结构中的剪切滞后

英文名称：SectionDayton-MuLeightoneffect 简单的说：墙体上开洞形成的空腹筒体又称框筒，开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后现象。

剪力滞后现象使框筒结构的角柱应力集中。

目录例子效应特点忽略剪力滞效应造成的事故大跨度薄壁箱梁剪力滞效应编辑本段例子如：在结构设计中往往全长加密角柱箍筋，目的之一就是增加角柱的抗剪能力，增加延性。

1、剪力滞后现象越严重，框筒结构的整体空间作用越弱；2、剪力滞后的大小与梁的刚度、柱距、结构长宽比等有关。

梁刚度越大、柱距越小、结构长宽比越小，剪力滞后越小；3、框筒结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来。

此外梁柱的刚度比、平面形状及建筑物高宽比对剪力滞后影响很大。

概念设计时一定考虑全编辑本段效应特点剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象。

剪力滞后，有时也叫剪切滞后，从力学本质上说，是圣维南原理，它严格地符合弹性力学的三大方程，即几何方程、物理方程、平衡方程。

具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。

剪力滞后效应通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中如筒结构和箱梁，在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件。

在结构水平力作用下，主要反应是一种应力不均匀现象，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。

这就是一种剪力滞后效应。

当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值，称为正剪力滞，反之为负剪力滞。

编辑本段忽略剪力滞效应造成的事故忽略剪力滞效应的影响，就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力，从而导致不安全：如1969－1971年在欧洲不同地方相继发生了四起箱梁失稳或破坏事故。

框筒结构剪力滞后分析摘要：对框筒结构剪力滞后效应的研究是充分理解框筒结构的工作性能, 优化结构设计所必需的。

通过对剪力滞后效应的特点进行分析找出影响因素，然后根据分析的结论再设计时候采取措施减小剪力滞后对框筒结构的影响。

关键词：框通结构剪力滞后角柱1、框筒结构的剪力滞后现象框筒结构在水平荷载作用下, 截面变形不再符合初等梁理论的平截面假定, 腹板和翼缘的正应力不像传统的受弯构件的直线分布, 而是曲线分布, 这个现象就是框筒结构中的剪力滞后效应。

框筒形成空间框架作用，其中角柱产生三维应力，是形成框筒结构空间作用的重要构件;各层楼板形成隔板，它们保持框筒平面形状在水平荷载作用下不改变，楼板也是形成框筒空间作用的重要构件。

剪力滞后存在着两种不同的形式, 一种是正剪力滞后,另一种是负剪力滞后( 图1)。

正剪力滞后一般出现在框筒结构的中下部, 而负剪力滞后出现在框筒结构的中上部。

2、剪力滞后效应内力分析与水平力方向平行的腹板框架一端受拉，另一端受压。

翼缘框架受力是通过与腹板框架相交的角柱传递过来的角柱受压力缩短，使与它相邻的裙梁承受剪力(受弯)，同时相邻柱承受轴力第二根柱子受压又使第二跨裙梁受剪(受弯)，相邻柱又承受轴力，如此传递，使翼缘框架的裙梁、柱都承受其平面内的弯矩、剪力与轴力(与水平作用方向相垂直)由于梁的变形，使翼缘框架各柱压缩变形向中心逐渐递减，轴力也逐渐减小;同时，受拉的翼缘框架也产生轴向拉力的剪力滞后效应腹板框架的剪力滞后现象也是由于裙梁的变形造成的，使角柱的轴力增大。

由于翼缘框架各柱和窗裙梁的内力是由角柱传来，其内力和变形都在翼缘框架平面内，腹板框架的内力和变形也在它的平面内，这是框筒在水平荷载作用下内力分布形成“筒”的空间特性。

通常，在框筒结构中要尽量减少框筒柱平面外的弯矩和剪力，使框筒受力和传力更加明确直接，除角柱外，其他柱子主要是单向受压弯，受力性能较好。

3、变形特征框筒结构的变形由两部分组成。

型钢剪力滞后效应是指在高层钢结构或者大型桥梁结构中，由于采用型钢作为抗侧力结构，导致在水平荷载作用下，结构侧向刚度降低、层间位移增大的一种现象。

这种现象的出现，会对结构的承载力和稳定性产生影响，因此需要进行深入的分析和研究。

一、型钢剪力滞后效应的产生原因型钢剪力滞后效应的产生，主要是由于型钢的抗剪承载力较低，导致在水平荷载作用下，结构的侧向变形较大，从而引起层间位移的增大。

具体来说，型钢剪力滞后效应的产生原因可以分为以下几个方面：结构体系的影响：高层钢结构或大型桥梁结构通常采用框架或框筒结构体系，这些体系在水平荷载作用下，容易产生弯曲变形，导致结构侧向刚度降低，从而引发型钢剪力滞后效应。

型钢材料的特性：型钢是一种高强度钢材，其抗拉、抗压和抗剪强度都很高，但是其剪切性能较差，抗剪承载力较低。

因此，在水平荷载作用下，型钢容易发生剪切变形，导致侧向刚度降低。

节点连接方式的影响：高层钢结构或大型桥梁结构的节点连接方式对型钢剪力滞后效应也有影响。

节点连接方式的不合理或者节点连接强度的不足，会导致结构整体刚度降低，从而加剧型钢剪力滞后效应。

施工误差的影响：在高层钢结构或大型桥梁结构的施工过程中，由于施工误差或者安装误差，可能会导致结构构件的垂直度、平整度等参数不符合设计要求，从而影响结构的承载力和稳定性，进一步加剧型钢剪力滞后效应。

二、型钢剪力滞后效应的影响因素型钢剪力滞后效应的影响因素主要包括以下几个方面：结构高度：随着结构高度的增加，结构的侧向刚度逐渐降低，层间位移逐渐增大，从而导致型钢剪力滞后效应的加剧。

因此，在高层钢结构或大型桥梁结构的设计中，应合理控制结构的高度。

结构跨度：随着结构跨度的增加，结构的侧向刚度也会降低，从而导致型钢剪力滞后效应的加剧。

因此，在大型桥梁结构的设计中，应合理控制结构的跨度。

水平荷载大小：水平荷载的大小直接决定了结构的侧向变形程度。

随着水平荷载的增大，结构的侧向变形逐渐增大，从而导致型钢剪力滞后效应的加剧。

全国2010年10月10.简要说明剪力墙结构中系数α的物理意义，并判断α<10时剪力墙的类型。

答：①α为剪力墙整体性系数，反映了连梁总转角刚度与墙肢总线刚度两者的相对比值，是一个无量纲系数。

②α<10时，为联肢剪力墙。

10.牛腿设计的主要内容是什么?答：①确定牛腿的截面尺寸②承载力计算③配筋构造。

11.简述梁柱节点在地震作用下破坏的主要原因。

答：①节点的受剪承载力不足②箍筋稀少③梁筋锚固长度不足。

12.在框架—剪力墙的计算中，为何有时要对综合框架总剪力V f进行修正?当V f<0.2V o时，如何修正?答：①在工程设计中，为防止由于某些原因引起剪力墙刚度的突然降低而导致整个结构承载能力下降过多，在框架内力计算时，V f不得太小。

②若V f<0.2V o时，则V f应取下列二者的较小值：1.5V f,max，0.2V。

13.简述用D值法确定框架柱反弯点位置的主要步骤。

答：①根据框架总层数、楼层所在位置及梁柱的线刚度比，求标准反弯点高度比y0。

②求上、下层横梁线刚度比对y0的修正值y1。

③求上、下层层高变化对y0的修正值y2、y3。

④求框架柱的反弯点高度y h：y h=（y0+y1+y2+y3)h0。

全国2010年1月14.对单层厂房柱牛腿进行承载力计算时，可取什么样的计算简图?并画出示意图。

并写出正截面承载力计算公式。

答：①根据牛腿的受力特点，计算时可将牛腿简化为一个以顶端纵向钢筋为水平拉杆，以混凝土斜向压力带为压杆的三角形桁架。

②A s=F v a/0.85f y h0+1.2F k/f y。

15.简述框架柱的抗震设计原则。

答：①强柱弱梁。

②在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力。

③控制柱的轴压比不要太大。

④加强约束，配置必要的约束箍筋。

16.用分层法计算竖向荷载作用下框架弯矩的主要计算步骤是什么?答：①画出分层框架的计算简图。

②计算框架梁、柱的线刚度，注意除底层以外的各柱线刚度应乘以折减系数0.9。

ABSTRACTFirstly, the influence of curvature differential equation on the lateral stiffness distribution of high-rise frame-tube structures is studied by means of theoretical analysis. In addition, shear lag is an inherent characteristic of the frame-tube structure, which weakens the spatial effect of the structure and reduces the bearing capacity of the structure. This paper analyzes the factors (floor slab) that influence the shear lag effect from a new perspective, and draws a conclusion by comparing multiple sets of models. last but not least, the structure will be damaged under the action of rare earthquakes. In this paper, the relevant indexes of plastic energy dissipation and damage of the structure are analyzed by means of numerical simulation. The main research contents are as follows:In this paper, the plane flexural stiffness considering shear lag is introduced, and the variation law of the continuous lateral stiffness is analyzed by combining the differential equation of bending moment and curvature. The influence of the variation law of the lateral stiffness along the height on the lateral deformation of the structure under the elastic state is discussed.Previous literature mainly focused on the analysis of shear lag effect of frame-tube structure at the component level, and neglected the role of floor slab without considering the synergy of various components. The effect of floor slab is similar to the effect of mantang foundation on uneven settlement of foundation. Under the same condition, the edge warping of floor slab with different thickness is different. Theoretical analysis shows that the lag effect of shear force can be reduced when the floor slab reaches a certain thickness. In this paper, the influence of different plate thickness models on shear lag is analyzed.Using ABAQUS finite element analysis. the material model of concrete and steel are described in detail as well as the unit type, Seismic waves are selected according to the ing seismic waves to analyze plastic energy dissipation of structures under severe earthquake , and even the beam damage law, with PGA, AI index, earthquake with three parameters and specification methods to analyze the relationship and structural damage.The significance of this study lies in the systematic analysis of the factors influencing the structural performance and the elastic-plastic performance of the structure under the action of rare earthquakes from both·internal and external factors. The Internal causes can be concluded: In order to reduce the shear lag effect theivstiffness distribution of the structure itself should be gradually reduced from bottom to top according to the rule of cubic curve, and the uneven warping of the floor can be reduced by increasing the thickness of the floor. External causes are attributed to: the greater the peak acceleration of seismic waves are, the greater the energy input into the structure are causing greater damage to the structure. Besides, with the same peak acceleration, the shorter the effective duration of seismic waves are the greater the instantaneous input energy are and the adverse effect have on the structure ,which leads to the dispersion of time-history analysis structure.Key words: Frame tube structure，Lateral stiffness，The shear lag，Energy consumption ，Finite element analysisv目 录独创性声明 (i)关于论文使用授权的说明............................................................................................ i i 中文摘要................................................................................................................. i ii ABSTRACT ...................................................................................................................... i v 1. 绪论 (1)1.1 立题背景、研究意义及当下研究现状 (1)1.1.1 立题背景 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 高层结构体系分类 (3)1.4 当代我国高层的发展趋势和特点分析 (6)1.4.1 发展趋势 (6)1.4.2 高层结构的特点 (7)1.5 本文主要内容 (8)1.5.1 研究方法 (8)1.5.2 主要工具 (8)1.5.3 本文主要工作 (8)2. 变截面框筒的受力变形分析 (10)2.1 前言 (10)2.2 变截面框筒性能分析 (10)2.2.1 框筒的变形规律 (10)2.2.2 受弯承载力分析 (11)2.2.3 剪力滞后的浅析 (12)2.2.4 轴压比分析 (12)2.3 结构的变形分析 (13)2.3.1 弹性状态下的分析模型 (14)2.3.2 荷载效应 (16)2.4变截面框筒受力分析 (18)2.4.1 等效封闭筒壁厚线性变化的框筒结构受力分析 (18)2.4.2等效封闭筒壁厚二次变化的框筒结构分析 (22)2.4.3 等效封闭筒壁厚三次变化的框筒结构分析 (23)2.4.4 等效封闭筒壁厚不变的框筒结构分析 (25)2.5变截面框筒变形分析 (26)vi2.5.1 框筒结构顶点侧移计算 (26)2.5.2 框筒结构顶点位移角计算 (34)2.6 本章小结 (40)3. 框筒结构的剪力滞后分析 (42)3.1 前言 (42)3.2 剪力滞后理论分析方法 (42)3.2.1 基于能量的变分原理分析 (42)3.2.2 剪力滞后简化计算方法 (44)3.3 剪力滞后的机理分析 (44)3.4 剪力滞后相关因素分析 (46)3.4.1 剪力滞后因素分析 (46)3.4.2 楼板厚度对剪力滞后影响分析 (47)3.5 总结 (52)4. 框筒结构时程分析以及耗能损伤研究 (54)4.1 前言 (54)4.2 基本信息 (55)4. 2.1 研究方法 (55)4.2.2 地震波的选择 (56)4.2.3 选用材料模型 (60)4.2.4 钢筋与混凝土的共同作用 (62)4.2.5 时程分析理论 (63)4.3 有限元分析 (64)4.3.1 前言 (64)4.3.2 有限元模型 (64)4.3.3 罕遇地震荷载 (65)4.4 结构耗能能力影响分析 (66)4.4.1 时程分析结果 (66)4.4.2 时结构损伤分布 (67)4.5 连梁截面高度对结构的耗能影响 (69)4.5.1 塑性耗能 (70)4.5.2 损伤分布 (71)4.6 改变连梁分布对结构耗能的影响分析 (72)4.6.1 与幅值相关强度指标 (72)4.6.2 与耗能相关的强度指标 (74)4.6.3 有效持时影响分析 (75)4.7 本章小结 (76)vii5. 结论与展望 (77)5.1 结论 (77)5.2 展望 (77)参考文献 (78)致谢 (82)viii11. 绪论1.1 立题背景、研究意义及当下研究现状1.1.1 立题背景我国是人力资源丰富的大国，近年随着国家整体经济地腾飞，城市化发展迅速，一些大型城市出现了所谓的“城市病”，城市土地资源日益稀缺，但是大城市的聚集效应使得大量的人口涌入城市，这就催生了社会对于高层建筑的迫切需求，框筒结构作为高层结构形式之一逐渐受到青睐。

剪切滞后的现象和原因
剪力滞后在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象。

剪力滞后有时也叫剪切滞后，具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。

例如在墙体上开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后效应。

在对称弯曲荷载作用下，如果箱梁具有初等弯曲理论中所假定的无限抗剪刚度（即时变形的平截面假定），那么弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。

但是，箱梁产生的弯曲的横向力（压应力）通过肋板传给翼板，而剪应力在翼板上的分布是不均匀的，在交接处最大，离开肋板逐渐减小，因此剪切变形沿翼板分布是不均匀的，从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状，这种现象工程界称之为“剪力滞效应”。

剪力滞现象越严重，框筒结构的整体空间越弱。

框筒结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来。

钢结构38个常见问题答疑（值得收藏）01门式刚架问答一看弯矩图时,可看到弯矩,却不知弯矩和构件截面有什么关系？答：受弯构件受弯承载力Mx/(γx*Wx)+My/(γy*Wy)≤f其中W为截面抵抗矩根据截面抵抗矩可手工算大致截面02H型钢平接是怎样规定的？答：想怎么接就怎么接,呵呵...主要考虑的是弯矩和/或剪力的传递.另外,在动力荷载多得地方,设计焊接节点要尤其小心平接.03“刨平顶紧”,刨平顶紧后就不用再焊接了吗？答：磨光顶紧是一种传力的方式,多用于承受动载荷的位置.为避免焊缝的疲劳裂纹而采取的一种传力方式.有要求磨光顶紧不焊的,也有要求焊的.看具体图纸要求.接触面要求光洁度不小于12.5,用塞尺检查接触面积.刨平顶紧目的是增加接触面的接触面积,一般用在有一定水平位移、简支的节点,而且这种节点都应该有其它的连接方式（比如翼缘顶紧,腹板就有可能用栓接）.一般的这种节点要求刨平顶紧的部位都不需要焊接,要焊接的话,刨平顶紧在焊接时不利于融液的深入,焊缝质量会很差,焊接的部位即使不开坡口也不会要求顶紧的.顶紧与焊接是相互矛盾的,所以上面说顶紧部位再焊接都不准确.不过也有一种情况有可能出现顶紧焊接,就是顶紧的节点对其它自由度的约束不够,又没有其它部位提供约束,有可能在顶紧部位施焊来约束其它方向的自由度,这种焊缝是一种安装焊缝,也不可能满焊,更不可能用做主要受力焊缝.04钢结构设计时,挠度超出限值,会后什么后果？答：影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；影响正常使用的振动；影响正常使用的其它特定状态.05挤塑板的作用是什么？答：挤塑聚苯乙烯（XPS）保温板,以聚苯乙烯树脂为主要原料,经特殊工艺连续挤出发泡成型的硬质板材.具有独特完美的闭孔蜂窝结构,有抗高压、防潮、不透气、不吸水、耐腐蚀、导热系数低、轻质、使用寿命长等优质性能的环保型材料.挤塑聚苯乙烯保温板广泛使用于墙体保温、低温储藏设施、泊车平台、建筑混凝土屋顶极结构屋顶等领域装饰行业物美价廉的防潮材料.挤塑板具有卓越持久的特性：挤塑板的性能稳定、不易老化.可用30--50年,极其优异的抗湿性能,在高水蒸气压力的环境下,仍然能够保持低导热性能.挤塑板具有无与伦比的隔热保温性能：挤塑板因具有闭孔性能结构,且其闭孔率达99％,所以它的保温性能好.虽然发泡聚氨酯为闭孔性结构,但其闭孔率小于挤塑板,仅为80％左右.挤塑板无论是隔热性能、吸水性能还是抗压强度等方面特点都优于其他保温材料,故在保温性能上也是其他保温材料所不能及的.挤塑板具有意想不到的抗压强度：挤塑板的抗压强度可根据其不同的型号厚度达到150--500千帕以上,而其他材料的抗压强度仅为150--300千帕以上,可以明显看出其他材料的抗压强度,远远低于挤塑板的抗压强度.挤塑板具有万无一失的吸水性能：用于路面及路基之下,有效防水渗透.尤其在北方能减少冰霜及受冰霜影响的泥土结冻等情况的出现,控制地面冻胀的情况,有效阻隔地气免于湿气破坏等.06什么是长细比?回转半径=√（惯性矩/面积）长细比=计算长度/回转半径答：结构的长细比λ＝μl/i,i为回转半径长细比.概念可以简单的从计算公式可以看出来：长细比即构件计算长度与其相应回转半径的比值.从这个公式中可以看出长细比的概念综合考虑了构件的端部约束情况,构件本身的长度和构件的截面特性.长细比这个概念对于受压杆件稳定计算的影响是很明显的,因为长细比越大的构件越容易失稳.可以看看关于轴压和压弯构件的计算公式,里面都有与长细比有关的参数.对于受拉构件规范也给出了长细比限制要求,这是为了保证构件在运输和安装状态下的刚度.对稳定要求越高的构件,规范给的稳定限值越小.07受弯工字梁的受压翼缘的屈曲,是沿着工字梁的弱轴方向屈曲,还是强轴方向屈曲？答：当荷载不大时,梁基本上在其最大刚度平面内弯曲,但当荷载大到一定数值后,梁将同时产生较大的侧向弯曲和扭转变形,最后很快的丧失继续承载的能力.此时梁的整体失稳必然是侧向弯扭弯曲.解决方法大致有三种：1）增加梁的侧向支撑点或缩小侧向支撑点的间距.2）调整梁的截面,增加梁侧向惯性矩Iy或单纯增加受压翼缘宽度（如吊车梁上翼缘）.3）梁端支座对截面的约束,支座如能提供转动约束,梁的整体稳定性能将大大提高.08钢结构设计规范中为什么没有钢梁的受扭计算?答：通常情况下,钢梁均为开口截面（箱形截面除外）,其抗扭截面模量约比抗弯截面模量小一个数量级,也就是说其受扭能力约是受弯的1/10,这样如果利用钢梁来承受扭矩很不经济.于是,通常用构造保证其不受扭,故钢结构设计规范中没有钢梁的受扭计算.09无吊车采用砌体墙时的柱顶位移限值是h/100还是h/240？答：轻钢规程确实已经勘误过此限值,主要是1/100的柱顶位移不能保证墙体不被拉裂.同时若墙体砌在刚架内部（如内隔墙）,我们计算柱顶位移时是没有考虑墙体对刚架的嵌固作用的（夸张一点比喻为框剪结构）.10什么叫做最大刚度平面?答：最大的刚度平面就是绕强轴转动平面,一般截面有两条轴,其中绕其中一条的转动惯性矩大,称为强轴,另一条就为弱轴.11采用直缝钢管代替无缝管,不知能不能用？答：结构用钢管中理论上应该是一样,区别不是很大,直缝焊管不如无缝管规则,焊管的形心有可能不在中心,所以用作受压构件时尤其要注意,焊管焊缝存在缺陷的机率相对较高,重要部位不可代替无缝管,无缝管受加工工艺的限制管壁厚不可能做的很薄（相同管径的无缝管平均壁厚要比焊管厚）.很多情况下无缝管材料使用效率不如焊管,尤其是大直径管.无缝管与焊管最大的区别是用在压力气体或液体传输上（DN）.12剪切滞后和剪力滞后有什么区别吗？它们各自的侧重点是什么？答：剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象,小至一个构件,大至一栋超高层建筑,都会有剪力滞后现象.剪力滞后,有时也叫剪切滞后,从力学本质上说,是圣维南原理,具体表现是在某一局部范围内,剪力所能起的作用有限,所以正应力分布不均匀,把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后.墙体上开洞形成的空腹筒体又称框筒,开洞以后,由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象,使柱中正应力分布呈抛物线状,称为剪力滞后现象.13地脚螺栓锚固长度加长会对柱子的受力产生什么影响？答：锚栓中的轴向拉应力分布是不均匀的,成倒三角型分布,上部轴向拉应力最大,下部轴向拉应力为０.随着锚固深度的增加,应力逐渐减小,最后达到25～30倍直径的时候减小为0.因此锚固长度再增加是没有什么用的.只要锚固长度满足上述要求,且端部设有弯钩或锚板,基础混凝土一般是不会被拉坏的.14应力幅准则和应力比准则的异同及其各自特点?答：长期以来钢结构的疲劳设计一直按应力比准则来进行的.对于一定的荷载循环次数,构件的疲劳强度σmax和以应力比R为代表的应力循环特征密切相关.对σmax引进安全系数,即可得到设计用的疲劳应力容许值〔σmax〕=f(R).把应力限制在〔σmax〕以内,这就是应力比准则.自从焊接结构用于承受疲劳荷载以来,工程界从实践中逐渐认识到和这类结构疲劳强度密切相关的不是应力比R,而是应力幅Δσ.应力幅准则的计算公式是Δσ≤〔Δσ〕.〔Δσ〕是容许应力幅,它随构造细节而不同,也随破坏前循环次数变化.焊接结构疲劳计算宜以应力幅为准则,原因在于结构内部的残余应力.非焊接构件,对于R>=0的应力循环,应力幅准则完全适用,因为有残余应力和无残余应力的构件疲劳强度相差不大.对于R<0的应力循环,采用应力幅准则则偏于安全较多.15什么是热轧,什么是冷轧,有什么区别？答：热扎是钢在1000度以上用轧辊压出,通常板小到2MM厚,钢的高速加工时的变形热也抵不到钢的面积增大的散热,即难保温度1000度以上来加工,只得牺牲热轧这一高效便宜的加工法,在常温下轧钢,即把热轧材再冷轧,以满足市场对更薄厚度的要求.当然冷轧又带来新的好处,如加工硬化,使钢材强度提高,但不宜焊,至少焊处加工硬化被消除,高强度也无了,回到其热轧材的强度了,冷弯型钢可用热扎材,如钢管,也可用冷扎材,冷扎材还是热轧材,2MM厚是一个判据,热轧材最薄2MM厚,冷扎材最厚3MM.16为什么梁应压弯构件进行平面外平面内稳定性计算,但当坡度较小时可仅计算平面内稳定性即可？答：梁只有平面外失稳的形式.从来就没有梁平面内失稳这一说.对柱来说,在有轴力时,平面外和平面内的计算长度不同,才有平面内和平面外的失稳验算.对刚架梁来说,尽管称其为梁,其内力中多少总有一部分是轴力,所以它的验算严格来讲应该用柱的模型,即按压弯构件的平面内平面外都得算稳定.但当屋面坡度较小时,轴力较小,可忽略,故可用梁的模型,即不用计算平面内稳定.门规中的意思（P33,第6.1.6-1条）是指在屋面坡度较小时,斜梁构件在平面内只需计算强度,但在平面外仍需算稳定.17为何次梁一般设计成与主梁铰接？答：如果次梁与主梁刚接,主梁同一位置两侧都有同荷载的次梁还好,没有的话次梁端弯矩对于主梁来说平面外受扭,还要计算抗扭,牵扯到抗扭刚度,扇性惯性矩等.另外刚接要增加施工工作量,现场焊接工作量大大增加.得不偿失,一般没必要次梁不作成刚接.18高强螺栓长度如何计算的？答：高强螺栓螺杆长度=2个连接端板厚度+一个螺帽厚度+2个垫圈厚度+3个丝口长度.19屈曲后承载力的物理概念是什么？答：屈曲后的承载力主要是指构件局部屈曲后仍能继续承载的能力,主要发生在薄壁构件中,如冷弯薄壁型钢,在计算时使用有效宽度法考虑屈曲后的承载力.屈曲后承载力的大小主要取决于板件的宽厚比和板件边缘的约束条件,宽厚比越大,约束越好,屈曲后的承载力也就越高.在分析方法上,目前国内外规范主要是使用有效宽度法.但是各国规范在计算有效宽度时所考虑的影响因素有所不同.20什么是塑性算法？什么是考虑屈曲后强度？答：塑性算法是指在超静定结构中按预想的部位达到屈服强度而出现塑性铰,进而达到塑性内力重分布的目的,且必须保证结构不形成可变或瞬变体系.考虑屈曲后强度是指受弯构件的腹板丧失局部稳定后仍具有一定的承载力,并充分利用其屈曲后强度的一种构件计算方法.21软钩吊车与硬钩有什么区别?答：软钩吊车：是指通过钢绳、吊钩起吊重物.硬钩吊车：是指通过刚性体起吊重物,如夹钳、料耙.硬钩吊车工作频繁．运行速度高,小车附设的刚性悬臂结构使吊重不能自由摆动.22什么叫刚性系杆,什么叫柔性系杆？答：刚性系杆即可以受压又可以受拉,一般采用双角钢和圆管,而柔性系杆只能受拉,一般采用单角钢或圆管.23长细比和挠度是什么关系呢?答：1）挠度是加载后构件的的变形量,也就是其位移值.2）长细比用来表示轴心受力构件的刚度"长细比应该是材料性质.任何构件都具备的性质,轴心受力构件的刚度,可以用长细比来衡量.3）挠度和长细比是完全不同的概念.长细比是杆件计算长度与截面回转半径的比值.挠度是构件受力后某点的位移值.24请问地震等级那4个等级具体是怎么划分的?答：抗震等级:一、二、三、四级.抗震设防烈度:6、7、8、9度.抗震设防类别:甲、乙、丙、丁四类.地震水准:常遇地震、偶遇地震、少遇地震、罕遇地震.25隅撑能否作为支撑吗？和其他支撑的区别？答：1）隅撑和支撑是两个结构概念.隅撑用来确保钢梁截面稳定,而支撑则是用来与钢架一起形成结构体系的稳定,并保证其变形及承载力满足要求.2）隅撑可以作为钢梁受压翼缘平面外的支点.它是用来保证钢梁的整体稳定性的.26钢结构轴心受拉构件设计时须考虑什么？答：1）在不产生疲劳的静力荷载作用下,残余应力对拉杆的承载力没有影响.2）拉杆截面如果有突然变化,则应力在变化处的分布不再是均匀的.3）设计拉杆应该以屈服作为承载力的极限状态.4）承载力极限状态要从毛截面和净截面两方面来考虑.5）要考虑净截面的效率.27钢柱的弹簧刚度怎么计算?计算公式是什么?混凝土柱的弹簧刚度和混凝土柱上有圈梁时的弹簧刚度怎么计算?计算公式是什么?答：弹簧刚度是考虑将柱子按悬臂构件,在柱顶作用一单位力,计算出所引起的侧移,此位移就是弹簧刚度,单位一般是KN/mm.如果有圈梁的情况,在无圈梁约束的方向,弹簧刚度计算同悬臂构件,在另一个方向,因为柱顶有圈梁,所以计算公式中的EI为该方向所有柱的总和.28什么是蒙皮效应？答：在垂直荷载作用下,坡顶门式刚架的运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形.屋面板将与支撑檩条一起以深梁的形式来抵抗这一变形趋势.这时,屋面板承受剪力,起深梁的腹板的作用.而边缘檩条承受轴力起深梁翼缘的作用.显然,屋面板的抗剪切能力要远远大于其抗弯曲能力.所以,蒙皮效应指的是蒙皮板由于其抗剪切刚度对于使板平面内产生变形的荷载的抵抗效应.对于坡顶门式刚架,抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度,坡度越大蒙皮效应越显著；而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡度的减小而增加.构成整个结构蒙皮效应的是蒙皮单元.蒙皮单元由两榀刚架之间的蒙皮板、边缘构件和连接件及中间构件组成.边缘构件是指两相邻的刚架梁和边檩条（屋脊和屋檐檩条）,中间构件是指中间部位檩条.蒙皮效应的主要性能指标是强度和刚度.29规范8.5.6上讲,对于吊车梁的横向加劲肋,这宜在肋下端起落弧,是何意思?答：指加劲肋端部要连续施焊,如采取绕角焊、围焊等方法.防止在腹板上引起疲劳裂缝.30箱型柱内隔板最后一道焊缝的焊接是如何进行操作的？答：采用电渣焊焊接,质量很容易保证的！31悬臂梁与悬臂柱计算长度系数不同,如何解释?答：悬臂梁计算长度系数1.0,悬臂柱计算长度系数2.0.柱子是压弯构件,或者干脆就是受压,要考虑稳定系数,所以取2.梁受弯,应该是这个区别吧.32挠度在设计时不符合规范,用起拱来保证可不可以这样做？答：1）结构对挠度进行控制,是按正常使用极限状态进行设计.对于钢结构来说,挠度过大容易影响屋面排水、给人造成恐惧感,对于混凝土结构来说挠度过大,会造成耐久性的局部破坏（包括混凝土裂缝）.我认为,因建筑结构挠度过大造成的以上破坏,都能通过起拱来解决.2）有些结构起拱很容易,比如双坡门式刚架梁,如果绝对挠度超限,可以在制作通过加大屋面坡度来调整.有些结构起拱不太容易,比如对于大跨度梁,如果相对挠度超限,则每段梁都要起拱,由于起拱梁拼接后为折线,而挠度变形为曲线,两线很难重合,会造成屋面不平.对于框架平梁则更难起拱了,总不能把平梁做成弧行的.3）假如你准备用起拱的方式,来降低由挠度控制的结构的用钢量,挠度控制规定要降低,这时必须控制活载作用下的挠度,恒载产生的挠度用起拱来保证.33什么是钢结构柱的中心座浆垫板法？答：钢结构柱安装的中心座浆垫板法,省工省时,施工精度可控制在2mm以内,综合效益可提高20%以上.施工步骤如下：1）按施工图进行钢柱基础施工(与通常施工方法一样),基础上面比钢柱底面安装标高低30～50mm,以备放置中心座浆垫板.2）根据钢柱自重Q、螺栓预紧力F、基础混凝土承压强度P,计算出最小承压面积Amin.3）用厚度为10、12mm的钢板制作成方形或圆形的中心座浆垫板,其面积不宜小于最小承压面积Amin的2倍.4）在已完工的基础上座浆并放置中心座浆垫板.施工时需用水平尺、水平仪等工具进行精确测量,保证中心垫板水平度,保证垫板中心与安装轴线一致,保证垫板上面标高与钢柱底面安装标高一致.5）待座浆层混凝土强度达到设计强度的75%以上时,进行钢柱的吊装.钢柱的吊装可直接进行,只需通过调整地脚螺栓即可进行找平找正.6）进行二次灌浆,采用无收缩混凝土或微膨胀混凝土.进行二次灌浆.34轴心受压构件弯曲屈曲采用小挠度和大挠度理论,小挠度和小变形理论有什么区别？答：小变形理论是说结构变形后的几何尺寸的变化可以不考虑,内力计算时仍按变形前的尺寸！这里的变形包括所有的变形：拉、压、弯、剪、扭及其组合.小挠度理论认为位移是很小的,属于几何线性问题,可以用一个挠度曲线方程去近似,从而建立能量,推导出稳定系数,变形曲率可近似用y”=1/ρ代替！用Y”来代替曲率,是用来分析弹性杆的小挠度理论.在带弹簧的刚性杆里,就不是这样了.还有,用大挠度理论分析,并不代表屈曲后,荷载还能增加,比如说圆柱壳受压,屈曲后只能在更低的荷载下保持稳定.简单的说,小挠度理论只能得到临界荷载,不能判断临界荷载时或者屈曲后的稳定.大挠度理论可以解出屈曲后性能.35什么是二阶弯矩,二阶弹塑性分析？答：对很多结构,常以未变形的结构作为计算图形进行分析,所得结果足够精确.此时,所得的变形与荷载间呈线性关系,这种分析方法称为几何线性分析,也称为一阶(First Order)分析.而对有些结构,则必须以变形后的结构作为计算依据来进行内力分析,否则所得结果误差就较大.这时,所得的变形与荷载间的关系呈非线性分析.这种分析方法称为几何非线性分析,也称为二阶(Second Order)分析.以变形后的结构作为计算依据,并且考虑材料的弹塑性（材料非线性）来进行结构分析,就是二阶弹塑性分析.36什么是“包兴格效应”,它对钢结构设计的影响大吗?答：包新格效应就是在材料达到塑性变形后,歇载后留下的不可恢复的变形,这种变形是塑性变形,这种变形对结构是否有影响当然是可想而只的.37什么是钢材的层层状撕裂？答：钢板的层状撕裂一般在板厚方向有较大拉应力时发生.在焊接节点中,焊缝冷却时,会产生收缩变形.如果很薄或没有对变形的约束,钢板会发生变形从而释放了应力.但如果钢板很厚或有加劲肋,相邻板件的约束,钢板受到约束不能自由变形,会在垂直于板面方向上产生很大的应力.在约束很强的区域,由于焊缝收缩引起的局部应力可能数倍于材料的屈服极限,致使钢板产生层状撕裂.38钢材或钢结构的脆性断裂是在什么情况下发生的？答：钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏.钢结构尤其是焊接结构,由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因,往往存在类似于裂纹性的缺陷.脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的,当裂纹缓慢扩展到一定程度后,断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏.。

剪切滞后对受拉角钢强度的影响刘菁菁【摘要】为了研究剪切滞后对受拉角钢强度的影响,并对单面连接角钢强度计算公式进行修正.根据Whitmore应力扩散概念,初步确定了应力扩散角,建立了求解剪切滞后强度计算公式,并通过有限元分析软件,对受力模型与理论结果进行对比分析.结果表明:剪切滞后对受拉角钢强度有很大的影响,剪力滞后系数公式可以用于理论计算和工程设计.【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(014)002【总页数】3页(P15-17)【关键词】剪切滞后;有效净截面积;单面连接;受拉角钢;影响分析【作者】刘菁菁【作者单位】江苏建筑职业技术学院建筑工程技术学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TU391角钢在建筑结构中常用于受拉构件,在桁架、刚架结构中,作为弦杆、腹杆和支撑等构件.常见的做法是将角钢的一个肢与节点板相连,另一个肢外伸[1].因此,当角钢单面受拉连接时,只有部分截面承受荷载,会产生剪切滞后现象.剪切滞后使构件截面正应力分布不均,净截面强度不能完全发挥作用.因此,受拉角钢强度计算时必须考虑剪切滞后的影响.另外,由于截面的部分连接,使得外力与构件截面的中和轴不能重合,外力偏心加剧了构件的弯曲变形.因此,剪切滞后、连接偏心和应力集中的共同影响,使得受拉角钢承载能力降低较大.影响剪切滞后的因素很多,包括截面的类型、尺寸、连接形式、焊缝长度、构件长细比、受力偏心等等.本文采用计算支撑构件节点板应力沿某个角度扩散的方法,对构件在极限状态下应力分布进行研究.根据应力分布情况得到角钢净截面面积,进而得到构件考虑剪切滞后的强度计算公式.1)基本假定.角钢由两个肢组成,可以拆开来分析,每个肢可以看做是一块钢板.下面以钢板为例进行分析.钢板和节点板采用侧面角焊缝连接.钢板承受拉力为2T,板厚为t.侧面角焊缝受剪,焊缝处剪应力分布受板件自身的刚度、焊缝长度、焊缝位置、荷载大小等影响.如果,钢板和连接板刚度相近,连接长度较短时,可以认为剪应力均匀分布.当连接长度比较长时,则剪应力分布不均匀,焊缝两端比中部剪应力大.为了简化计算,假设在极限状态下焊缝处剪应力沿焊缝全长分布趋向均匀,如图1所示.2)基本原理.基本原理按弹性和塑性2个阶段进行分析.(1)弹性阶段[7].把焊缝划分成若干个有限单元.在每个单元上,剪应力按照应力扩散角θ传至危险截面,如图2(a)所示.焊缝d x长度范围内承受的剪应力q为:式中:q为焊缝单位长度上剪应力,N/mm2;T为拉力,N;L为焊缝长度,mm.则危险截面处正应力为:式中:σ为截面正应力,N/mm2;θ为应力扩散角;t为构件厚度,mm.公式(2)即为构件危险截面拉应力的表达式.将其绘成曲线见图2(b)所示.可以看出,应力在危险截面处分布不均匀,越靠近焊缝应力越大.(2)塑性阶段.由于钢材自身具有较好的塑性变形能力,进入弹塑性阶段后,构件应力分布会由弹性阶段的不均匀而趋向于均匀.构件在塑性阶段极限状态时,危险截面的正应力均匀分布,分布范围为应力扩散角度所覆盖的范围,且达到钢材屈服强度f y.假定角钢与节点板采用焊接的方式连接,采用侧面角焊缝,分别为L 1、L 2,其中L 1＞L 2,正面角焊缝为L 3.与节点板相连的肢宽为w a,外伸肢的宽度为w b.角钢肢宽通常w b＞w a.较长焊缝L 1端部为危险截面,如图3a所示.假定极限状态时钢材有足够的塑性变形能力,允许应力重分布.且截面应力达到强度Fu时 ,构件破坏.构件危险截面在应力扩散角范围内,应力分布均匀.把角钢两个肢展平分析.对于有正面角焊缝的角钢,可以把3条焊缝处应力扩散情况分别加以分析,如图3(b)所示.与3条焊缝L 1、L 2、L 3所对应的危险截面应力分别为F 1、F 2、F 3,叠加后,最终危险截面处应力达到F u,如图4所示.当L 1≥w b/tanθ时,截面全部有效,如图4(a)所示;当L 1＜w b/tanθ时,截面部分有效,有效宽度为w a+L 1 tanθ,如图4(b)所示.则,角钢的有效净截面面积A e为:对于侧面角焊缝连接的角钢,角钢的有效净截面面积A e为:根据上面得到的角钢有效净截面面积,角钢的剪切滞后系数可由下式计算:式中:A e为有效净截面面积,mm2;A n为净截面面积,mm2;α为剪切滞后系数.计算结果见表1.则受拉角钢强度计算可以采用下面公式计算:式中:F为拉力,N;A n为净截面面积mm2.文献[5- 6]对6块钢板和16个角钢进行了拉伸试验.试验后发现构件受拉后均在危险截面处破坏,其结果可用于剪切滞后影响的研究.借鉴上述文献试验数据进行分析.根据试验数据,计算出剪切滞后系数后,将其代入表1中剪切滞后系数公式求α,倒推出角钢构件的应力扩散角θ.计算结果为:角钢的应力扩散角θ平均值为19°.采取相同方法,钢板的扩散角θ平均值为18°.可见,截面类型对应力扩散角的影响不大,为了计算简便,统一取应力扩散角为18°,tan18°=0.32.由于拉断比屈服的安全系数大,方程取简化系数tanθ=0.3.使用大型通用有限元分析软件ANASYS11.0,对文献[5- 6]中的构件进行有限元模拟,角钢、节点板和焊缝均选用SOLID45单元.角钢和节点板相互接触的地方做成接触表面,接触单元选用目标单元Targe170,接触单元Conta174.对模型施加约束和荷载.由于构件最终应力及变形图相似,本文给出其中一个构件的应力分布图,如图5所示.从图5中可以看出,角钢和节点板连接的区域应力分布不均,截面两边应力大,中间应力小,危险截面边缘应力最大,与实际相符.通过有限元分析得到构件剪切滞后系数与试验结果和本文计算方法得到的剪切滞后系数进行比较,结果表明3者吻合较好.1)剪切滞后现象使构件强度减小,承载力降低.因此,受拉构件进行强度计算时剪切滞后不能忽略.2)表1的剪切滞后分散公式可以很好地预测部分连接构件的剪切滞后系数,且与实验结果及相关规范吻合良好,经过更多试验验证后,可用于工程设计和理论分析.【相关文献】[1] 陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社,2003:81- 85.[2] GB 50017—2003钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.[3] Chesson E,Munse W H.Riveted and bolted joints:Truss type tensileconnection[J].Journal of Structural Engineering,ASCE,1963,89(1):67- 106.[4] Munse W H,Chesson E.Riveted and bolted joints:Net section design[J].Journal of Structural Engineering,ASCE,1963,89(1):107- 126.[5] Easterling W S,Gonzalez G L.Shear lag effects in steel tension members[J].AISC Engineering Journal,1993,30(3):77- 89.[6] Zhu H T,Yan M C H,Lam A C C,et al.The shear lag effects on welded steel single angle tension members[J].Journal of Constructional Steel Research,2009,65(5):1171- 1186. [7] Abi-Saad G,Bauer D.Analytical approach for shear lag in welded tensionmembers[J].Canadian Journal of Civil Engineering,2006(33):384- 394.。

一、剪力滞后效应的力学本质剪力滞后（有时也叫剪切滞后）效应，在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象。

剪力滞后，从力学本质上说，是圣维南原理，它严格地符合弹性力学的三大方程，即几何方程、物理方程、平衡方程。

具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪力滞后。

例如：一长方形平板（长度远大于宽度），在两个短边受到一对平衡集中力。

由圣维南原理可知，在板的中部，应力是均匀分布的，而在靠近短边的端部，就出现了剪力滞后现象。

由于正应力是靠剪力的作用逐渐由集中力转化为均匀的，而由于剪力传递正应力有一个逐渐的过程，所以在端部，剪力的所能起的作用还很有限，而正应力分布还不均匀，这种现象就称为剪力滞后。

二、剪力滞后效应在具体工程中的表现1、拉杆、宽梁的翼缘第一部分所举的例子其实就是一根拉杆，它出现了剪力滞后现象。

陈绍藩在《钢结构设计原理》的第5.2章节中详细描述了有孔拉杆因为剪力滞后效应和其他因素造成承载力降低的现象。

另外宽梁的翼缘中正应力分布不均匀，也是剪力滞后效应造成的，陈绍藩在《钢结构设计原理》的11.1.4章节讲述此问题，并提出采用有效宽度代替实际宽度的方法来计算。

钢砼组合梁计算时，混凝土翼板取有效宽度而不取实际宽度，也是对剪力滞后效应的考虑。

2、薄壁构件（主要是桥梁结构构件）许多学者对薄壁杆件理论进行了广泛的研究，Vlasov、Timoshenko等提出了薄壁杆件分析的经典方法，并作了两个基本假定（1）’薄壁杆件横截面的外形轮廓线在其自身平面内保持刚性，即不变形；（2）薄壁杆件中面的剪应变为零（开口截面）或剪力流为常数（闭口截面）。

由于第二个假定经典方法不能反映薄壁杆件的剪力滞后现象，所以不具有一般性。

剪力滞后效应通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中如筒结构和箱梁，在对称弯曲荷载作用下，如果箱梁具有初等弯曲理论中所假定的无限抗剪刚度（即时变形的平截面假定），那么弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。

剪力滞后效应知识科普
剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象,小至一个构件,大至一栋超高层建筑,都会有剪力滞后现象.剪力滞后有时也叫剪切滞后,具体表现是,在某一局部范围内,剪力所能起的作用有限,所以正应力分布不均匀,把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后.例如在墙体上开洞以后,由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象,使柱中正应力分布呈抛物线状,称为剪力滞后效应.
剪力滞后效应的概念是在箱梁中提出的.剪力滞后效应在T 型、工型和闭合薄壁结构中（如筒结构和箱梁）表现得较为典型,在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件.当结构处于水平力作用下时,主要反应是一种应力不均匀现象,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,由此引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移,当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值,称为正剪力滞,反之为负剪力滞.
剪力滞概念与有效分布宽度相同,前者用不均匀应力表示,后者用一等效板宽表示.为了使简单梁理论能够用于宽翼缘梁的分析,故对翼缘定出个“有效翼缘宽度”翼缘的有效宽度为假设的翼缘宽度,沿其宽度上受均匀压缩,其压缩值如同在同样的边缘剪
力作用下的实际翼缘的受载边缘数值一样.另外,有效宽度可以视为理论的翼缘宽度,该理论翼缘承受具有均匀应力的压力.该均匀应力与原型宽翼缘处的应力峰值相等,而且总压力值相等.
在框筒结构中,结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件.在水平力作用下,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小,翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形,同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律.这就是一种剪力滞后效应.。

弯曲变形和剪切变形的区别弯曲变形、剪切变形：这两个是材料力学和结构力学中的概念，分别指构件中的某一个截面的弯矩、剪力产生的变形，可以由弯矩和抗弯刚度EI、剪力和抗剪刚度GA计算得到。

框架结构,剪力墙结构和框剪结构在侧向力作用下的水平位移曲线的特点：1、框:抗侧刚度较小，其位移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的位移,侧移曲线呈剪切型,自下而上层间位移减小;柱的轴向变形产生的侧移,侧移曲线呈弯曲型,自下而上层间位移增大.第一部分是主要的,第二部分很小可以忽略，所以框架结构在侧向力作用下的侧移曲线以剪切型为主，故称为剪切型变形.2、剪:抗侧刚度较大，剪力墙的剪切变形产生位移，侧向位移呈弯曲型,即层间位移由下至上逐渐增大，相当于一个悬臂梁;3、框剪:位移曲线包括剪切型和弯曲型,由于楼板的作用,框架和墙的侧向位移必须协调.在结构的底部,框架的侧移减小;在结构的上部,剪力墙的侧移减小,侧移曲线呈弯剪型,层间位移沿建筑物的高度比较均匀,改善了框架结构及剪力墙结构的抗震性能,也有利于减少小震作用下非结构构件的破坏.剪切滞后在受剪力作用的薄壁梁中，距剪力作用点较远的突缘上的正应力（见应力）小于按平截面假设求得值的现象。

剪切滞后取决于结构中力的扩散（传播）。

力的扩散是指作用在结构某一部分上的非自身平衡的力系，向结构其他部分传递，直至与外力或约束反力相平衡的过程。

图1为一宽突缘工字形悬臂梁,它由上下各五根细长突缘杆、上下各四块突缘板和中间一块薄腹板组成。

在剪力Q的作用下，梁中出现剪切滞后现象，这可由下面的力的扩散过程来说明。

在杆仅受正应力而板仅受剪应力的简化假设下,当剪力Q作用于腹板的自由端时，整个腹板具有剪应力τ。

此剪应力直接作用于与腹板相连的中心杆A1B1上，所以在自由端附近的截面上仅A1B1杆中有正应力和正应变。

而A2B2杆和A3B3杆均无正应力和正应变。

但A1B1杆的正应变引起突缘板A1B1B2A2的剪应变和剪应力,此剪应力又使突缘杆A2B2产生正应力。

框筒结构中剪力滞后规律
框筒结构中的剪力滞后是指在地震作用下，结构的剪力与层间位移之间存在一定的时间延迟关系。

一般情况下，框筒结构在受力过程中，框筒在水平方向上的变形会导致剪力的发生，而剪力的变化又会引起框筒的进一步变形。

由于结构的柔度和阻尼等因素的影响，这个过程中剪力的变化会有一定的滞后效应。

具体来说，剪力滞后的特点包括以下几个方面：
1. 剪力滞后现象是一个非线性的滞回过程，即剪力-层间位移
曲线呈现出明显的滞回环状；
2. 框筒结构的剪力滞后现象较明显，尤其是对于高层和刚度较大的结构，剪力滞后表现更为明显；
3. 剪力滞后的规律会随着结构的初始条件、荷载历程、荷载频率等因素的变化而变化；
4. 剪力滞后的存在会导致结构的临界层间位移增大，从而增加了结构的滞回能量消耗和耗能能力。

剪力滞后现象需要在框筒结构的抗震设计和分析中予以考虑，通常通过对结构进行地震响应分析，确定结构的耗能能力和滞回性能来评估结构的抗震性能。

剪力滞后形成原因剪力滞后是指在结构受到外力作用时，材料的剪切变形滞后于剪切力的变化。

剪力滞后是结构力学中的重要现象，对结构的性能和安全性有着重要影响。

下面将从材料的本质和结构的特点两个方面来解释剪力滞后的形成原因。

从材料的本质来看，剪力滞后是材料内部微观结构的变化导致的。

在剪切力作用下，材料内部的分子会发生相对位移，从而引起剪切变形。

然而，由于材料内部存在着各种连结力和相互作用力，分子之间的相对位移并不会立即发生，而是需要一定的时间来实现。

这就导致了剪切力的变化比剪切变形的发生要快，从而形成了剪力滞后。

从结构的特点来看，剪力滞后也与结构的刚度和阻尼特性有关。

在结构受到外力作用时，剪切力会导致结构产生剪切变形。

而结构的刚度决定了结构对剪切力的抵抗能力，刚度越大，结构对剪切力的响应就越快。

而结构的阻尼特性则决定了结构对剪切变形的抵抗能力，阻尼越大，结构的变形速度就越慢。

当结构的刚度和阻尼特性不匹配时，剪切力的变化速度与剪切变形的发生速度就会产生差异，进而形成剪力滞后。

剪力滞后的形成对结构的性能和安全性有着重要影响。

首先，剪力滞后会导致结构的刚度和阻尼特性发生变化，从而影响结构的动力响应。

当结构受到地震等动力荷载作用时，剪力滞后会使结构的周期增加，从而增加结构的振动幅值，进一步影响结构的稳定性和安全性。

其次，剪力滞后还会对结构的静力性能产生影响。

在静力荷载作用下，剪力滞后会导致结构的位移分布不均匀，从而引起结构的非线性变形，影响结构的承载能力和刚度。

为了减小剪力滞后对结构性能的影响，可以采取以下措施。

首先，合理选择材料。

不同材料的剪力滞后特性不同，选择具有较小剪力滞后特性的材料可以减小结构的剪力滞后现象。

其次，合理设计结构。

通过优化结构的刚度和阻尼特性，可以减小剪力滞后的发生。

此外，合理设计结构的几何形状和连接方式，可以进一步减小剪力滞后的影响。

剪力滞后是由材料内部微观结构的变化和结构的刚度和阻尼特性不匹配所引起的。

框筒结构中剪力滞后规律
框筒结构中剪力滞后规律是指当垂直荷载施加在框筒结构上时，由于结构的非线性特性，框架柱的剪力在变形过程中会产生滞后效应。

具体来说，当垂直荷载施加在框筒结构上时，框架柱首先会发生弯曲变形，其中底部柱段受到较大的剪力作用，逐渐产生变形，引起柱断面的扭转和倾斜。

在框筒结构中，当柱段扭转角较小时，框架柱的剪力激活弯曲抗力的一小部分，并且主要受到弯矩影响。

然而，随着柱段扭转角的增加，框架柱的剪力激活的弯矩阻力逐渐减小，剪力阻力开始主导抗力。

这种由弯矩引起的剪力滞后导致框筒结构整体的柱-梁效应减弱，使得承担剪力的梁柱连接处产生更大的
剪力变形。

剪力滞后规律在地震等荷载作用下特别明显。

地震振动使得框筒结构中的柱段发生更大的扭转变形，进一步增强了剪力滞后效应。

这种剪力滞后现象会导致框筒结构的抗震性能下降，需要在设计和加固中加以考虑。

第21卷　第4期 重　庆　交　通　学　院　学　报2002年12月Vol.21　No.4 JOURNAL OF C HONGQI NG JIAOTONG UNIVERSITY Dec.,2002分析桥梁结构剪力滞效应的新方法靳欣华1,郑凯锋2,陈艾荣1(1.同济大学桥梁工程系,上海200092;2.西南交通大学,四川成都610031)摘要:分析桥梁结构剪力滞效应的理论方法有许多不足之处.针对此不足,引入了用全桥结构仿真分析技术对剪力滞效应进行分析的方法,并讨论了它的优点.作为例子,对不同工况下金马大桥主梁中的剪力滞效应进行了分析;最后对理论方法和仿真分析方法的优缺点进行对比讨论,提出了进一步研究的建议;从而为桥梁结构剪力滞效应分析提供了一条新途径.关　键　词:剪力滞效应;全桥结构仿真分析;桥梁结构中图分类号:U441.5 文献标识码:A 文章编号:1001-716X(2002)04-0004-05 在箱梁或T梁受弯时,在翼缘的纵向边缘上(在梁肋切开处)存在着板平面内的横向力和剪力流.翼缘在横向力及偏心的边缘剪力流作用下,将产生剪切扭转变形,其不可能再象梁肋一样服从平截面假定,即梁截面的纵向应力沿横向不再是均匀分布的.剪切扭转变形随翼缘在平面内的形状与沿纵向边缘剪力流的分布有关.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.但宽翼缘因剪切扭转变形的存在,使远离梁肋的翼缘渐趋降低承弯功能,也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离增加而减小,此现象就称为“剪力滞后”,简称剪力滞效应.剪力滞效应在桥梁结构中的影响是不容忽视的.1　剪力滞效应的理论分析关于剪力滞效应的研究由来已久.在土木工程中,只是近几十年来,箱形截面梁在桥梁结构中广泛应用,剪力滞效应的影响愈益显著,引起国内外学者的广泛关注,提出了许多新的设想和不少新的理论,并通过较多的模型试验直接用于工程实际问题.综合起来有以下几种方法[1,2]:1.卡尔曼(T.V.Kar man)理论;2.比拟杆法;3.能量变分法;4.弹性理论解法.上述理论方法应用一定的理论假设,建立理论框架,能够对剪力滞效应的形成原因、影响因素、效应大小等进行理论上的解释和计算,并且方便进行影响参数的讨论和分析,对于解决工程实际问题具有重要的理论意义.但用于工程实际中,这些理论方法还存在着许多不足之处,主要表现在:1.从工程实际角度看,理论方法的推导和计算都很复杂、繁琐.2.理论方法的共同特征是都建立在一定的假设之上,假设的合理性需辅以一定的试验进行研究.3.由于理论假设的独特性和对物理特性的取舍,所以每种理论方法都有一定的工程局限性.4.理论计算和分析基本局限于简单的梁截面及结构形式,对于较为复杂的截面和结构形式,其作用受到限制.5.对荷载型式的考虑较为单一,如对收缩、徐变、温度、预应力等的影响没有或较少考虑.2　分析剪力滞效应的新方法针对上述理论分析方法的不足之处,引入全桥结构仿真分析技术对桥梁结构的剪力滞效应进行分析,从而为剪力滞效应的分析开辟了一条新的途径.收稿日期:2001-11-12;修订日期:2002-01-18作者简介:靳欣华(1977-),男,河南唐河人,博士研究生,从事大跨桥梁结构性能研究.2.1　全桥结构仿真分析技术全桥结构仿真分析方法是由郑凯锋[3]教授首先提出的桥梁计算分析方法,其技术核心是采用全桥空间计算模型和运用组合有限单元进行计算,即摈弃多年来桥梁计算所采用的人为假设(如假设计算体系或计算平面的划分与组合、假设构件平截面变形、假设连接形式为铰接或刚接、假设计算模型的边界条件等),并克服这些假设带来的不足,建立完整、统一的整座桥梁的结构分析模型,该模型准确模拟构件的空间位置、尺寸、材料特性、连接形式、荷载作用、初始内力和初始变形,运用限制变形—还原内力原理确定结构仿真分析的初始形态,在此基础上进行大规模的全桥结构效应计算与分析,由此得到相对详尽、精确、可靠的分析结果.2.2　建立全桥模型建立用于分析计算的有限元数学模型是全桥结构仿真分析的重要步骤.模型建立的好坏直接关系到分析的成败.2.2.1　建模原则在全桥结构仿真分析计算模型的建立过程中,主要考虑以下几个方面的原则:1.结构形状(包括构件的长度、宽度、厚度等)变化的要求;2.材料特性(模量、容重、泊桑比、温度膨胀系数等)变化的要求;3.桥面恒载、汽车活载作用模拟的要求;4.问题求解计算精度的要求;5.计算求解过程中为避免出现病态问题的要求.2.2.2　收缩、徐变及温度影响《桥规》规定,对于分段浇注的砼或钢筋砼结构的收缩影响力,相当于降温10—15℃,对应的收缩终极值为15×10-5—20×10-5.徐变在仿真分析中用调整龄期的有效弹性模量法来考虑.有效弹性模量E c(τ)=E(τ)/[1+χ(t,τ)·Υ(t,τ)]式中:E c(τ)———加载龄期τ时的弹性模量;χ(t,τ)———老化系数;Υ(t,τ)———徐变系数.在超静定结构中,温度的影响是不可忽视的.一般按照设计要求的温差计入温度影响力.2.2.3　换算(等效)模量和密度在仿真分析中,把钢筋砼视为匀质材料,这就需要对其弹性模量和密度进行换算,也即进行等效处理.等效模量　E c s=E c+ηE s.等效密度　D cs=D c+ηD s.式中:E c s,D cs———分别为钢筋砼的等效弹性模量、等效密度;E c、D c———分别为砼的弹性模量、密度;E s、D s———分别为钢筋的弹性模量、密度;η———配筋率,小于2%时可以忽略.全桥的各个部分配筋率各不相同,因此各个部分就会有不同的等效模量和等效密度.利用等效处理后的模量及密度更真实地模拟了钢筋砼材料的真实情况.2.2.4　钢筋砼及预应力筋仿真模型中,所有的钢筋砼材料都用8节点和6节点的实体三维单元进行模拟.材料特性包括弹性模量、密度、泊桑比、温度膨胀系数,其中弹性模量和密度采用等效模量和等效密度.钢筋砼的收缩与温度影响力的模拟,把温度直接加于单元节点上即可.模型中的预应力筋采用杆单元进行模拟.力筋的材料特性包括弹性模量、密度、截面积、泊桑比、温度膨胀系数等.预应力筋中的预拉力用杆件降温来模拟.2.3　全桥模型的计算与分析依照以上建模方法,利用有限元程序AL GOR 建立完整、统一的全桥仿真分析模型.然后依据此模型,按照所有不同工况,采用SSAPOH计算模块进行调试计算,并依据《桥规》规定,对该桥在各种工况下、各部分的受力及变形特点进行分析研究,以期提出合理的分析结果或对施工有利的建议.3　实 例现应用全桥结构仿真分析技术对金马大桥的主梁剪力滞效应进行分析.位于广州一肇庆高速公路上的金马大桥主桥为60+283+283+60m的斜拉与T构组合体系桥梁(图1).T构主梁采用双箱单室截面,斜拉桥采用边主梁结构形式,中间连接段构造复杂,利用理论方法计算此复杂结构的剪力滞效应将难以入手,因此采用全桥结构仿真分析技术对其进行分析.模型建立的详细过程请参考文献[4],模型对结构形状(包括构件的长度、宽度　厚度等)、材料特性(模量、密度、泊桑比、温度膨胀系数等)、恒活载(自重、汽车活载、收缩徐变、温度、预应力等)等进行了详细模拟.拟分析的荷载工况如表1所示.5第4期 靳欣华,等:分析桥梁结构剪力滞效应的新方法图1　金马大桥桥跨布置及主梁断面表1　金马大桥剪力滞效应分析工况表工况号工 况 类 型1成桥阶段远期、中间两跨人群荷载、汽超20作用(二次调索后) 2成桥阶段远期、右边跨人群荷载、汽超20作用(二次调索后)3成桥阶段远期、降温23℃、右边跨人群、汽超20作用(二次调索后)3.1　分析结果在均匀荷载作用下,主梁截面正应力表现为不均匀性,显然即为剪力滞后效应的表现,在图2和图3中示出了左T构主梁3个不同截面在3个不同工况下的应力折线图.表2、表3为应力比较结果.表2　工况1下左T构不同截面纵向正应力分布不均匀性比较12345678σξ根部顶8.949.839.969.459.219.869.499.569.4131.058底7.437.757.707.577.687.767.827.587.6611.020跨中顶10.0910.0811.1110.0410.1511.2310.2610.4310.4241.078底7.876.836.917.407.416.986.838.117.2931.112端部顶9.6010.1511.3310.3510.6611.079.8910.3810.4291.806底10.119.009.258.867.467.397.358.758.5211.186 注:表中所列为结点的纵向压应力,单位—MPa;σ—平均压应力;ξ—不均匀性系数,定义为ξ=σmax/σ,其中σmax为最大纵向压应力,后同.表3　左T构跨中截面纵向正应力分布在不同工况下的不均匀性比较12345678σξ顶面工110.0910.0811.1110.0410.1511.2310.2610.4310.4241.078工212.2412.2813.3312.2512.4013.5412.6012.7812.6781.068工311.0444.0612.0611.0311.1612.2411.3411.5011.4291.071底面工17.876.836.917.407.416.986.838.117.2931.112工24.923.893.964.494.524.073.925.214.3731.192工35.324.334.414.904.934.504.355.594.7911.1676重庆交通学院学报 第21卷图2　不同工况下左T构跨中截面应力折线示意图3　工况1下左T 构不同截面应力折线示意3.2　结 论通过以上的计算比较,可以得出以下几点结论:1.从表2可以看出,左T 构主梁截面纵向应力从根部到端部,其不均匀性系数逐渐变大,也即剪力滞效应逐渐明显,说明剪滞效应和截面位置有关.2.从表3可以看出,随着应力值的增大,左T 构跨中截面剪力滞效应逐渐减小,说明剪滞效应也与应力大小有关.同时看出降温导致剪滞效应增大,但幅值在3%以下.3.从图3可以看出左T 构跨中及端部截面的底面产生负剪力滞效应,这与截面的受力状态有关.4　新方法分析剪力滞效应的优点基于全桥结构仿真分析技术的特点,根据对金马大桥的实例分析结果,运用其分析桥梁结构的剪力滞效应具有以下特点:1.模型精确地模拟了结构行为,故其没有理论计算那样的假设,较为真实地模拟了实际情况.2.其可以代替或部分地代替剪力滞效应的试验研究,从而节约了成本.3.对于任何复杂截面和复杂结构形式的桥梁都可以进行剪力滞效应的分析.4.可以考虑更为复杂的荷载组合形式,包括恒载、活载和其它可变荷载的各种组合.5.没有复杂、繁琐的推导和计算,分析结果直观、详尽、可靠.虽然上面列出了新方法的许多优点,但也有相对于理论方法的不足,如它不能从理论上解释剪力滞效应的成因,对于一些参数分析不是很方便,另外模型复杂,需要较好的计算设备和软件等.因此,理论方法和新方法结合应用对于工程实际更有意义.5　讨论与建议剪力滞效应在桥梁结构中的影响不容忽视,特别是近年来宽翼缘箱梁的应用相当广泛,已经成为影响设计的重要因素.而规范中对此的规定也过于简单,笼统地用“翼缘有效分布宽度”的方法处理,因此有必要对剪力滞效应进行进一步的研究.理论分析可以从理论上对剪力滞效应进行定性的解释,并方便对影响剪力滞效应的因素进行参数分析,如宽跨比、截面宽高比、截面变化及荷载型式等对剪力滞效应的影响.仿真分析可以利用这些影响因素,建立不同的模型进行分析对比,如可以建立更复杂的截面形式、更复杂的荷载型式,可以对施工、运营等各个阶段进行多方位的分析,可以起到代替或部分代替试验的作用.算例是结合金马大桥全桥仿真分析研究课题进行,有其工程实践意义.从算例的分析可知,全桥结构仿真分析方法对桥梁结构的剪力滞效应的分析还是行之有效的.鉴于目前桥梁规范对剪力滞效应的规定过于粗糙,因此,笔者建议利用仿真分析方法结合理论分析,对影响桥梁结构剪力滞效应的各种参数进行进一步的分析研究,提出各种荷载下,不同截面形式、不同宽跨比、不同支承形式及不同截面加劲情况等等的有效宽度比,为规范的制定提供可靠的参考依据.7第4期 靳欣华,等:分析桥梁结构剪力滞效应的新方法参考文献:[1]　张士锋,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M].北京:人民交通出版社,1998,4-9.[2]　王文涛.刚构-连续组合梁桥[M].北京:人民交通出版社,1997,203-211.[3]　郑凯锋,唐继舜,王秀伟.全桥结构仿真分析技术的最新进展[A].第十三届全国桥梁学术会议[C].上海:1998,373-378.[4]　靳欣华.斜拉与T构组合体系桥梁全桥结构仿真分析研究[D].成都:西南交通大学,2000.A new method of analyzing the effect of shear lag in bridgeJIN Xin-hua1,　ZHE NG Kai-feng2,　CHEN Ai-r ong1(1.Bridge Engineering Department,Tongji University,Shanghai200092,China;2.Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)A bstract:Theoretical method of analyzing the effect of shear lag in bridge structures has some deficiency.Aiming at the deficiency,we introduced the technology of structrral simulation for entire bridge,and analyzed the effect of shear la yg by using it as a new method.This paper discussed about the advantages of the ne w method.As an example,in various cases effect of shear la g in Jinma Bridge was analyzed.Finally,a discussion about the advantages and disadvantages of the theor etical method and the ne w method were made repectively.Consequently,it pr ovided a new wa y to analyzing the effect of shear lag in bridge structures.Key words:effect of shear lag;structural simulation for entire bridge;bridge structur es责任编辑:袁本奎 8重庆交通学院学报 第21卷。

钢框束简结构剪力滞后分析与楼层损伤评估1 钢框束结构剪力滞后分析钢框束结构剪力滞后分析是许多建筑工程设计的重要组成部分。

它的重要性体现在可以最大限度的减少结构的损伤，使结构能够抵抗外力。

因此，这种结构的分析方法最近收到了越来越多的关注。

钢框束结构的剪力滞后分析主要是分析结构的滞回性能。

它的基本思想是通过计算结构内受力情况下的滞回性能，来评估结构能够承受多大程度的外力以及作用于工程建筑物上的安全系数有多大程度的影响。

其分析步骤如下：（1）确定结构的基本参数，如材料力学性能、构件尺寸以及结构拓扑状况。

（2）运用结构力学理论，如几何模型、挠度簿方程、拉格朗日有限元等，计算结构受力情况下的滞回性能。

（3）根据对滞回性能的分析，确定需要加强结构的部位，以保证结构的安全性。

＃2 楼层损伤评估钢框束结构剪力滞后分析可以帮助建筑结构评估楼层损伤。

楼层损伤评估是指对建筑物进行抗震安全评估的一种方法，其原则是根据经验数据对建筑物的抗震性能进行综合评价，以决定建筑物的安全性能。

通常，建筑结构楼层损伤评估的基本原理是据建筑物的滞回性能、整体结构的构造及抗震加固等相关因素，综合评估其能否承受预期的最大抗震。

从实践应用来看，钢框束结构剪力滞后分析可以作为楼层损伤评估中预测抗震性能、估算设计强度等首要步骤，可以更好的预测建筑物的抗震性能及结构健康状况，在建筑安全因素评估方面发挥重要作用。

综上所述，钢框束结构剪力滞后分析是建筑安全性能评估和楼层损伤评估方面非常重要的工具，其能够帮助建筑设计者最大限度地提高结构的安全性，确保其能够有效抵抗极端气候条件和地质灾害等恶劣因素造成的力学损伤，为建筑工程设计和安全风险分析等提供可行依据。