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浅析薄壁箱梁的剪力滞效应摘要：薄壁箱梁的广泛应用使得剪力滞效应成为国内外许多学者的研究焦点。本文从剪力滞效应的基本概念和产生机理出发介绍了具有典型意义的模型试验和分析方法阐明了应用变分法的最小势能原理对薄壁箱梁剪力滞效应进行简要分析针对因忽视剪力滞效应引发的桥梁破坏概述了研究的现状及结构设计时对剪力滞效应的考虑因素强调了研究剪力滞效应的重要意义。关键词：薄壁箱梁剪力滞效应变分法薄壁箱梁由于具有良好的结构性能与肋板式截面相比箱形截面具有抗扭刚度大能有效抵抗正负弯矩等优点因而在现代各种桥梁中得到广泛应用尤其是各种结构形式的预应力混凝土桥梁采用箱形截面更能适应构造和现代化施工要求。近几年来薄壁箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥中得到了广泛应用箱梁剪力滞效应也越来越引起重视。一、剪力滞效应基本概念及产生机理剪力滞效应最早是在T梁探讨翼缘有效分布宽度问题时提出的。T梁受弯时翼缘在横向力与偏心的边缘剪力流作用下将产生剪切扭转变形则已不服从平截面理论的假定。剪切扭转变形随翼缘在水平面内的形状与纵向边缘剪力流的分布有关。狭窄翼缘的剪切扭转变形不大其受力性能接近于简单梁理论的假定而宽翼缘因这部分变形的存在而使远离梁肋的翼缘不参与承弯工作也即受压翼缘上的压应力随着离肋的距离增加而减小。在薄壁箱梁中产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板而剪应力在翼板上的分布是不均匀的在肋板与翼板的交接处最大随着离开肋板而逐渐减小因此剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。由于翼板剪切变形的不均匀性引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于近肋板的翼板的纵向位移所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状这个现象就称为“剪力滞后”也称为“剪力滞效应”[1]。为了更好的解释剪力滞效应取固端悬臂箱梁在自由端的梁肋处作用一对集中力P如上图所示。理论上应用初等梁弯曲理论在悬臂上板得到均匀分布的弯曲拉应力但实际并非如此。由于腹板传递的剪力流在边缘上受拉要大一些而向板内传递的过程由于上下板均会发生剪切变形故实际上上板的拉应力在横截面分布式不均匀的呈现板的中间小而两边大的应力状态。剪力流在横向传递过程有滞后现象故称之谓“剪力滞后现象”或称“剪力滞效应”。如果初等梁理论算出的应力为而实际截面上发生的应力为σ那么式中：λ---剪力滞系数。如果翼缘与腹板交界处的正应力大于初等梁理论计算的理论值称之为“正剪力滞”；如果翼缘与腹板处交界的正应力小于初等梁理论计算的理论值称之为“负剪力滞”。二、薄壁箱梁剪力滞效应简要分析近几十年来国内外许多学者致力于薄壁箱梁剪力滞效应的研究分别从解析理论、数值解法和模型试验等方面对箱梁剪力滞问题提出了许多新设想和新理论。以下仅介绍应用变分法的最小势能原理。1.基本假定[3]（1）开裂前后将混凝土视为线弹性体只是忽略开裂后截面受拉区混凝土的抗拉作用。（2）选取腹板净距的一半与悬臂翼板净宽两者中的较大者作为宽度b如下图所示的箱形梁翼板的纵向位移假设为：（3）对称弯曲荷载作用下腹板符合初等梁理论的平截面假定其应变能仅计纵向弯曲变形能。（4）翼板的竖向压缩、板的横向应变以及板平面外的剪切应变均很小可以忽略不计。2、基本变分方程及边界条件[2]根据最小势能原理在外力作用下结构处于平衡状态由此可求得体系的总势能进而得到薄壁箱梁剪力滞效应的基本微分方程和边界条件：3、翼板中的应力与附加弯矩因为剪力滞效应的存在翼板会产生附加弯矩其表达式为：是剪切转角最大差值的一阶导数的函数而且与翼板的弯曲刚度成正比。由于剪力滞效应的影响翼板的有效刚度会降低梁的挠度会增大从而应力的表达式为：其中应力表达式中第二项是考虑剪力滞效应影响的修正项。弯曲法应力是沿横向按三次抛物线分布而推导的。翼板与腹板交接处其达到最大值。表示表示截面形心到上板或下板任意一点的距离。[2]此外剪力滞效应的分析还得从横向效应、纵向效应以及参数影响三方面进行讨论。剪力滞效应在横向效应中的影响比较明显因而工程设计者必须对薄壁箱梁的弯曲应力分布有一个比较清楚的认识以便在设计中考虑这一因素使预应力钢筋布置得更加合理。同理剪力滞效应对纵向效应也有很大的影响设计时必须进行全面的考虑。以下重点介绍参数影响。[1]为了更好的理解参数的影响可以从以下四个图形进行分析以下四个图形分别表示了不同结构、不同荷载形式时与或的关系显而易见薄壁箱梁跨宽比越小或比值越大剪力滞效应影响越严重。实际上在桥梁结构中的变化幅度不是很大（一般在0.7到0.8左右）而跨宽比的变化幅度较