高墩大跨弯桥剪力滞特性分析
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摘要
本文以三跨变截面箱梁弯连续刚构桥为研究对象，分别采用平面有限元和空间有限元两种方法计算了自重作用下控制截面的剪力滞系数，并对剪力滞效应进行了分析。文中分析了弯曲半径、宽跨比、粱高比、墩高、施工阶段、截面位置等参数对变截面箱梁剪力滞效应的影响。
研究结果表明：
(1) 空间有限元模型能够较准确地反映出箱形梁桥实际结构截面的受力情况，箱形梁的剪力滞效应不容忽视；
(2) 对于半径大于250米的弯桥，用平面杆系分析方法进行设计计算时，对于剪力滞效应的影响，可乘上安全系数1.1～1.2；
(3) 弯桥剪力滞效应严重地受到弯曲半径、宽跨比、梁高比、施工阶段及截面位置的影响，而墩高变化对剪力滞效应的影响不大；
(4) 半径的改变对截面平均正应力改变不大，但是弯曲半径却改变了截面上的应力分布情况，半径越小，该截面上的最大应力值越大。
Based on theoretical analysis and finite element method analysis with the three span continues rigid frame bridges, the paper investigates the shear lag effect of box girder bridges with different cross sections. It concerns on calculating the shear lag coefficient of curve bridges with long span and high pier, through the plan member analyse and space solid analyse,the paper gets some useful conclusions which are different from the straight bridges under plain concrete dead load status. The paper studies the influence effect of the curve bridges with different curve radius, different ratio of width to span, different ratio of beam depth, different height of pier, different construction phase and the different cross section. The main conclusions are as follows:
1 The space solid analyse can accurately reflect the stress of real structure of bridges, the curve bridge's shear lag effect of box girder can't be substituted by straight bridges and the shear lag effect can not be neglected.
2 To the bridges with the radius larger than 250 meters, when the computing method is the plan member analyse the true stress of the structure may be 1.1-1.25 times to the calculated result.
3 The shear lag effect of curve bridge is influenced by the curves radius, ratio of width to span, the girder depth, the construction phase and the different cross section position severely, but the influence of height of high pier is not large at all.
4 The average normal stress of cross section is not changed much with the different curve radius, but the stress distribution of cross section is changed by the radius of curvature.The less the radius is the larger of the maximum stress is.
研究结果表明：
(1) 空间有限元模型能够较准确地反映出箱形梁桥实际结构截面的受力情况，箱形梁的剪力滞效应不容忽视；
(2) 对于半径大于250米的弯桥，用平面杆系分析方法进行设计计算时，对于剪力滞效应的影响，可乘上安全系数1.1～1.2；
(3) 弯桥剪力滞效应严重地受到弯曲半径、宽跨比、梁高比、施工阶段及截面位置的影响，而墩高变化对剪力滞效应的影响不大；
(4) 半径的改变对截面平均正应力改变不大，但是弯曲半径却改变了截面上的应力分布情况，半径越小，该截面上的最大应力值越大。
Based on theoretical analysis and finite element method analysis with the three span continues rigid frame bridges, the paper investigates the shear lag effect of box girder bridges with different cross sections. It concerns on calculating the shear lag coefficient of curve bridges with long span and high pier, through the plan member analyse and space solid analyse,the paper gets some useful conclusions which are different from the straight bridges under plain concrete dead load status. The paper studies the influence effect of the curve bridges with different curve radius, different ratio of width to span, different ratio of beam depth, different height of pier, different construction phase and the different cross section. The main conclusions are as follows:
1 The space solid analyse can accurately reflect the stress of real structure of bridges, the curve bridge's shear lag effect of box girder can't be substituted by straight bridges and the shear lag effect can not be neglected.
2 To the bridges with the radius larger than 250 meters, when the computing method is the plan member analyse the true stress of the structure may be 1.1-1.25 times to the calculated result.
3 The shear lag effect of curve bridge is influenced by the curves radius, ratio of width to span, the girder depth, the construction phase and the different cross section position severely, but the influence of height of high pier is not large at all.
4 The average normal stress of cross section is not changed much with the different curve radius, but the stress distribution of cross section is changed by the radius of curvature.The less the radius is the larger of the maximum stress is.
引文
1 交通部西部交通建设科技项目可行性研究报告 2003．2
2 罗旗帜，俞建立．钢筋混凝土连续箱梁桥翼板横向裂缝问题[J]．桥梁建设，1997，(1)：41-45．
3 张士铎，邓小华，王文洲．箱形薄壁梁剪力滞效应．北京：人民交通出版社，1997
4 罗旗帜，吴幼明．薄壁箱梁剪力滞理论的评述和展望．佛山科学技术学院学报(自然科学版)．2001 19(3)：29～35
5 丁皓江，何福保，谢贻权，徐兴．弹性和塑性力学中的有限单元法．北京：机械工业出版社．1992
6 韦成龙，曾庆元，刘小燕．薄壁箱梁剪力滞分析的多参数翘曲位移函数及其有限元法．铁道学报．2000，22(5)：60—64
7 中华人民共和国交通部部标准，公路桥涵设计规范．人民交通出版社．1989
8 徐美惠．薄壁箱梁的约束扭转分析．青海大学学报(自然科学版)．第18卷第3期2000年6月
9 杨允表，朱鸿蕾，顾强，彭俊，黄锦源．变截面连续箱梁剪力滞效应的分析．中国市政工程
10 马保林．高墩大跨连续刚构桥．人民交通出版社．2001．9
11 靳欣华，郑凯锋，陈艾荣．分析桥梁结构剪力滞效应的新方法．重庆交通学院学报．第21卷第4期
12 彭大文，颜海．曲线箱梁剪力滞系数实用计算法．福州大学学报(自然科学版)第29卷第6期2001年12月
13 唐怀平，唐达培 大跨径连续刚构箱梁剪力滞效应分析．西南交通大学学报．第36卷 第6期2001年12月
14 经柏林，邵旭东．变截面长悬臂宽箱梁桥翼缘有效宽度研究．中南公路工程
15 罗旗帜．薄壁曲箱梁桥剪滞效应分析．铁道学报．第21卷第5期1999年
10月
16 曹国辉，方志，陈伯望．混凝土箱梁剪力滞有限元分析．湖南城建高筹专科学校学报．第9卷第2期 2000年6月
17 黄剑源，杨元表．钱塘江二桥变截面箱形连续梁剪滞效应的有限元分析．桥梁建设．1994年第1期
18 李阳初 浅谈预应力剪力滞对桥梁的影响．湖南交通科技．第26卷第3期2000年9月
19 彭大文，颜海，曲线脊骨箱梁的剪力滞效应分析．铁道学报．第23卷第4期2001年8月
20 谢海燕，曹勇，陈青．箱梁设计中对剪力滞的考虑．湖南交通科技．第26卷第2期2000年6月
21 Zhang Shiduo. SHORT—CUT METHODS FOR EVALUATION OF SHEAR LAG EFFECT ON BOX GIRDER BRIDGES (Department of Bridge Engineering，tongji university)．第9卷第1期．1996年3月．宁波大学学报．
22 杨绿峰，高兑现，李桂青．箱型梁剪力滞效应求解的样条里兹法．广西大学学报．1998年3月
23 韦成龙，刘小燕，曾庆元．一种剪力滞效应分析的薄壁箱梁单元．长沙 交通学院学报．第16卷第2期2000年6月．
24 王焕定，焦兆平．有限单元法基础．高等教育出版社．2002．8
25 T. V. Karman. "Festschrift August Fopple", P. 114, 1923
26 Singh, y, &Nagpal, A. K "Negative Shear Lag In Framed—Tube Buildings"
27 E. Reissner. "Analysis of shear Lag In Box Beams by the Principle of Minimum Potential Energy", Quarterly of Applied Mathematics, Vol. 4, Oct. 1989
28 罗旗帜．变截面多跨箱梁桥剪力滞效应分析[J]．中国公路学报．1998，11(2)
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30 郭金琼，房贞政，罗孝登．箱形梁桥剪滞效应分析．土木工程学报．1983，
16(1)：1～13
31 杨允表．曲线箱梁考虑曲率及剪力滞影响的力学分析．土木工程学报．1999，32(1)
32 张士铎，丁芸．变截面悬臂箱负剪力滞差分解．重庆交通学院学报．1984年第4期，34～47
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42 江见鲸，傅德炫，王立翔．建筑结构计算机分析程序．清华大学出版社．1998
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53 韦成龙、刘小燕、曾庆元．一种剪力滞效应分析的薄壁箱梁单元．长沙交通学院学报．16(2)，2000
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66 T. V Karman. "Festschrift august Fopple". 1923, 114
67 LEE JAN. Effective width of Tee—beams [J] The Structural Engineer, 1962,40 (1): 21-27
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69 Evans H R, ahmad M K M and Kristek V Shear lag In composite box girders of complex cross section[J] of Constructional steal Research. 1993, 24(3):183-240
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71 REISSNER E. On the problem of stress distribution in wide flanged box beam[j]journal aerosci. 1938, (5): 295-299
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72 项海帆．高等桥梁结构理论．人民交通出版社．2001