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(yīng)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(shù)值相結(jié)合的方法進行計算。以經(jīng)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(chǔ),從理論上對剪切變形及剪力滯效應(yīng)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(yīng)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(shù)值解。以有限元數(shù)值解為基礎(chǔ),對比分析了剪切變形和剪力滯效應(yīng)對箱梁撓度影響的大小。通過保持截面幾何參數(shù)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(jù) Timoshenko梁理論對剪切修正系數(shù)的定義,通過有限元數(shù)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(shù)。結(jié)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(shù)值解相同,為8.1666mm?？紤]剪切變形影響后撓度解析解為9.0187mm,數(shù)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(shù)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(yīng)影響后撓度數(shù)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(yīng)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(yīng)影響的撓度增大率為9.25%,剪力滯效應(yīng)對撓度的影響略小于剪切變形的影響。
　　(3)按照本文計算結(jié)果,當(dāng)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(dāng)高跨比等于1/5時,考慮剪切變形產(chǎn)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(shù)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(jié)果是偏于安全的。
　　(5)對箱梁進行力學(xué)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(dāng)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(dāng)于彎曲變形撓度的5.25%。所以實際撓度應(yīng)該在考慮剪切變形、剪力滯效應(yīng)影響的基礎(chǔ)