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薄壁箱梁剪力滞效应理论分析与试验研究

程海根  
【摘要】:剪力滞问题在很早以前就有学者对其进行研究,当时局限于航空领域的金属结构方面,直到20世纪70~80年代,由于忽略剪力滞效应导致多座桥梁破坏才引起各国学者的注意。经过20多年的发展,对剪力滞问题的研究也取得了一些成果,解决了部分实际工程问题,但许多问题并没有完全得到解决。随着我国交通事业的发展,在一些新建桥梁中有关剪力滞的新问题不断出现,需要进一步的研究。本文针对等截面箱梁、变截面箱梁、组合梁以及斜拉桥箱型主梁的剪力滞效应展开分析,主要就以下几个方面进行了研究。 针对等截面箱梁在荷载作用下考虑剪力滞效应时的变形特点,根据箱梁纵向位移函数,采用基于能量变分法基础上的最小势能原理推导出系统的总势能表达式,然后通过变分法得到带有不同边界条件的一组微分方程。对于变截面箱梁,利用等截面箱梁所得到的微分方程和边界条件演化为变截面箱梁的微分方程,采用差分法来求解变截面箱梁的微分方程和相应的边界条件。结合叠加原理,可以将上述方法应用于求解连续梁的剪力滞效应。通过试验和计算分析可知,悬臂梁和连续梁在均布荷载作用下,由于剪力滞引起的附加弯矩沿跨度方向出现变号现象,导致负剪力滞效应出现。但悬臂梁在集中力作用下却没有负剪力滞现象出现,说明负剪力滞现象和梁的约束条件以及外荷载作用形式有关。通过分析可知,影响箱梁剪力滞效应的主要因素有截面形式、宽跨比、约束条件以及荷载形式等因素,其中宽跨比对剪力滞效应的影响最大。 由于钢—混凝土组合箱(T)梁中混凝土材料具有收缩、徐变的特点,且钢与混凝土板之间的连接件并非完全刚性,两者之间存在滑移,因此钢—混凝土组合梁的剪力滞效应具有时间效应。针对组合梁上述特点,在一定的假设条件下,笔者提出了组合梁考虑剪力滞效应时的纵向位移模式。根据所提出的位移模式,结合虚功原理推导出组合梁剪力滞效应微分方程以及相应的边界条件。通过算例分析可以看出,钢—混凝土组合梁剪力滞效应受剪力连接件刚度、环境相对湿度等因素的影响。受压翼缘混凝土板的应力随着时间的增加而减小,但减小的幅度随剪力连接件的刚度增加而减小。环境相对湿度对受压翼缘混凝土板应力的影响也有此规律,即应力减小的幅度随环境相对湿度的增加而减小。 斜拉桥主梁在荷载作用下承受弯矩与轴力的共同作用,由于轴向力的存在,分析其剪力滞效应不同于一般的箱型截面。根据小变形理论和叠加原理,将弯矩和轴力作用分开处理,利用能量变分法来求解弯矩和轴力共同作用下的剪力滞效应,在分析弯矩作用时考虑了梁柱效应。通过算例分析可知,轴压比对剪 兰二颐一、…一~国夔丝丝墨丝翅鱼塑通丝丝鱼一一一一一一一一 力滞系数有影响,其中剪力滞系数人.随轴压比的增加而增加。 通过算例分析和试验研究证明,宽跨比是影响箱梁剪力滞效应的一个主要 因素。箱梁剪力滞系数随着宽跨比的增加而增加,并且与轴压比有关,轴压比 大时宽跨比的影响程度也大。其它诸如截面高度、翼板外伸板长度、截面形式 等因素对箱梁剪力滞效应都有一定的影响,但影响的程度各有不同。


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