单箱室简支箱梁跨中截面剪滞效应分析

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1、2013年9月第9期城市道桥与防洪桥梁结构57单箱室简支箱梁跨中截面剪滞效应分析齐延平，何玉宝，陆华臻(天津市市政工程设计研究院，天津市300051)摘要：箱形截面因其独特的受力特点在桥梁工程中得到广泛的应用，在进行箱梁抗弯设计时剪滞效应分析不可避免。目前剪滞效应的分析方法很多，以某直腹板单箱室简支梁为例，采用不同计算方法，并对计算结果对比分析。关键词：箱梁；剪力滞效应；抗弯设计中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：109—7716(2013)09—0057—04荷载对结构受力分析具有代表性，通过分析结构1剪滞效应的概念在此两类

2、荷载作用下截面正应力横向分布情况，箱形截面具有自重轻，抗扭刚度大等独特的研究其剪滞效应。受力特点，因而被广泛的应用于桥梁工程中。箱梁在挠曲时，若肋板间距较小，则可认为其弯曲变形服从梁弯曲初等理论的变形平截面假定，弯曲应力沿横桥向是均匀分布的。若箱梁肋板间距较大，结构发生竖向挠曲时，由于翼板的剪切变形使翼缘远离肋板处的纵向位移滞后于肋板边缘处，因图1箱梁断面图(单位：cm)此弯曲应力沿横向分布不均匀，该现象称为“剪力滞后”。肋板间距越宽，“剪力滞后”现象越严重，当2．1比拟杆法计算箱梁翼缘的正应力应力集中到一定程度时可导致箱梁破坏。由英

3、国学者H．R伊文斯(Evans)及A．R．塔海目前箱梁“剪力滞后”线弹性分析的方法有：伦(Tahenan)提出的“比拟杆法”，该方法将薄壁箱卡曼理论、弹性理论解法、比拟杆法、能量变分解梁视为多个理想化的加劲杆组成，各杆间的薄板法及数值计算方法等。《公路钢筋混凝土及预应力将加劲杆连接在一起共同受力。其基本假定为：混凝土桥涵设计规范》则是采用了有效宽度的简(1)箱梁由若干理想化的加劲杆组成，各杆之化计算方法。不同类型的桥梁、桥跨的不同位置处间由薄板连接。采用不同的有效宽度计算系数。(2)理想的加劲杆仅承受轴力，等效的薄板仅本文分别采用比拟

4、杆法、能量变分解法、有效承受剪力，不计泊松效应的影响。宽度法和数值模拟的方法对某单箱室简支梁桥跨(3)理想化的加劲杆截面面积等于实际加劲杆中截面顶板的剪滞效应进行分析，并对各方法的的面积加上相邻薄板所提供的面积。的计算结果进行对比。当比拟杆的数量不同时求解的精度也是不一为方便研究箱形梁剪滞效应的影响程度，工样的。实际工程中若箱梁的宽度在一定的范围内，程上常采用剪力滞系数的概念，其表述为：常用的三杆比拟就可以满足工程精度的要求。在A：，其中为考虑剪切变形所求得的法向应此采用比拟杆法求解此箱梁的剪滞效应，见图2。力；为按照初等梁理论所求得

5、的法向应力。A1A22单箱室简支梁剪滞效应分析某跨径为20m的混凝土简支箱梁见图1，顶板宽8．25m，底板宽度为4．25m，腹板厚度为0．4m，梁高1．6m，在对该箱梁剪滞效应分析时，仅考虑图2比拟杆法计算剪滞效应示意图两种荷载：跨中集中荷载、全桥均布荷载。这两类相关文献建议，在集中荷载作用下加劲杆之间的距离为0．4或B／IO，在均布荷载作用下加劲收稿日期：2013—04—17杆之间的距离取为0．5Cb或8，其中为翼缘板作者简介：齐延平(1985一)，男，河北邯郸人，助理工程师，从事桥梁设计工作。边缘到截面中心距离，为全桥的宽度。58

6、桥梁结构城市道桥与防洪2013年9月第9期顶板等效面积：肛Gtef(16)一c顶板面积：6A咖=+2I8f(b+c)t(1)当简支梁受集中荷载时，边杆轴力及应力为：底板面积：州—一一一I。

7、i}schkx)』⋯¨)Aefb~O(b￡+2flbbt^(2)顶板厚度：u■一一一R2LPH(AL-~2xk2)(x一shkx)／u)=(3)中杆轴力及应力为：底板厚度：telb-~btb(4)忙)(9)式(1)～式(4)中各参数见图3。c=)(20)将箱梁的几何特性代人上式，可以得到以下结果：在均布荷载作用下，跨中截面剪滞系数为1．02；在集中

8、荷载作用下，跨中截面剪滞系数为1．16。图3箱梁几何特性示意图2．2能量变分解法计算箱梁翼缘的正应力在《箱梁设计理论》(郭金琼编著)一书中详细介绍用能量变分解法求解等截面矩形箱梁剪力滞字2](5)效应的理论。该理论认为宽箱梁在受弯时，若肋板f间距较大，上下翼缘由于剪切变形的影响已经不6+2(+2Zb)](6)满足平截面假定，仅用梁的挠度来描述梁的弯曲变形已经不够。为考虑正应力横向分布采用两个字H广义位移来描述箱梁的弯曲变形，分别为竖向挠度和纵向位移。在研究剪滞效应时采用翼板纵向t—b(+2)](8)位移函数模式不同，分析得到的剪滞效应

9、结果也在式(5)一式(8)中，I为箱梁截面抗弯惯性是不同的。研究表明翼板纵向位移沿横向采用三矩，其他参数见图3。次抛物线函数时计算结果比较符合实测结果。当简支梁受均布荷载时，边杆轴力及应力为：根据最小势能原理，当结构处于