生较为明显的剪力滞效应,且在翼缘板内的弯曲应力呈曲线分布。
近几年相继建造了大量的箱形薄壁梁桥, T构、刚构、斜拉桥,特别是一些宽跨比较大,宽高比也较为突出的桥,这些桥的剪力滞效应是较为严重的。
2 剪力滞效应的计算理论2.1 弹性理论解法弹性理论解法有板壳理论(J.E.Gibson、M.H.Mitwally)、正交异性板法(Abdel-Sayed)和弹性折板理论法(Goldberg、Leve)。
弹性理论解法是以经典的弹性理论为基础,其优点是能获得较精确的解答,能够很好的解决简单的力学模型,经常用于等截面简支梁的剪力滞问题求解。
其中,弹性折板法运用谐波分析的方法,可以求解各种支承条件的梁。
用该方法研究悬臂箱梁是一个由板件构成的实际的空间体系,分析时比应用有限元法能大大节约时间,况且它是一种精确解。
混凝土箱梁设计中剪力滞效应的若干问题
混凝土箱梁设计中剪力滞效应的若干问题
目前在一些连续箱梁结构支点附近的箱梁内顶板和悬臂板表面上出现很多裂缝,据调查分析,这些裂缝的产生在很大程度上与剪力滞效应有关.因此,箱梁结构的剪力滞效应问题应引起高度重视.文章结合实际工程,探讨了混凝土箱梁设计中剪力滞效应的若干问题,以期为同类桥梁设计提供一些经验,保证工程的顺利进行.
作者：赵红军作者单位：武警交通第三支队,四川,江油,621700 刊名：中国高新技术企业英文刊名：CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES 年，卷(期)：2010 ""(3) 分类号：U441 关键词：箱梁桥薄壁箱梁剪力滞效应桥梁设计。
-第17卷第2期石家庄铁路职业技术学院学报V O L.17N02 2018 年 6 月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY Jun.2018悬臂箱形截面梁的负剪力滞效应白安生(中铁十八局集团建筑安装工程有限公司 天津300300)摘要：为了研究考虑负剪力滞效应的混凝土悬臂箱梁承受均布荷载作用的力学响应问题，利用能 量变分法的最小势能原理得到了箱梁纵向应力分布和负剪力滞变号位置。
结果表明：作用均布荷载在 悬臂箱梁顶板引起负剪力滞效应；距离固定端约1/4为负剪力滞效应的起点，为了提高悬臂箱梁承受均 布荷载下整体稳定，设计中应充分考虑负剪力滞效应。
关键词：悬臂箱梁负剪力滞效应均布荷载弯矩变号点中国分类号：U441.5 文献标识码：A文章编号：1673-1816(2018)02-0065-041引言随着我国铁路建设事业的不断发展，尤其混凝土悬臂箱箱梁得到了广泛的应用，箱梁不可避免考 虑由于上、下翼板剪切变形引起的截面正应力沿横截面不均匀分布[1];文献[2]指出腹板较宽的悬臂箱梁 在腹板承受对称均布荷载作用K发生纯弯曲时由于顶、底板的剪切变形，离腹板较远的顶板板的纵向 位移要滞后于腹板交接处的纵向位移，使弯曲正应力的横向分布呈现不均匀状态；在箱梁悬臂梁受荷 弯曲时不仅在固定端附近的截面要发生剪力滞效应，使得翼缘与肋板交接处的应力要比用梁弯曲初等 理论求得值要大得多，而且剪力滞的影响沿着跨度方向变化也比较复杂％余天庆，宁柳明[4]利用有限 元法分析施工阶段预应力产生的箱梁剪力滞效应；尤其悬臂箱梁在均布荷载作用下，在离固定端一定 距离（//4)后则会出现与剪力滞相反效应的现象，靠近肋板的翼缘板滞后于远离肋板的翼缘的纵向位 移，闪此翼缘板中心的应力反而大于翼缘板与肋板交接处的应力一负剪力滞效应[5];以上国内外文献 推导悬臂箱梁不同结构和考虑剪切与剪力滞效应对自身的影响进行分析，对于箱梁本身的悬臂箱梁负 剪力滞效应对箱梁的影响以及正、负剪力滞效应的分界点位置的确定。
------------------------------------4f b2 jfcw' 2^bl m11v f= 1/-------------------------------#------------\-----------------------------------------------b3图1箱梁截面收稿 n期：2017-09-10_______________________石家庄铁路职业技术学院学报_____________________2018年第2期________________________但是，为了适应铁路上人跨度桥梁的发展，悬臂箱梁设计向自重轻、跨度人的方向发展，使用薄 腹板悬臂箱梁是最有效的一种途径，不可避免的考虑承受均布荷载以及均不活载对考虑剪力滞效应的 悬臂箱梁应力响应的影响，尤其悬臂箱梁承受荷载作用后变形以及稳定性的问题[6]，本文对悬臂梁正、负剪力滞效应分界点进行求解计算。
2悬臂箱梁变分原理ReiSSner[7]针对悬臂箱梁负剪力滞效应的研究不仅周限在悬臂梁，在连续箱梁也存在负弯矩区段存 在同样的现象，在分析箱梁剪力滞效应时，利用变分法的最小势能原理，通过微分方程来求解箱梁的 剪力滞效应。
梁竖向剪切变形差函数如式（1):»,27"0(x)u — k u =------C1)6EI其中：为翼板剪切变形的最大差值；&为横截面竖向位置到任意一点到形心的距离，考虑剪 力滞效应影响的翼缘板的弯曲正应力如式（2)。
A= ±Eh,M.E l(2)其中第二项为考虑剪力滞效应引起的应力变化的部分，如果括号中两项不同号则产生负剪力滞效 应，而影响程度与相对值I m+I m I有关，因此附加力矩7\^集中表现了剪力滞与负剪力滞效应。
(1)集中力作用的情况附加弯矩：弯曲正应力:,^I I np shkxM r =----LJ~.----SIK chkl-p x +In p6k3/9shkx41 J chkl(3)(4)(2)满跨均布荷载作用的情况如图2所示第2期白安生悬臂箱形截面梁的负剪力滞效应附加弯矩：M_f ~s i2kchk{l-x)+k l2chkl(5)弯曲正应力：C T'= 土政I 12In33/y^(chk{l- x)+ kl.shkx]21 +6^41J\ ch id X)(6)从式（3)可以看出，悬臂箱梁自由端承受一集中力，翼缘板剪切变形引起的附加挠度不变号，因此不会有负剪力滞现象；悬臂箱梁承受均布荷载作用顶板时，剪力滞效应人小不一致，式(5)的附件挠 曲碼■沿纵向分布复杂，即产生负剪力滞现象，令其为零，得到正负剪力滞的临界点。
4，12klchkl - shlkl[kiy - Iklkshkl -1(7)2算例分析为了分析考虑负剪力滞效应薄壁箱梁的受力影响，计算悬臂梁正负剪力滞效应的拐点是关键的部分，跨度L=20m的悬臂箱梁，如图3所示，在满跨均布荷载作用下M f沿纵向分布如图2所示，令式(5)为零，带入式（7)得到负剪力滞区挠曲的拐点。
图3 20m悬臂箱梁弯矩2x\4.92h\4.92-sh29M(14.92)2- 2x14.92 x sh\4.92 -1=16_4(m)悬臂箱梁承受均布荷载作用下截面内产生负剪力滞效应，靠近固定支座1/4范围内弯矩为负值，箱梁31/4范围弯矩与外力反号，闪此20m悬臂箱梁除靠近梁端约1/4以外出现负剪力滞效应。
3结论本文利用能量变分法的最小势势能原理研究悬臂箱梁的负剪力滞效应对箱梁的影响，选取20m悬臂梁分析箱梁承受均布荷载作用下纵向截面正应力的分布，主要得到以K结论：(1)承受均布荷载作用下混凝土悬臂梁产生负剪力滞效应，集中荷载作用K无负剪力滞效应。
(2)悬臂箱梁负剪力滞效应的影响使得箱梁承受均布荷载下纵向正应力的计算复杂，负剪力滞效 应引起纵向正应力在靠近固定端(//4)位置梁纵向应力变号。
_______________________石家庄铁路职业技术学院学报_____________________2018年第2期________________________(3)混凝十悬臂箱梁设计时充分考虑负剪力滞效应对箱梁安全的影响，在保证安全的前提下，为了达到人跨度的耍求应在设计中研究悬臂梁承受均布荷载作用下安全储备的问题。
参考文献：[1] 郭金琼，房贞政，郑振.箱形梁设计理论(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2008.[2] 张上铎，邓小平，王文州.筘形薄壁梁剪力滞效应[M].人民交通丨丨丨版社,1997.[3] 祝明桥.悬臂混凝土薄壁箱梁剪力滞效应试验研究与分析[J].湘潭人学自然科学学报，2007,29(4): 104-105.[4] 余天庆，宁柳明.悬臂预应力箱梁的剪力滞效应有限元分析[J].湖北丁业大学学报，2010,25(02):86-88.[5] 张元海，李乔.考虑剪滞变形时筘形梁广义力矩的数值分析[J].工程力学,2010,27(4):30-36.[6] 山安生，焦海f.承受均布荷载作用的悬臂箱梁剪滞效应对挠度影响分析[J].y•肃科技纵横,2017,46(11):15- 17.[7] 罗毅.悬臂箱梁桥剪力滞效应分析[D].中南大学,2006.Negative Shear Lag Effect of Cantilever Box Section BeamsBAI An-sheng(Building and Installing Engineering Co.,Ltd,China Railway18th Bureau Group Co.,LtdTianjin300308 China)Abstract：In order to study the mechanical response of a cantilever box girder with negative shear lag effect, the longitudinal stress distribution and the position of the negative shear lag number are obtained by using the minimum potential energy principle of the energy variational method. The results show that the negative shear lag effect is caused by the load uniformly distributed load on the roof of the cantilever box beam, and the distance to the fixed end is about 1/4 as the starting point of the negative shear lag effect. In order to improve the overall stability of the cantilever box girder under the uniformly distributed load, the negative shear lag effect should be fully considered in the design.Key words：cantilever box girder negative shear lag effect uniform load moment change sign。
