薄壁箱梁剪力滞影响因素研究

薄壁箱梁剪力滞影响因素研究

秦豪，陈攀

重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074

摘要: 薄壁单箱多室箱梁因自身优异的结构性能和良好的截面形式，在桥梁建设中应用甚广。但是单箱多室箱梁因为腹板的原因,其翼缘板、底板的截面正应力有着很严重的剪力滞效应，往往会危害桥梁结构的健康。本文利用Midas FEA有限元软件分别对薄壁箱梁的宽跨比，宽高比和腹板厚度等三个方面对剪力滞效应的影响。

关键词：薄壁箱梁 宽跨比 剪力滞效应

一、 薄壁箱梁的剪力滞效应

薄壁箱梁的受压或者受拉翼缘板、底板承受竖向对称荷载作用时，因为其截面内剪切变形的影响，使得翼缘板、底板截面的正应力呈不均匀分布的现象。根据平截面假定，可以忽略剪切变形对众桥向位移的影响，认为箱梁横截面翼缘板的正应力是均匀分布的，但在冀缘长度较长的箱梁中，当剪力沿着箱型截面横向传递时表现呈腹板出高，其它地方矮的曲线形状。在桥梁的运营阶段往往会危害桥梁结构的健康。对其影响因素经行分析是至关重要的。

二、工程背景与有限元模型建立

论文依托工程为某城市道路枢纽互通其中一座简支混凝土梁桥，跨径为20m，标准桥宽10.5m，桥型立面布置图见图1所示。并且采用Midas/Fea建立有限实体模型。对简支箱梁剪力滞影响因素进行研究，如图2所示。

四、剪力滞影响因素参数化分析

本文主要分析箱室宽跨比、高跨比和箱梁腹板厚度对箱梁剪力滞效应的影响。主要步骤是先通过有限元软件Fea建立相应的有限元实体模型，再通过有限元软件直接提取各控制截面（L/2、L/4、支点截面）应力，依据初等桥梁理论计算得到箱梁顶板平均应力，最后算出剪力滞系数比较分析，下面将对每一项进行单独分析。

（一）箱梁宽跨比分析

分析箱梁宽度与跨径之比对箱梁剪力滞效应的影响，以20m长的有限元悬臂箱梁模型作为依据，采用改变箱室净宽来控制宽跨比。箱梁宽度由12m均匀变化到18m，总共设计0.8、0.7、0.6四个不同宽跨比来探讨宽跨比对箱梁剪力滞的影响，对比分析结果如下表1所示。

由上表对比分析可以看出，宽跨比对剪力滞效应的影响如下：当结构其它几何参数相同时，随着箱梁宽高比的增大，剪力滞效应对箱梁的影响也略微增大。采用宽箱梁结构时可以增大箱梁的款跨比适当减小宽高比来降低剪力滞效应。

（二）箱梁宽高比分析

分析箱梁宽度与高度之比对箱梁剪力滞效应的影结构的影响。以20m长的有限元悬臂箱梁模型作为依据，采用改变箱梁高度来控制宽高比，箱梁高度由2m均匀变化到3.5m，总共设计2m、2.5m、3m、三个不同的箱梁高度来探讨宽高比对箱梁剪力滞的影响，通过模型计算可以得到下列数据如表2所示。

由上表可以看出宽跨比对剪力滞效应的影响如下：结构其它几何参数相同时，随着箱梁宽高比的增大，剪力滞效应对箱梁的影响也略微增大。因此需要采用较宽箱梁结构时可以在增大箱梁宽度的同时适当增大高度来降低剪力滞效应对桥梁结构的影响。

（三）箱梁腹板厚度分析

分析箱梁腹板厚度对箱梁剪力滞效应的影响，以20m长的有限元悬臂箱梁模型作为依据，采用改变箱梁腹板厚度，箱梁腹板厚度由0.3m均匀变化到0.45m，总共设计0.3、0.35、0.4、三个不同腹板厚度来探讨腹板厚度对箱梁剪力滞的影响，可以得到下列数据如表3。

由上表可以看出箱梁腹板厚度对剪力滞效应的影响如下：结构其它几何参数相同时，随着箱梁腹板厚度的增大，剪力滞效应对箱梁的影响逐渐减小。因此需要采用较宽箱梁结构时可以加宽箱梁腹板厚度，以此增大桥梁结构的刚度，从而降低剪力滞效应对桥梁结构的影响。

五、结论

通过上面比较分析可知宽跨比、宽高比、箱梁腹板厚度三个因素对剪力滞效应的均匀一定影响：宽跨比增大将会促进剪力滞效应对箱梁结构的影响；高宽比增大将会促进剪力滞效应对箱梁结构的影响；箱梁腹板厚度增大将会抑制剪力滞效应对箱梁结构的影响。

参考文献(References)：

[1] 范立础. 桥梁工程[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001: 118-128.

[2] 李德建,戴公连. 桥梁结构空间分析设计方法与应用[M]. 北京: 人民交通出版社, 2014.

[3] 考虑剪切变形的薄壁箱梁剪力滞分析[J]. 徐勋,叶华文,强士中. 计算力学学报. 2013(06)

作者简介：秦豪（1997-），男，汉族，重庆市人，工学硕士研究生，研究方向：大跨径桥梁设计理论。