变截面悬臂箱梁的剪力滞效应分析.pdf

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1、陈楠等：变截面悬臂箱梁的剪力滞效应分析71变截面悬臂箱梁的剪力滞效应分析陈楠，杨明，张晓雷(东北林业大学．哈尔滨150040)【摘要】利用三杆比拟法推导变截面悬臂梁桥剪力滞微分方程，并根据其不同的边界条件求得相应结构剪力流的具体表达式。运用有限元分析软件ANSYS建模，验证剪力流表达式的正确性，分析了悬臂箱梁的剪力滞效应。【关键词】变截面悬臂箱梁；剪力滞效应；三杆比拟法【中图分类号】TU323．3【文献标识码】B【文章编号】1001—5864(2010)01—0071—03VARIABICRoSS．SBCrlONCANI1口【fJ1vERBoXGⅡIERslⅡRLAGANAlfYSIsCHEN

2、Nan，YANGMing，ZHANGXiao—lei(NortheastForestryUniversity，Harbin150040，China)Abstract：Analogymethodisderivedusingthreevariablecross—sectioncantileverbridgeshearlagequation，andinaccordancewiththeirdiferentboundaryconditionscorrespondingstructuresobtainedspecificexpressionofshearflow．Usethefmiteelementan

3、alysissoftwareANSYStomodelandtoverifythecorrectnessoftheexpressionofshearflow，analysisofshearinglagefectinboxgirdercantilever．Keywords：variablecross—sectioncantileverboxgirder；shearlagefect；3一barsimulationmethod剪力滞后是箱形梁的一个重要变形特点，因箱形(2)理想化的加劲杆仅承受轴力，而等效的薄板梁翼板的剪切变形沿宽度方向不均匀而引起梁弯曲仅传递剪力。法向应力沿宽度方向非均匀分布。实际上

4、，对于腹板(3)作用在箱梁任意截面上的垂直剪力完全由间距较大的宽箱梁，由于翼板中剪力滞后的影响，一腹板承受，并且均匀分布于腹板面积上-2J。般在靠近腹板的位置产生应力高峰值，而远离腹板处(4)理想化的加劲杆的截面积等于实际加劲杆则产生应力低谷，该现象称为“剪力滞效应”uJ。面积再加上邻近薄板所提供的面积。翼板剪力滞后现象的存在，会导致截面应力分布2加劲杆等效面积计算不均匀而产生应力集中，严重时还会导致结构的破对于带悬臂的顶板，见图2可做如下推导。坏。本文将利用三杆比拟法推导变截面悬臂梁桥剪力滞微分方程。1基本假定和求解思路假定薄壁箱梁由许多理想化的加劲杆组成，其间的薄板将加劲杆联在一起共同受力

5、，见图l。图2带悬臂的箱形截面顶板：Aef(上)=alth+plat1底板：AF)=2th+bt2等效翼缘板厚度分别为：(a)(b)(c)顶板：上)=卢1tl，底板：tef(T)=t2图l加劲杆的换算面积解析步骤如下：这里．a-=+(h／2(1)将箱形梁看作理想化的加劲杆与等效薄板的组合体系进行受力分析。(+++)72低温建筑技术2010年第1期(总第139期)q=C1sh+C2ch+R／(Al)q￡()2：=+(L粤一z下)z4悬臂梁受均布线性荷载和自由端集中荷载：(+殊++瓦atlz)边杆轴向力()和轴向应力()的函数表达式为：以上诸式中，，为箱形截面惯性矩，Z，z下等符号意义参见图2。当

6、顶板具有m个加劲肋、底板有n个加劲肋时，各肋面积可按表1中相应公式计算l-2]。一般认为，理想化加劲杆数目愈多，应力分布规律愈接近于精确值。表1各加劲杆面积的算式图3悬臂结构受力图FE()=M()／(2)一R／(2kAlh)(』DAch+2h+()1ohkl⋯⋯⋯、则：dE()=FE()／A13利用三杆比拟法剪力微分方程并求解中间杆轴向力()和轴向应力()的函数表外剪力流qE可近似按下式计算：q￡()=达式为：p(x)／Zh。其中，“2”表示两个腹板，h为顶板中点到底Fc()=／(A1h)[pAch+板中点的高度。对于边杆：dFE／dx=qE()一g，对于中间杆：2oh脚⋯h+⋯(、)]dF／

7、dx：2q则：c()：Fc()IA2式中，qE()为由于外荷载引起的剪力流；q为薄5理论计算和ANSYS有限元模拟分析板传递的未知剪力流。单箱单室悬臂梁长60m，分为l5节段，每个块段长利用剪切角的增量原理并将上式代人，经过计算4m，梁高按二次抛物线变化，其自由端梁高4m，固定端可得微分方程：梁高8m；顶板、底板厚度分别为0．4m，腹板厚度为dq／dx～q=一G·tel／(b。EA1)·qF()0