结构中的剪切滞后

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1、朝花夕拾－20结构中的剪力（切）滞后效应（读书笔记）一、剪力滞后效应的力学本质剪力滞后（有时也叫剪切滞后）效应，在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象。剪力滞后，从力学本质上说，是圣维南原理，它严格地符合弹性力学的三大方程，即几何方程、物理方程、平衡方程。具体表现是，在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪力滞后。例如：一长方形平板（长度远大于宽度），在两个短边受到一对平衡集中力。由圣维南原理可知，在板的中部，应力是均匀分布的，而在靠近短边的端部，就出现了剪力滞后现象。由于正应

2、力是靠剪力的作用逐渐由集中力转化为均匀的，而由于剪力传递正应力有一个逐渐的过程，所以在端部，剪力的所能起的作用还很有限，而正应力分布还不均匀，这种现象就称为剪力滞后。二、剪力滞后效应在具体工程中的表现1、拉杆、宽梁的翼缘第一部分所举的例子其实就是一根拉杆，它出现了剪力滞后现象。陈绍藩在《钢结构设计原理》的第5.2章节中详细描述了有孔拉杆因为剪力滞后效应和其他因素造成承载力降低的现象。另外宽梁的翼缘中正应力分布不均匀，也是剪力滞后效应造成的，陈绍藩在《钢结构设计原理》的11.1.4章节讲述此问题，并提出采用有效宽度代替实际宽度的方法来计算。钢砼组合梁计算时，混凝土翼板取有效宽度而不取

3、实际宽度，也是对剪力滞后效应的考虑。2、薄壁构件（主要是桥梁结构构件）许多学者对薄壁杆件理论进行了广泛的研究，Vlasov、Timoshenko等提出了薄壁杆件分析的经典方法，并作了两个基本假定（1）’薄壁杆件横截面的外形轮廓线在其自身平面内保持刚性，即不变形；（2）薄壁杆件中面的剪应变为零（开口截面）或剪力流为常数（闭口截面）。由于第二个假定经典方法不能反映薄壁杆件的剪力滞后现象，所以不具有一般性。剪力滞后效应通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中如筒结构和箱梁，在对称弯曲荷载作用下，如果箱梁具有初等弯曲理论中所假定的无限抗剪刚度（即时变形的平截面假1朝花夕拾－20结构中的剪力（切

4、）滞后效应（读书笔记）定），那么弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。但是箱梁产生的弯曲的横向力通过肋板传给翼板，而剪应力在翼板上的分布是不均匀的，在交接处最大，离开肋板逐渐减小，因此剪切变形沿翼板分布是不均匀的，从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。如果翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值，称为正剪力滞，反之为负剪力滞。忽略剪力滞效应的影响，就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力，从而导致不安全：如1969－1971年在欧洲不同地方相继发生了四起箱梁失稳或破坏事故。事故发生后，许多桥梁专家对桥梁的设计和计算方法

5、进行了研究和分析，提出这四座桥的计算方法存在严重缺陷，其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞效应”，因此导致应力过分集中造成桥梁的失稳和局部破坏。又如广东省的佛陈大桥、乐从立交桥、江湾立交桥、顺德立交桥、文沙大桥等出现桥梁翼板横向裂缝，据资料显示其主要原因是未考虑剪力滞，致使实际应力大于设计应力，不能满足翼板承载力的要求而出现裂缝。英国规范和德国工业标准规范中通过翼缘有效宽度的折减来考虑剪力滞的影响，但是我国现行桥规中仅提及可参照“T”形梁的规定办理，没有箱梁有效宽度的具体规定，因此按初等梁计算在静、动载作用下纵向弯曲的应力无折减或增长系数可依。目前对于复杂受力的大跨径桥梁，我国设

6、计人员仅凭模型试验或大型有限元技术进行剪力滞分析，如我国的钱塘江二桥、上海南浦大桥、铜陵长江公路大桥等，花费了大量人力物力。但对于一般的工程设计，却忽略剪力滞的影响，致使不断有一些宽箱梁桥出现横向裂缝。陈绍藩在《钢结构设计原理》的12.3.3章节讲述了箱形梁的剪力滞后问题。3、薄壁结构（主要是高层筒体结构）高层筒体结构实际上就是属于薄壁结构，只是人们对它研究得很多，我才单独拿出来说明。可以把筒体结构看成一个箱形的悬臂构件，当结构水平力作用下，主要反应是一种应力不均匀现象。柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移，从

7、而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形。剪力滞后现象越严重，筒体结构的整体空间作用越弱。剪力滞后的大小与梁的刚度、柱距、结构长宽比等有关，梁刚度越大、柱距越小、结构长宽比越小，剪力滞后越小。筒体结构的整体空间作用只有在结构高宽较大时才能发挥出来。2朝花夕拾－20结构中的剪力（切）滞后效应（读书笔记）墙体上开洞形成的空腹筒体又称框筒，开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力