箱梁剪力滞效应研究方法浅析

张海 骆成

【摘要】现代城市高架桥一般采用薄壁宽箱梁截面，对于这种采用截面形式桥梁其空间受力性能明显，一般初等梁理论不再适用于该类结构受力分析计算，对于这种空间受力复杂的结构，箱梁剪力滞效应又往往是我们研究的重点。通过对箱梁剪力滞方法探讨确定最合理的分析方法，使其用于宽箱梁的受力分析既安全又有效。

【關键词】宽箱梁；剪力滞效应；研究方法

箱梁剪力滞效应的理论研究方法主要分为两类：解析法和数值分析法。解析法主要有正交异性板法、折板法、比拟杆法和能量变分法；数值分析法主要有有限单元法、有限条法、有限差分法和有限梁段法等。

（1）正交异性板法

正交异性板，是用纵横向互相垂直的加劲肋（纵肋和横肋）连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构。这种结构由于其刚度在互相垂直的二个方向上有所不同，造成构造上的各向异性。正交异性板法是把肋板结构比拟成正交异性板，将纵横梁分摊到板上，然后根据弹性薄板理论，从边界条件出发，导出肋板结构的应力和挠度公式，获得剪力滞问题的解。

（2）折板理论法

折板理论法是将箱梁离散为若干矩形板，以弹性平面应力理论和板的弯曲理论为基础，利用各板结合处的变形条件和静力学条件建立方程组，以矩阵形式进行计算。

（3）比拟杆法

比拟杆法是将处于受弯状态的箱梁结构比拟为只承受剪力的等效薄板与只承受轴向力的杆件的组合体，根据板与杆之间的平衡、变形条件建立微分方程组；通过加劲杆的内力确定每块翼板的剪应力，进一步由每块翼板的轴向力得到翼板的纵向应力。

（4）能量变分法

能量变分法是从假定箱梁翼板的纵向位移模式出发，把梁的竖向位移沿梁长的变化率和描述翼板剪力滞的纵向位移差的广义位移函数看作未知数，根据最小势能原理建立微分方程，进而获得应力和挠度的解析解。

（5）有限单元法

有限单元法主要基于三维板壳和块体理论计算箱梁的剪力滞效应，通过建立箱梁结构的三维有限元数值模型，施加边界条件和荷载条件，由后处理获得结构应力和位移结果，并根据纵向应力的分布状况分析结构的剪力滞效应。

（6）有限条法

有限条法是一种混合法，它具有一般结构法和有限元法的优点，该法Cheung首先提出，它可以看做是有限元法在用最小总势能原理导出未知节点位移参数和外荷载关系的一种特殊形式。与有限单元法相比，有限条法具有简单、计算量小的优点。

（7）有限差分法

有限差分法的基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网格来代替，把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定叉的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。

总结

综上所述，以能量变分法为基础的有限段法是一种深受研究人员欢迎的实用方法，其未知数少，内力形式的输出结果更符合工程师的使用习惯。这种方法直接以梁段为单元，先假设剪力滞翘曲位移沿横向的分布规律，然后沿纵向对位移进行插值，利用最小势能原理建立刚度矩阵。

参考文献：

[1]蔺鹏臻.混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论与应用研究[D]：[博士学位论文].兰州交通大学，2011.

[2]程翔云，汤康恩.计算箱形梁桥剪力滞效应的比拟杆法田.中南公路工程，1984， （1）： 65-73 .

[3] Sa-nguanmanasak J， Chaisomphob T， Yamaguchi E. Stress concentration due to shear lag in continuous box giders[J]. Structural Engineering， 2007， 29（7）： 1414-1421.

作者简介：

张海（1972-），男，汉族，内蒙古人，职务：沈阳建筑大学交通学院教师，职称：副教授，学历：博士研究生，研究方向为桥梁设计理论与方法。

骆成（1989-），男，汉族，湖北孝感人，沈阳建筑大学交通学院2013级建筑与土木工程专业在读硕士研究生，研究方向为桥梁设计理论与方法。