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箱梁的剪力滞
日期:2017-2-24 14:15:10 作者:钢结构检测 来源:本站原创
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    宽翼缘箱形截面梁在弯矩作用下,其上下翼缘的正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象称为剪力滞( shear lag)或剪滞效应。为分析产生这种应力不均匀现象的原因,以简支T形梁桥为例进行剖析。

 

    作用的矩形简支梁,跨中截面上缘产生均匀压应力;如在加载前,在它的顶部两侧各扩宽一个矩形1号条带,构成T形截面,则加载后,两侧条带与原矩形梁间的接触面上便产生一对大小相等方向相反的剪切力,这些剪切力对于腹板而言,减少了上缘压缩量,从而减少了梁跨中的挠度,但对1号条带而言,相当于受到一个偏心压力,使其内侧压力大于其外侧压力;同理,在1号条带的外侧增加2号条带,由于同样的剪力传递原因,使2号条带内侧压力大于其外侧压力;依此类推,便得到T形翼缘沿宽度方向正应力不均匀分布的图形。据此,可以理解箱形截面梁的剪滞效应产生原理。

 

    剪滞效应的实用计算剪滞效应的计算方法有三种。一是解析法,薄壁箱梁理论可以给出某些荷载条件以及不同边界条件下的剪滞计算解析公式,这些公式理论意义较大,但对于实际工程中一些复杂的结构状况与加载条件常常不能适用。二是有限元法,随着计算机功能的日益强大,虽然可以对实体结构进行三维有限元划分并求出数值解,但在许多情况下其复杂程度和计算精度还是值得商榷的。三是基于折算等效宽度的实用算法,这种算法不能给出剪滞系数,而是将箱梁翼板的宽度折减,此后按平面梁理论进行偏于安全的结构计算。

 

    翼缘有效宽度法确定的基本步骤为:①先按平面杆系结构理论计算箱梁各截面的弯矩;②对不同位置的箱形截面,用不同的有效宽度折减系数进行折减;③按照折减后的截面尺寸进行截面应力验算与配筋设计。有效分布宽度的确定原则是:使折减后的截面按照初等梁理论计算的应力,与考虑剪滞效应的实际截面应力峰值相等。

 

    所谓负剪力滞现象,是指翼板在腹板位置处的正应力反而小于翼板悬臂或箱梁中线位置处的正应力,故其剪滞系数λ<1。这种现象多出现在悬臂箱梁的以下三种情况:集中荷载作用于悬臂梁上中间位置;集中弯矩作用于悬臂梁上中间位置;均布荷载满布于悬臂梁上。

 

    为了对负剪滞现象有一个直观的认识,拿T形悬臂梁中间某点C承受集中力情况来分析,首先设想此梁从C截面切开,此时的AC段处于无应力状态,CB段由于竖向集中力的作用,将使上翼缘产生非均匀变形,由于实际结构的ACCB两段在c截面是一个整体,故截面变形应满足变形协调条件,从而使C截面在梁肋处产生压应力,在两侧翼板的大部分范围内产生拉应力。由于翼板外边缘与梁肋处的位移差最大,故它的拉应力最大,这样,就在梁的翼缘处出现拉应力超过梁肋处拉应力的负剪力滞现象,梁在全长范围内会出现正剪力滞和负剪力滞两个区段。

 

    根据上述分析,不难理解,当集中弯矩作用于梁内某处时,也会产生负剪力滞现象。对某长悬臂箱形截面梁,在等截面和直线变截面情况下,在端部分别作用集中力和均布荷载时,剪滞系数沿梁长的变化情况,在均布荷载下,悬臂箱梁的大部分区段均有负剪力滞出现。

 

    剪滞效应的精确计算是一个非常复杂的问题,它与结构形式、截面尺寸变化情况以及荷载形式及作用位置(包括在箱梁上的横向位置)都有关系。不少大跨度的预应力混凝土梁桥均采用了单箱单室截面,在结构设计计算、结构构造和预应力布置等方面,要充分考虑剪滞效应的影响,适当增加截面压应力储备。箱形截面纵向布置的预应力钢束对于平抑应力不均、减小剪滞效应有好处,但目前对此还缺乏深入研究;如果要考虑徐变对剪滞效应的影响,则更是难上加难。

 

文章出自桥梁动静载荷试验www.zjlq.net,转载请注明。


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