变截面混凝土连续箱梁桥剪滞效应理论分析与试验研究

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1、西南交通大学硕士学位论文变截面混凝土连续箱梁桥剪滞效应理论分析与试验研究姓名：余永汉申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：李亚东20060501西南交通大学硕士研究生学位论文I摘要剪滞问题在很早以前就有学者对其进行研究，当时局限于航空领域的金属结构方面，宜到20世纪70～80年代，由于忽略剪滞效应导致了多座桥梁破坏，这才引起了各国学者的注意。经过20多年的发展，对剪滞问题的研究取得了一些成果，解决了部分实际工程问题，但是许多问题并没有完全得到解决。随着我国交通事业的发展，在～些新建桥梁中有关剪滞的新问题不断出现，需要进～步的研究。本文以桥梁工程中

2、常用的变截面箱形梁作为研究对象，分别采用平面有限元和空间有限元两种方法计算了连续箱梁桥在悬臂施工状态下的剪滞分布及变化情况，比较分析了纵向预应力、横向预应力及温差效应对箱梁剪滞效应的影响，并用实桥的空间有限元分析结果验算分析了公路桥规(JTGD62，2004)中有关有效宽度的规定。研究结果表明：(1)空间有限元模型能够较准确地反映箱形粱桥实际结构截面的受力情况，箱形梁的剪滞效应不容忽视；(2)纵、横向预应力能在一定程度上减弱悬臂箱梁的剪滞效应，但横向预应力会增大梁体内横截面的正应力，在施工中应予以考虑。(3)用平面杆系分析方法进行设计计算时，对剪滞效应的影

3、响，公路桥规范(JTGD62．2004)中关于有效宽度的规定比较合理，且偏于安全。关键词：剪滞效应，有效宽度，连续梁桥，箱形梁，变截面，有限元耍直窒鎏盔堂塑主丛塞生耋篁笙茎鎏!噩．第一章绪论lll引言随着交通事业的发展以及城市化速度的加快，许多新的桥型、大跨度桥以及特宽桥相继出现，各种桥梁截面形式纷纷被采用，其中箱形截面就是常被采用的形式之一。在城市立交桥和高架桥中，钢筋混凝土梁桥与目俱增，并有跨径不断增大和采用具有更大挑臂的薄壁结构的趋势。据统计，在已建成的预应力混凝土梁桥中，当跨径超过60m之后，其截面大多数为箱形截面。箱形截面早期用于普通钢筋混凝土悬

4、臂梁桥和连续梁桥，一般采用在支架上现浇施工。近代由于预应力混凝土设计与施工技术的进步，箱形截面更加广泛地应用于各种现代桥梁，通常采用无支架施工。箱形截面的主要优点是；截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性；能有效地抵抗负弯矩，并满足配筋要求，适应具有正负弯矩的结构，如连续梁等；承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，截面效率高；适应现代化施工方法的要求。尽管如此，箱梁截面还是存在着一些不足之处。如由于箱形截面需配置大量的构造钢筋，从而导致用钢量大量增加，大跨径箱粱桥自重过大，这些都可能造成工程造价不经济等等。更为重要的是，箱形截面的广

5、泛应用使本来已经很复杂的空间受力分析变得更加复杂、繁琐，对于腹板间距大、箱壁薄、横向挑臂长的薄壁箱梁，其剪滞效应的影响就显得更为突出。剪滞会使箱梁在翼板与腹板交界处或翼板中点产生应力集中，从而导致相应部位出现裂缝，严重时可能会威胁到桥梁结构的安全。从1969年11月到1971年11月，奥地利、英国、澳大利亚、德国相继发生了四起钢箱梁失稳或破坏事故。事故发生后，桥梁专家对四座桥的设计及计算方法进行了研究，发现这四座桥的计算方法存在严重的缺陷。其中重要的一项就是设计中没有认真对待“剪滞效应”，因此导致了应力过分集中，造成结构的失稳或破坏。国内新建的一些大跨径预

6、应力混凝土连续箱梁桥或多或少地出现过裂缝，究其原因，结构分析上的简化，如剪滞效应采用翼缘有效分布宽度来考虑，空间偏载作用采用内力增大系数考虑等，可能是原因之一。亘壶奎塑盔耋堕主翌塞生兰焦丝塞茎：噩正剪力滞效应夤剪力滞效应图1—1考虑剪滞效应的弯曲法M薹薹灞碥孺准蠢饕唯峪洱腰磐篓骢；灌潜《≤§妻塑薹珥淄雨霎圳r矧裂葬稍；夔嚣州艘琶羹～囊雾冀麓弹爵嚣鹱誉i耄i霉掣，；至；喜§篓冀鍪雌忑燃璎墓置营：i霎翳霉萋!蠢孳甘售耋带琴蠢叫所得錾鞠；羹槔嚣雾每晒羹

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8、德錾灞蓐．囊蓬噶薪雌～％哮』菰。茎步用它一襄哆二渺；襄捕劲箱梁的剪滞问题。A．O．ADEKOLA等人将该方法

9、应用于组合梁剪滞效应的分析中，得到了考虑剪力连接件刚度影响的组合梁剪滞效应解析解。由于正交异性板法以整个箱梁为研究对象，而非单个板单元，所施加的荷载都要用傅立叶级数来表达，因而分析过程比较繁琐，在实际应用中受到较大的限制。(3)弹性折板理论弹性折板理论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和静力学条件，建立方程组，利用矩阵形式进行计算。弹性折板理论首先是由Goldberg和Leveh【22J等提出，并由De行ies．Skene和scrodelis【23J写成矩阵形式而适用于计算机的分析。在折板理论中，假定板平

10、面内与平面外的性能是完全独立的，将箱梁离散为若干矩形板，以弹性平面