剪切變形和剪力滯對混凝土簡支箱梁撓度的影響.pdf

1、為分析剪切變形和剪力滯效應對混凝土簡支箱梁撓度的影響情況,參照我國高速鐵路32m箱梁尺寸,選取等截面簡支梁為研究對象,采取解析與有限元數值相結合的方法進行計算。以經典 Euler-Bernoulli梁理論、Timoshenko梁理論以及基于能量變分原理的剪力滯理論為基礎,從理論上對剪切變形及剪力滯效應對箱梁撓度的影響機理進行了深入探討。按照彎曲變形、考慮剪切變形、同時考慮剪切變形和剪力滯效應三種情況,計算了自重、均布荷載及集中荷載作用下

2、箱梁的撓度解析值。采用ANSYS中的 beam4、beam189、solsh190單元建立模型,得到了荷載作用下箱梁撓度的數值解。以有限元數值解為基礎,對比分析了剪切變形和剪力滯效應對箱梁撓度影響的大小。通過保持截面幾何參數不變,改變箱梁跨徑大小,分析了隨著高跨比的變化剪切變形對撓度的影響規(guī)律,得到了箱梁考慮剪切變形影響的高跨比門檻值。依據 Timoshenko梁理論對剪切修正系數的定義,通過有限元數值解進行逆推,得到了同一截面類型箱梁

3、的剪切修正系數。結論如下:
　　(1)針對本文算例,自重作用下箱梁彎曲變形撓度解析解與數值解相同,為8.1666mm。考慮剪切變形影響后撓度解析解為9.0187mm,數值解為9.0936mm,誤差為0.82％,原因是解析解中計算剪切修正系數時腹板面積近似取值引起的。同時考慮剪切變形及剪力滯效應影響后撓度數值解為9.8492mm。
　　(2)相對于彎曲變形撓度,自重作用下考慮剪切變形及剪力滯效應影響后撓度增大20.60%,其中

4、考慮剪切變形影響的撓度增大率為11.35%,考慮剪力滯效應影響的撓度增大率為9.25%,剪力滯效應對撓度的影響略小于剪切變形的影響。
　　(3)按照本文計算結果,當高跨比小于1/16時,剪切變形附加撓度占彎曲變形撓度的百分比才開始小于5%,即在工程上可忽略不計。當高跨比等于1/5時,考慮剪切變形產生的附加撓度占彎曲變形撓度的50%以上。因此,實心截面是否考慮剪切變形影響的高跨比門檻值1/5對于箱梁而言是不合適的,本文采用箱梁截面其

5、高跨比門檻值為1/16。
　　(4)對于本文所研究箱梁截面,其剪切修正系數可參考取值0.2326。即腹板計算高度可取頂板與腹板交匯中心到底板上表面的距離,其結果是偏于安全的。
　　(5)對箱梁進行力學分析時假定其約束是施加在中性軸上的,但實際工程中通過支座對梁體進行約束,當約束施加在支座位置時,其腹板中性軸處跨中撓度增大值為0.4288mm,相當于彎曲變形撓度的5.25%。所以實際撓度應該在考慮剪切變形、剪力滯效應影響的基礎