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箱梁的扭转
日期:2017-2-24 14:14:14 作者:钢结构检测 来源:本站原创
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    弹性阶段的箱梁扭转分析一般以薄壁杆件力学为理论基础,薄壁杆件一般要求截面边壁厚度(t)、边长(B)和跨长(L),满足t/B0.1,且B/L0.1-0.2的条件,很多大跨度、宽箱体的混凝土箱梁可以满足这一要求。薄壁杆件扭转问题比较复杂,这里以闭口箱梁为对象,阐述薄壁杆件理论的基本点。在薄壁杆件力学中,一般将扭转问题分为自由扭转(free torsion)和约束扭转(restrainedtorsion)分别加以讨论。

 

    自由扭转又称圣维南扭转,由于杆件边界不受约束,薄壁截面在扭转前后允许发生自由翘曲(凸凹),各截面纵向翘曲位移相等,扭转角沿纵坐标按直线规律变化,截面上只有分布剪应力,没有因翘曲而产生的正应力。然而,在自由扭转下,截面是否发生翘曲变形,还取决于截面的几何特征。对于正多边形(或圆形)的闭口薄壁等截面杆,在端部承受有集中扭矩作用时,截面不发生翘曲位移,截而在扭转变形前后仍在同一平面内,故没有翘曲正应力。对于闭口或开口薄壁等截面杆,在端部承受有集中扭矩作用时,各截面的纵向翘曲位移相等,但因没有设置端部约束,也没有翘曲正应力。

 

    实际上,混凝土箱梁桥一般为变截面构造,同时受横隔板、支座等约束,很少能够符合自由扭转条件,故所受到的扭转一定是约束扭转。

 

    约束扭转是由于纵向翘曲位移受到约束而引起截面应变的扭转,约束扭转不仅产生剪应力,而且还产生正应力。在对薄壁箱梁进行约束扭转分析时,采用三个基本假定:一是,杆件横截面周边在扭转前后不变形;二是,横截面上的正应力和剪应力沿薄壁的厚度方向呈均匀分布;三是,横截面的轴向位移沿截面的分布规律虽有翘曲,但任意两截面上任何两点问的距离投影在扭转前后保持不变。

 

    开口截面和闭口箱形截面在约束扭转时的正应力分布图形,它们的共同特点是:截面内虽产生纵向的、凸凹不同的翘曲变形,但它们在原平面上的投影仍保持原截面形状不变。截面上的正应力反对称于剪切中心,相应的内力也是反对称的。如,对于开口工字形截面的两个翼缘,其翘曲弯矩大小相等,方向相反;对于箱形截面的每个箱所合成的弯矩也是如此,理论上,将它们定义为双力矩。

 

    在小变形条件下,假定自由扭转时剪应力沿壁厚均匀分布,箱梁外形轮廓在横截面平面内保持不变,端截面有扭矩作用。在扭矩作用下,截面上将产生剪力流。

 

    自由扭转时由于翘曲变形不受约束,截面上没有正应力,使得截面外轮廓线上剪力流为一常数,与纵坐标z无关。而约束扭转由于翘曲变形受到约束,产生附加翘曲正应力,为平衡这部分正应力,截面上产生附加剪应力,定义该附加剪应力为翘曲剪应力。

 

    对于约束扭转,薄壁箱梁截面的扭转角(θ)由两部分组成。沿母线取一微条ds来分析,一部分转角来自于纯剪切产生的扭转角(α),另一部分是弯曲产生的扭转角(β),有θ=α+β。不难理解,翘曲应力与α无直接关系,主要受β影响。

 

文章出自桥梁动静载荷试验www.zjlq.net,转载请注明。


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