李興坤，郭 凱，周世軍

(1.北京鐵路局北京工務(wù)段，北京100077;2.武漢鐵路局武漢橋工段，湖北武漢430000;3.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶404100)

在剪力滯效應(yīng)求解理論的基礎(chǔ)上，以靖遠黃河大橋為工程背景，用當(dāng)量截面法近似求解該五跨連續(xù)剛構(gòu)橋的剪力滯系數(shù)，并與大型有限元分析軟件ANSYS的分析結(jié)果做比較，分析墩頂有橫隔板梁段處的剪力滯效應(yīng)，找到計算帶有橫隔板截面剪力滯效應(yīng)的辦法。分析剪力滯效應(yīng)沿全橋縱向的分布情況，找出負(fù)剪力滯效應(yīng)發(fā)生的部位，分析其對橋梁的影響。

1 剪力滯系數(shù)

箱形截面剪力滯效應(yīng)是指在對稱荷載作用下，由于翼板的剪切變形造成彎曲正應(yīng)力沿梁寬方向不均勻的現(xiàn)象。當(dāng)靠近腹板處的翼板正應(yīng)力大于翼板中點處正應(yīng)力時，就稱為正剪力滯，反之則稱為負(fù)剪力滯如圖1所示。通常用剪力滯系數(shù)來度量剪力滯效應(yīng)的變化規(guī)律，其定義為:

式中:σmax為考慮剪力滯效應(yīng)所求得的截面最大正應(yīng)力;σ為按初等梁理論所求得的正應(yīng)力。

2 工程簡介

靖遠黃河大橋全長620 m，主橋上部采用52 m+3×90 m+52 m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面剛構(gòu)連續(xù)組合體系，下部橋墩采用雙薄壁墩鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，見圖2。橫截面測點布置見圖3。

圖1 箱梁正負(fù)剪力滯

圖2 靖遠黃河大橋主橋一半結(jié)構(gòu)立面圖(單位:cm)

圖3 橫截面測點布置圖

3 Ansys計算模型

Ansys計算模型見圖4。

圖4 靖遠黃河大橋模型圖

4 結(jié)果分析

自重作用下，采用有限元分析和當(dāng)量法分析得到部分截面剪力滯系數(shù)，見表1。剪力滯系數(shù)圖見圖5、圖6。

表1 自重作用下部分截面剪力滯系數(shù)

從表1中數(shù)據(jù)可得，中跨跨中截面和次邊跨跨中截面處于正彎矩區(qū)，腹板和頂板、底板交界處的剪力滯系數(shù)大于1，即大于初等梁理論計算出的正應(yīng)力值，越往頂板中心處或翼板遠端正應(yīng)力值越小，此即正剪力滯效應(yīng)。比較當(dāng)量截面法和Shell63及Solid65計算出來的剪力滯系數(shù)可得，對于處于正彎矩區(qū)的中跨跨中和次邊跨跨中兩個截面，三種方法計算出來的剪力滯系數(shù)相差較小。

圖5 中跨跨中頂板(含翼板)剪力滯系數(shù)圖

圖6 中跨跨中底板剪力滯系數(shù)圖

從圖5和圖6中可以看出，采用Shell63單元計算出來的剪力滯系數(shù)在腹板和頂板交界處出現(xiàn)明顯的峰值，而Solid65單元和當(dāng)量截面法計算出來的剪力滯系數(shù)在腹板和頂板交界處有一段水平線。這個峰值是由于Shell63單元建模時的簡化處理所產(chǎn)生的。由于Solid65單元建模時無需簡化處理，基本上和橋梁實際結(jié)構(gòu)相同。由于頂板和翼板并不是等厚度的板，腹板處的應(yīng)力較大，而頂板和翼板與腹板交界處的梗腋加厚對腹板處的應(yīng)力有減弱作用，而當(dāng)量截面計算頂板與腹板交界處的剪力滯系數(shù)時是將頂板等效為等厚度的板來計算的，沒有考慮梗腋對腹板應(yīng)力的影響，故采用實體單元求解出來的剪力滯系數(shù)在頂板與腹板交界處比當(dāng)量截面法要小。

5 結(jié)論

通過計算得出連續(xù)剛構(gòu)橋的剪力滯效應(yīng)有以下規(guī)律:

(1)跨徑較小的邊跨剪力滯效應(yīng)比中跨和次邊跨都要顯著。

(2)超靜定結(jié)構(gòu)在自重荷載作用下的正彎矩區(qū)產(chǎn)生正剪力滯效應(yīng)。

(3)邊跨1/2跨附近截面發(fā)生負(fù)剪力滯效應(yīng)。

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