薄壁箱梁剪力滞理论的评述和展望_罗旗帜

剪力滞效应的读书报告剪力滞效应在桥梁、结构中出现的问题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.剪力滞效应常用剪力滞系数入来衡量。

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

忽略剪力滞后效应的影响，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。

事故发生后，许多桥梁专家对桥梁的设计和计算方法进行了研究和分析，提出这四座桥的计算方法存在严重缺陷，其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞后效应”，因此导致应力过分集中造成桥梁的失稳和局部破坏。

又如广东省的佛陈大桥、乐从立交桥、江湾立交桥、顺德立交桥、文沙大桥等出现桥梁翼板横向裂缝，据资料显示其主要原因是未考虑剪力滞后，致使实际应力大于设计应力，不能满足翼板承载力的要求而出现裂缝。

在设计中，无论是预应力混凝土形箱形截面还是钢截面，如果剪力滞系数过大，可能会产生局部开裂或失稳。

剪力滞效应的研究现状理论分析方面近20年来，国内外许多学者对剪力滞问题提出了多种新设想和新理论，综合起来有以下几种方法：卡曼理论弹性理论解法比拟杆法能量变分法2、数值分析方面有限元法有限条法有限差分法有限段法3、试验研究方面剪力滞的弹性研究一般采用小比例的有机玻璃模型。

我国对剪力滞效应的试验研究开于1983年，郭金琼等制作了梁桥的有机玻璃模型，测试了13个工况31个截面的剪力滞效应，验证了矩形箱梁的剪力滞效应。

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。

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。

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。

（12）关于剪力滞
①为什么会产生剪力滞效应？
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”，见下图。

剪力滞造成的结果就是：腹板处的应力水平会高于或者低于初等梁理论算出来的平均应力。

注明：“箱梁产生的弯曲的横向力通过肋板传给翼板”此处的弯曲横向力是沿截面横向的水平力，而对于截面竖向而言，则可以理解为水平剪力。

②剪力滞后现象：简单的说，由于箱梁顶板变形使剪力传递存在滞后现象，使其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状，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。

剪力滞效应：由于宽大翼缘板因变形的存在，使远离梁肋的翼缘不参与梁体承弯工作，产生受压翼缘压应力随着离梁肋的距离增加而减小的现象。

剪力滞概念:定义为宽翼缘箱形截面受对称垂直力作用时,其上、下翼缘的正应力沿宽度方向分布是不均匀的,这种现象称为剪力滞或剪力滞效应。

③一般规律
A.剪力滞后现象越严重，框筒结构的整体空间作用越弱；
B.剪力滞后的大小与梁的刚度、结构长宽比等有关。

梁刚度越大、结构长宽比越小，剪力滞后越小；
C.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。

箱梁剪力滞效应求解和应用摘要:剪力流在横向传递过程中有滞后的现象，称为剪力滞效应。

剪力滞效应带来的应力分布不均匀，应力集中效应，应给予足够的重视。

本文主要通过介绍了薄壁箱梁剪力滞效应及常用求解方法 , 通过对一具体例题的有限元求解 , 详细阐述了剪力滞现象的存在。

剪力滞后现象使翼缘有效分布宽度的确定成为正截面承载力计算的关键 , 结合现行规范 , 对考虑箱梁有效宽度后的应力计算结果和有限元求解结果进行了对比。

关键词 :薄壁 ;箱梁 ;剪力滞 ;有效宽度 ;应力随着箱形梁桥向长悬臂板、大肋间距的简洁型单箱单室截面方向发展，其剪力滞效应日益受到人们关注。

然而, 梁弯曲初等理论的基本假定是变形的平截面假定, 它不考虑剪切变形对纵向位移的影响, 因此不再适用于扁平的薄壁箱梁。

目前, 国内外均建造了大量的箱形薄壁梁桥, 对高跨比较大、宽高比较突出的箱形梁桥, 其剪力滞效应相当严重, 如果忽略剪力滞的影响, 势必导致结构失稳或破坏。

箱形梁的受力是一个复杂结构空间分析问题，对箱形梁进行受力分析时，往往采用一些假定和近似处理方法，将作用于箱形梁上的偏心荷载分解成对称荷载和反对称荷载对称荷载作用时，按梁的弯曲理论求解；反对称荷载作用时，按薄壁杆件扭转理论分析，按叠加原理将计算结果叠加而得。

箱形梁在偏心荷载作用下将产生纵向弯矩、扭转、畸变及横向挠曲四种基本状变形态。

1 / 141箱梁剪力滞及其求解方法1.1剪力滞根据初等梁理论中的平截面假定，不考虑剪切变形效应对纵向位移的影响，箱梁的两腹板处在对称竖向荷载作用下，沿梁宽度方向上、下翼板的正应力是均匀分布的。

但由于在宽翼箱梁中沿翼缘板宽度方向剪切变形的非均匀分布，引起弯曲时腹板的翼板纵向位移滞后于近肋板处的翼板纵向位移，而弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。

这种由翼缘板的剪切变形造成沿宽度方向弯曲正应力的非均匀分布，在美国称为“剪力滞效应”，英国则称为“弯曲应力离散”。

靠近腹板处的纵向应力若大于靠近翼缘板中点或悬臂板边缘处的纵向应力，称为“正剪力滞”；反之，则称为“负剪力滞”。

以余弦函数为剪力滞翘曲位移函数的薄壁箱梁剪力滞效应专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

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西南交通大学硕士学位论文薄壁箱梁剪力滞效应研究姓名：王子健申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：强士中20040201西南交通大学硕士学位论文摘要剪力滞（应力分散）问题很早就有学者对其进行研究，最初是在航空工程上，后来应用到土建工程当中，经过２０多年的发展，对剪力滞的研究也取得了一些成果，解决了一些实际工程问题，但许多问题并没有得到完全的解决，随着我国交通事业的发展，有关剪力滞的新问题也在不断出现，需要进一步的研究，本文就剪力滞的问题进行了如下的一些工作：１．对于箱形截面主梁，本文考虑剪力滞效应的变形特点，根据箱梁纵向位移函数，采用基于能量变分法基础上的最小势能原理推导出系统的总势能表达式，然后通过变分法得到带有不同边界条件的一组微分方程，并写出轴向应力的解析表达式。

结合实际的算例研究了等截面简支梁的剪力滞效应。

采用截面当量法研究了变截面连续梁的剪力滞效应。

２．就悬臂梁的负剪力滞现象进行理论分析和推导，并结合实际算例来对悬臂梁负剪力滞现象进行参数分析。

３．阐述了宜宾中坝金沙江斜拉桥的模型试验，并结合该桥的模型试验数据，研究该斜拉桥的剪力滞效应。

通过本论文的工作，箱形截面梁桥的设计、分析提供更安全、合理的设计依据。

【关键词】剪力滞负剪力滞有限元最小势能原理能量变分法西南交通大学硕士学位论文１１ＡＢＳＴＲＣＴＳｈｅａｒｌａｇｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｒｔｈｅｎｏｎｕｎｉｆｏｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｓｓａｃｒｏｓｓｗｉｄｅｆｌａｎｇｅｓｏｆｂｅａｍｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｈａｖｅ１０ｎｇｂｅｅｎｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄ。

ＦｉｒｓｔｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｗｉｔｈｓｔｉｆｆｅｎｂｅａｍｏｆＩｓｈａｐｅｉｎａｖｉａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｗｈｉｌｅ１ａｔｃｒｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄｃｏｎｃｅｒｎｅｄｗｉｔｈｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｓｏｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｕｔｃｏｍｅｓａｂｏｕｔｓｈｅａｒｌａｇｐｒｏｂｌｅｍｓｗｅｒｅａａａｉｎｅｄａｎｄｐａｒｔｏｆｐｒｏｊｅｃｔｐｒｏｂｌｅｍｓｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄｄ嘶ｎｇｔｈｅＰ．ｖｅｎｔｙｙｅａｒｓ．ｗ｛ｔｌｌｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｒｅａｒｅｓｔｉｌｌｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓｗｈｉｃｈｎｅｅｄｆａｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．ｓｈｅａｒｌａｇｅｆｆｅｅｔｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓａｒｅｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓ．１．Ａｇｅｎｅｒａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｄｅｒｉｖｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｉｎｉｍｕｍｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙａｎｄａｓｅｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ、ｖｉｔｌｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｄｅｒｉｖｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｄｅｆｏｒｍｍｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｄｅｐｍｂｏｘｂｅａｍｗｉｌｌｂｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈａｎｇｉｒｄｅｒｓ．Ｔｈｅｓｈｅａｒｌａｇｅｆｒｃｃｔｏｆｓｉｍｐｌｅｓｕｐｐｏｒｔｅｄｅｘａｍｐｌｅ．Ｔ１１ｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｖａｒｉａｂｌｅｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｈｅａｒ１ａｇｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｏｘ２ｉｒｄｅｒｓｗｉｔｈｖａｒｉａｂｌｅｄｅｐｔｈ．２．Ｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｓｈｅａｒｌａｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｇｉｒｄｅｒｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｓｈｅａｒｌａｇｅｆｆｅｃｔｉｓａｎａｌｙｓｅｄ．３．ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＹｉｂｉｎＺｈｏｎｇｂａＪｉｎｓｈａｊｉａｎｇｃａｂｌｅ・ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｃｏｎｃｒｅｔｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｓｈｅａｒｌａｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ．Ｂｙｔｈｅｗｏｒｋｏｆｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，ｍｏｒｅｓａｆｅｒａｎｄｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒｂｏｘｇｅｒｄｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｏｆｆｅｒｅｄ．［ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｓｈｅａｒｌａｇ，ｎｅｇａｔｉｖｅｓｈｅａｒｌａｇ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｉｎｉｍｕｍｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙ，ｅｎｅｒｇｙｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｍｅｔｈｏｄ．＋第１章绪论１．１选题背景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来重要。