混凝土箱梁截面剪力滞效应和偏载效应分析

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1、混凝土箱梁截面剪力滞效应和偏载效应分析摘要：混凝土箱形截面梁整体性好，抗扭刚度大，外形流畅美观，而且现浇混凝土箱梁能够适应各种线形要求，因而在现代桥梁建设中得到广泛应用，其中混凝土连续箱梁最为常见。为了总结这两种效应的特点和规律，采用实体有限元建立了全桥模型，计算了中载和偏载情况下连续梁桥的截面正应力分布，对以上两种效应进行分析，并考虑了关键参数宽跨比的影响效应。在此基础上，对设计中存在的不安全因素及其计算方法提出建议。关键词：混凝土箱梁截面；剪力滞效应；偏载效应中图分类号：TV331文献标识码：A引言随着现代交通的发展，交通量的需求较大，主线桥梁的车道较宽，但通常跨径并不大，多跨连续箱梁桥应

2、用较多。同时，出于对交通视野的要求，箱梁的高度都不会很大，于是箱梁型式表现为两端大悬臂、较大宽高比、宽跨比的特点。由于箱形梁属于空间结构，其受力呈现空间上的变化，尤其当宽高比、宽跨比较大的情况下，与初等梁的平截面假定条件相差就会越来越远，计算结果出现明显差异。计算中需要严格控制的截面正应力，在横截面上的分布并不是像初等梁计算解得的一样是横向均匀、竖向线性变化的，加之其作为结构受力验算的重要分量对结构计算安全的影响至关重要，所以对其求解也力求精确安全。本文就是基于箱梁受力空间效应前提下对混凝土箱梁截面剪力滞效应和偏载效应做一个简单的分析和探讨。一、截面正应力分析作用在箱梁上的荷载，既可以是对称荷

3、载，也可以是非对称偏心荷载，须分开考虑其影响，偏心荷载的作用，会使箱梁既产生对称弯曲又产生扭转，箱梁在非对称荷载作用下的变形与位移，可以划分为四种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、扭转及翘曲（即畸变）。由以上几种状态可推得，在荷载作用下，横截面上的正应力由以下几部分组成：其中，oM是由纵向弯曲产生的应力，oW是由约束扭转产生的应力，odW是畸变产生的应力，一般来讲，当箱梁的壁厚较大，而横隔梁作用较强时，畸变的影响是很小的，在一般常用的混凝土箱梁中，其贡献的应力成分并不大。所以，本文讨论内容的影响实际主要来自纵向弯曲和约束扭转。基于杆系模型的常用有限元计算，只能得到纵向弯曲正应力oM,所以在此基础上

4、，通过引入计算系数的方式考虑受力体系的空间效应。如通过考虑翼缘的有效分布宽度计入剪力滞效应，通过乘以活载偏心增大系数考虑偏心荷载效应。在这种情况下，对剪力滞效应和偏心效应的统计就显得尤为重要。本文通过利用有限元软件建立连续箱梁的整体实体模型，对中载和偏载作用下箱梁横截面的正应力进行计算，根据计算结果分析了横截面上的正应力分布形态，讨论了宽箱梁中存在的剪力滞效应和偏载效应的影响程度和影响因素。二、以某工程为例搭建计算模型某施工工程为3x30m三跨标准预应力混凝土连续箱梁桥。箱梁顶板宽17.5m,厚25cm；底板宽12.5m,厚22cm；梁高等截面为1.8m。这种断面型式的应用非常广泛，具有较强的

5、通用性。本文研究的内容属十箱梁的空间受力特性，所以对空间影响最大的维度包括箱梁的宽、高以及跨径都应该是敏感参数。为了简化考虑这些参数的影响，在1・8m梁高的情况下，总共涉及了13.5m.17.5m.21ni三种桥面宽度(B)和20m、25m、30m三种计算跨径(L)。在此基础上对计算结果进行对比，总结规律。三、剪力滞效应分析剪力滞效应在箱梁中是普遍存在的，是由于剪力流在横向传递过程中存在的滞后现象，导致正应力在板中水平方向的分布不均匀。在主梁不同的位置由于受力不同会存在正剪力滞和负剪力滞现象，定义剪力滞效应的参数为剪力滞系数，定义如下：其中分母是按照初等梁理论算出的应力，分子为实际截面应力。剪

6、力滞的影响程度不同，但是跨宽比小，上下板的惯性矩与整个箱截面惯矩之比较大的连续箱梁支点处的影响尤其严重。规范中通过定义有效分布宽度的形式考虑剪力滞效应的影响，考虑的影响参数包括腹板间翼缘实际宽度和理论跨径，同时一重点对支点附近和跨中区域进行了区分。此处主要对支点上顶板和跨中顶底板处的剪力滞系数进行了对比，计算了以下五种况况考虑空间尺寸的影响：A：跨径30m,桥宽17.5m；B：跨径25m,桥宽17.5m；C：跨径20m,桥宽17.5m；D：跨径30m,桥宽13.5m；E：跨径30m,桥宽21m。表1所示为不同土况下由自重荷载计算的箱梁顶底板最大剪力滞系数。其中1为中跨跨中顶板、2为中跨跨中底板

7、、3为支座处顶板、4为边跨跨中顶板、5为边跨跨中底板。由表1可知，中跨跨中的剪力滞效应要明显高于边跨跨中，而跨中支座处的剪力滞最大；底板的剪力滞系数一般比顶板的要大；表面上随着A,B,C桥宽增加，剪力滞效应增大，实际上通过土况D和E的结果可以发现，真正起控制作用的是宽跨比B/L宽跨比越大，剪力滞系数就越大。图2给出了A,B,C三种工况下中边跨跨中顶底板的剪力滞系数分布，其中竖向虚线标示的是腹板中心