盧重陽(yáng)

(蘭州工業(yè)學(xué)院建筑工程系，甘肅蘭州 730050)

0 引言

箱梁在縱向彎曲時(shí)產(chǎn)生豎向變位V，橫截面上引起縱向正應(yīng)力σ和切應(yīng)力τ。圖1中虛線表示按初等梁理論計(jì)算所得的應(yīng)力分布，頂板上彎曲拉應(yīng)力為均勻分布，這對(duì)肋距不大的箱梁是正確的;但對(duì)懸臂翼緣板較長(zhǎng)和腹板間距較大的箱形薄壁梁其應(yīng)力分布是不均勻的，即遠(yuǎn)離肋板的縱向位移滯后于靠近肋板的縱向位移，導(dǎo)致翼緣板的彎曲正應(yīng)力沿橫向呈不均勻分布，通常在與肋板交接處正應(yīng)力最大，遠(yuǎn)離肋板交接處逐漸減小。

圖1 彎曲正應(yīng)力的橫向分布

剪力流在橫向傳遞過(guò)程有滯后現(xiàn)象，稱“剪力滯效應(yīng)”。

影響箱形梁截面剪力滯效應(yīng)的主要因素有截面幾何形狀、寬跨比、寬高比、上翼緣懸臂長(zhǎng)度、荷載形式等等因素。對(duì)于懸臂箱梁橋，混凝土的收縮徐變作用、溫度作用以及豎向預(yù)應(yīng)力荷載作用對(duì)剪力滯效應(yīng)的影響比較小，也限于篇幅原因，本文不再進(jìn)行分析。

1 懸臂梁剪力滯效應(yīng)的主要因素

取圖2對(duì)等截面懸臂梁、變截面懸臂梁截面形式和幾何尺寸進(jìn)行分析，變截面沿跨度按圓曲線變化。

1)寬跨比b/L。

寬跨比b/L是指上翼緣板半寬b與跨度L的比值。上翼緣板半寬b=2．9 m，等截面和變截面分別取跨度為10m，20 m和50m進(jìn)行分析，梁均承受均布荷載作用。在固定端上翼緣與腹板相交處的剪力滯效應(yīng)系數(shù)來(lái)表示，不同寬跨比 b/L=0．290，0．145，0．058時(shí)固定端橫截面的上翼板剪力滯系數(shù)的分布見(jiàn)圖3，圖4。

圖2 懸臂箱梁結(jié)構(gòu)圖（t1=t2=t3=0.50m）

圖3 等截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（一）

圖4 變截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（一）

由圖3，圖4看出當(dāng)?shù)冉孛鎎/L從0．058增加到0．290時(shí)，頂板的剪力滯系數(shù)峰值1．106增加到1．221;變截面b/L從0．058增加到0．290時(shí)，頂板的剪力滯系數(shù)峰值1．076增加到1．196。

我國(guó)中小學(xué)的教育模式就是應(yīng)試教育。應(yīng)試教育的目的就是為了高考，通過(guò)考試來(lái)篩選所需要的學(xué)生，這種教育模式注重成績(jī)而非學(xué)生自己的真實(shí)能力。這是基于我國(guó)國(guó)情產(chǎn)生的歷史必然，我國(guó)是人口大國(guó)，由于基數(shù)大的緣故，應(yīng)試教育是一種成本較低且公平的挑選人才的方法。在此狀況下的中國(guó)學(xué)生就如同考試機(jī)器一樣，只學(xué)習(xí)和獲取與考試內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)，甚至某些知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系根本一概不通，大部分的學(xué)生被迫學(xué)習(xí)，興趣愛(ài)好也全被抹殺掉，他們學(xué)習(xí)和攝入的內(nèi)容都是和考試相關(guān)聯(lián)的，雖然會(huì)產(chǎn)生很多能考出高分?jǐn)?shù)的“好學(xué)生”，但這抹殺了學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)造力以及獨(dú)立思考的能力。

2)寬高比b/h。

取圖2所示的箱梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算，箱梁的上翼緣板半寬b分別取 1．45 m，2．90 m，4．35 m。得到不同的寬高比 0．165，0．330，0．494，固定端橫截面的上翼板剪力滯系數(shù)的分布如圖5，圖6所示。

3)箱梁腹板的斜度θ。

取圖2 所示箱梁，取底板半寬 s=2．9 m，2．4 m，1．9 m 三種不同截面形式(a)，(b)，(c)分別對(duì)等截面和變截面箱梁來(lái)分析腹板斜度對(duì)剪力滯系數(shù)的影響，跨度為50 m，在自由端作用有集中力。得到不同腹板斜度(0°，2．6°，6．5°)對(duì)變化曲線如圖 7，圖 8所示。

圖5 等截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（二）

圖6 變截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（二）

圖7 等截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（三）

圖8 變載面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（三）

箱梁腹板斜度越大，下翼板寬度越窄，剪力滯系數(shù)λe也相應(yīng)地減小。半寬s=2．9 m，2．4 m，1．9 m 對(duì)應(yīng)等截面剪力滯系數(shù)1．102，1．076，1．069，變截面剪力滯系數(shù) 1．106，1．092，1．079，總的可以認(rèn)為懸臂箱梁的剪力滯系數(shù)對(duì)箱梁腹板的斜度不敏感。

4)上翼板懸臂長(zhǎng)度。

取圖2橫截面進(jìn)行等截面和變截面箱梁進(jìn)行懸臂長(zhǎng)度分析。除翼板懸臂長(zhǎng)度外，其他尺寸不變，取翼板懸臂長(zhǎng)度分別為3．90 m，2．60 m 和1．30 m 進(jìn)行分析，梁自由端承受集中荷載作用。在不同翼板懸臂長(zhǎng)度下，固端橫截面的上翼板剪力滯系數(shù)如圖9，圖10所示。

圖9 等截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（四）

圖10 變截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（四）

5)荷載形式。

對(duì)于荷載形式的影響，分別按均布荷載和集中荷載進(jìn)行分析。集中荷載作用于自由端，均布荷載滿跨布置，圖11，圖12為固端橫截面的上翼板剪力滯系數(shù)分布情況。圖13，圖14為剪力滯系數(shù)沿梁長(zhǎng)的變化圖。

圖11 等截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（五）

圖12 變截面梁剪力滯系數(shù)橫向分布（五）

由圖13，圖14可以看出，集中荷載作用在自由端時(shí)，不引起負(fù)剪力滯效應(yīng)，均布荷載作用在懸臂梁上產(chǎn)生負(fù)剪力滯效應(yīng)，和等截面懸臂梁的剪力滯系數(shù)相差無(wú)幾。

圖13 等截面梁剪力滯系數(shù)沿梁長(zhǎng)的變化

圖14 變截面梁剪力滯系數(shù)沿梁長(zhǎng)的變化

2 結(jié)語(yǔ)

1)在影響箱梁結(jié)構(gòu)剪力滯系數(shù)的若干個(gè)幾何參數(shù)中，結(jié)構(gòu)的寬跨比b/L的影響最為顯著［2］，因此在對(duì)箱梁橋進(jìn)行設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)予以充分的重視。寬跨比對(duì)箱梁剪力滯效應(yīng)的影響很大，隨著寬跨比的增大而增大，兩者接近線性變化。

2)寬高比對(duì)剪力滯效應(yīng)的影響比較顯著，隨著寬高比b/h的增大，剪力滯系數(shù)相應(yīng)地增大，變化幅度比較顯著。由此說(shuō)明:寬箱梁的剪力滯效應(yīng)要比窄箱梁嚴(yán)重［3］。

3)梁橫截面腹板傾斜度對(duì)箱梁剪力滯效應(yīng)的影響不大，因此在進(jìn)行剪力滯效應(yīng)分析時(shí)可近似用矩形截面來(lái)代替梯形截面。相比腹板傾斜度對(duì)變截面梁和等截面梁，剪滯效應(yīng)的影響程度變截面梁大于對(duì)等截面梁的影響［4］。

4)翼緣懸臂長(zhǎng)度對(duì)剪力滯系數(shù)的影響是隨著翼緣懸臂長(zhǎng)度增大，剪力滯系數(shù)也相應(yīng)地增大，主要原因是廣義翼板剛度與截面剛度比值增加。

5)集中荷載作用下箱梁剪力滯系數(shù)要大于均布荷載作用下的值。變截面梁在移動(dòng)的集中荷載作用下，作用點(diǎn)處的剪力滯系數(shù)變化較小。而等截面梁在移動(dòng)的集中荷載作用下，作用點(diǎn)處的剪力滯系數(shù)會(huì)出現(xiàn)與均布荷載作用下相近似的分布規(guī)律，即離支座越近或者反彎點(diǎn)值越大［3］。

剪力滯效應(yīng)是箱形梁研究中的一個(gè)經(jīng)典課題，對(duì)此問(wèn)題的理論分析方法很多。本文詳述了薄壁箱形梁剪力滯效應(yīng)的主要影響因素，但沒(méi)有把各因素結(jié)合到一起進(jìn)行分析，如何把各種因素結(jié)合到一起進(jìn)行分析，建立一套既簡(jiǎn)單而又精確實(shí)用的計(jì)算方法，同時(shí)適合于各種橋梁結(jié)構(gòu)的剪力滯實(shí)用計(jì)算方法值得以后加強(qiáng)研究。

［1］羅旗幟，吳幼明．薄壁箱梁剪力滯理論的評(píng)述和展望［J］．佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(3):29-33．

［2］程海根．薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)研究［D］．重慶:西南交通大學(xué)學(xué)位論文，2003．

［3］陳玉驥，羅旗幟，劉小潔．變截面薄壁箱形連續(xù)梁考慮大撓度和剪力滯影響的力學(xué)分析［J］．中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(4):45-49．

［4］羅金山．懸臂箱梁橋剪力滯效應(yīng)影響因素研究［D］．西安:長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)位論文，2009．