箱型简支梁在荷载作用下剪力滞效应研究

箱型简支梁在荷载作用下剪力滞效应研究

姚 博 李玉宁 黄 佩 王 彪 刘 刚

（西北民族大学 土木工程学院， 甘肃 兰州 730030）

中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号1007-6344（2020）02-0001-01

摘要：近些年，箱型梁在大跨度桥梁建设中得到了广泛的应用。箱型梁的结构决定了其在承受荷载时必然存在着剪力滞效应，这使得箱型梁有出现局部开裂的可能，为进一步明确剪力滞效应对简支箱梁的影响，本文针对箱型梁存在的剪力滞效应，以箱型梁单箱单室的截面形式制作有机玻璃模型，进行荷载实验，探究了不同荷载工况下梁剪力滞效应的变化规律，为实际工程中简支箱梁的设计提供参考。

关键词：箱型简支梁；剪力滞效应；有机玻璃模型；荷载实验

0 引言

如今，箱型梁因为其自身具有的抗弯、抗扭刚度大，结构轻盈，适应于现代化施工等优点，在越来越多的桥梁设计中被应用。但由于箱型梁受弯时横截面上的剪切变形对梁纵向位移的影响，此时截面的正应力已经不再满足初等梁理论的平截面假定，这使得靠近梁肋的翼缘参与承弯工作的程度比远离梁肋的翼缘大，即通常存在沿横向翼缘方向应力分布不均匀的剪力滞后现象[1]，导致局部应力较为集中。为了在工程实际中能够继续使用较为简单的初等梁理论公式进行计算，又能得出翼缘板实际应力的最大值，通常采用“翼缘有效分布宽度”的方法进行处理，即认为在翼缘有效分布宽度范围内均匀分布的应力等效于梁整个翼缘上分布的实际应力。

若剪力滞效应过大，梁肋与翼缘交接处应力设计值甚至会是初等梁理论应力计算值的1.3倍[2]，这明显超过了梁承载能力的安全范围。若桥梁设计时不考虑剪力滞效应对梁的影响，就容易导致梁局部的开裂[3]，影响梁结构的安全性。在19世纪70年代前后，在欧洲等地发生了钢箱梁桥的破损事故，其主要原因之一就是桥梁在设计时忽略了箱型梁的剪力滞效应引起的局部应力集中问题。因此只有对梁的剪力滞分布情况有一个清楚的认识，才能在设计中做到更加合理，防止可能出现局部的开裂。针对此问题笔者对有机玻璃制作而成的简支箱梁模型[4]进行了集中荷载与均布荷载的加载实验，并对结果进行分析，以得到箱型梁在不同荷载工况下的剪力滞分布情况，对实际工程具有显著的参考作用。

滞效应的影响就越大，在梁的实际设计中就有必要考虑剪力滞效应。图2、图3分别是简支箱梁模型在集中荷载与均布荷载作用下跨中截面、1/4截面、支座内侧截面顶板的剪力滞系数分布情况。

（a）跨中截面

1 模型准备

该模型参照了桥梁设计相关规范[5]，并结合工程实际，确定了箱型梁的截面尺寸与构造，利用氯仿粘接有机玻璃板制得两个箱型梁模型，实际跨径为120cm，计算跨径为110cm。分别在梁的跨中截面、1/4截面、支座内侧截面布置应变测点。模型截面尺寸与测点布置详见于图1。经实测，得到有机玻璃泊松比μ=0.38，弹性模量E=2930MPa。

（b）1/4截面

图1 模型截面尺寸与测点布置图

2 荷载实验

为得到在不同工况下箱型简支梁的剪力滞效应分布情况，本实验确定加载方式为跨中施加集中荷载以及计算跨径施加均布荷载。集中荷载分4级进行加载，安全起见，以该简支箱梁模型理论极限承载值的75%作为第4级荷载，荷载分级为2KN，4KN，6KN，8KN；均布荷载分4级进行加载，同样以该简支箱梁模型理论极限承载值的75%作为第4级荷载，荷载分级为4KN，8KN，12KN，16KN。

为了更准确的模拟在简支箱梁模型上施加集中荷载与均布荷载，该实验通过在加载截面顶板处设置分配梁，在分配梁上对称放置两个液压千斤顶，在分配梁与模型顶板之间设置单个受力杆或一层薄沙，以此分别模拟竖向集中荷载和均布

[6]

荷载工况。各个测点的应变值均采用DH3816静态应变测量系统测得。

（c）支座内侧截面

图2 集中荷载工况顶板各截面剪力滞系数变化曲线

3 实验结果与分析

为更简便的描述剪力滞效应对梁弯曲正应力的影响，衡量剪力滞效应的大小，通常引入剪力滞系数l，即考虑剪力滞效应后的正应力与按初等梁理论计算得到的正应力s'的比值。梁截面某一部位的剪力滞系数越大，则说明在该部位剪力

s（a）跨中截面

作者简介：姚博（1999- ），男，汉族，山东泰安人，在读本科生，研究方向：桥梁工程。 研究探讨 Research 333

到了初等梁理论应力计算值的1.2倍以上，因此在简支箱梁设计中有必要考虑剪力滞效应。

3.2沿梁的横向分析：

箱型梁模型在集中荷载与均布荷载工况下，顶板在各个截面处均出现明显的剪力滞效应。

在集中荷载工况下，跨中截面的剪力滞效应要比在均布荷载工况下各个截面的剪力滞效应明显，剪力滞系数曲线变化幅度也相对较大。这可能是由于在集中荷载作用的附近，梁截面各个部分的变形量相对较大，导致其剪力滞效应比均布荷载作用时更为明显。

（b）1/4截面

4 结论

本文通过对有机玻璃制作而成的箱型简支梁模型进行荷载实验，对简支箱梁的剪力滞效应进行了研究，得出以下主要结论：

（1）箱型简支梁在跨中集中荷载作用下的剪力滞影响最不利截面在跨中，而在均布荷载作用下的剪力滞影响最不利截面在支座，因此在简支箱梁设计时，应充分考虑梁在上述截面的剪力滞效应，以避免局部开裂，进而保证桥梁结构的安全性。

（2）集中荷载工况下的剪力滞效应对梁的影响尤为不利，可以考虑通过合理的设计使集中荷载尽量分散开，以达到减小剪力滞效应的效果。

参考文献

[1]罗旗帜，李新平.桥梁工程[M].广州：华南理工大学出版社，2006，202-206. [2]李兴民.施工过程对箱梁剪力滞效应影响分析[J].桥梁建设,2013,43(01):30-34.

[3]周若来,沈成武.某高速公路跨线桥裂缝成因分析[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2003(01):84-86.

[4]王赞芝,于世龙,张余萍,李亚红,郝天之,王淼,江林雁.集中荷载作用下箱梁剪力滞效应分析[J].广西科技大学学报,2017,28(01):41-45.

[5]JTG3362-2018,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[6]樊思众.简支混凝土小箱梁剪力滞效应研究[J].科技视界,2019(19):38-39.

（c）支座内侧截面

图3 均布荷载工况顶板各截面剪力滞系数变化曲线

3.1沿梁的纵向分析：

集中荷载工况下，梁的跨中截面剪力滞效应最大，而在均布荷载工况下，梁的支座内侧截面剪力滞效应最大，由此可推断，在跨中施加集中荷载时，支座截面到跨中截面的剪力滞影响越来越严重，在计算跨径施加均布荷载时，跨中截面到支座截面的剪力滞影响越来越严重。

在集中荷载与均布荷载工况下各自的剪力滞影响最大截面上，仅第三级荷载作用下的最大剪力滞系数均已超过1.2，甚至接近1.3。这表明，局部应力已经达

（上接第331页）

城市建设的老路，大量储备建设用地、大搞房地产开发、大建产业园区，小镇经济结构得不到优化，小镇特色得不到彰显。有的特色小镇建设不尊重当地实际，一味引进大项目大企业，无视本地产业基础，忽视地域文化保护和生态环境建设，打基础设施配套不齐全，小镇本土居民居住不舒适，外来人才留不住，最终花大价钱建了一座毫无生命力的小镇，也将导致地方政府务风险的加大。

5 特色小镇建设影响因素及发展建议

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5.1以“特”出为出发点做文章。

特色小镇发展核心在于“特”，特色小镇规划必须结合地域自然条件、资源优势，同时兼顾产业、文化、旅游等多方面因素。首先是突出产业特色，紧跟时代的发展，瞄准高端产业、创新型产业，打造健康可持续发展的高技术产业特色小镇，提高小镇经济发展的核心竞争力。其次是突出文化特色，文化具有雅俗共赏、传承发扬度广的特点，以文化兴镇也是时效最久、包容度最广的发展方式，这需要深度挖掘当地民俗文化、人文历史、建筑遗迹等文化载体，以特色文化带动特色小镇旅游发展。最后是突出地方特色，小镇特有的地形地貌环境、山水景观特色，这些都可以充分开发、合理规划，优化提升打造成为都市人群亲近自然放松自我的周末旅游目的地。

5.2优化功能布局，产业融合。

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将工业、农业、金融业、旅游业、生活性服务业等互相交叉、融合发展。 5.3提升居住品质，吸引外来人才。

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5.4以市场为主导，优化资源配置。

特色小镇的持久生命力取决于当地政府和市场之间的关系。要充分发挥市场自我协调、自我完善的作用，强化“市场驱动”，淡化“行政驱动”，同时，政府引导企业创新运作模式，最大程度激发市场活力以及企业者的创造力，谋求当地政府、民营企业、当地居民等多方方共同参与的特色小镇建设模式。以政策扶持的方式，支持符合小镇发展定位的产业项目落户小镇，突破资金瓶颈，多种渠道、多种方式融资，使得特色小镇建设走上政府引导、市场主导、居民参与的快速发展道路。

6 结束语

乡村振兴背景下特色小镇建设的研究是符合历史发展与经济发展规律的，目前对于特色小镇与传统普通小镇区别的研究，特色小镇的构建策略的研究已经取得了重要成果；甘肃地区的特色小镇研究已经形成了一定的成果，但没有能够形成对特色小镇建设规划建设的系统性与科学性的指导成果，不能满足目前甘肃地区的特色小镇发展建设的需求。本课题根据其他城市成功案例进行了探讨，以甘肃省榆中县的青城古镇作为实证研究对象，对特色小镇的内涵、特征、外延以及建设方案进行系统研究，能够对甘肃省的乡风文明、生态宜居、生活富裕、文化特色明显的特色小镇建设提供理论支撑与政策制定参考。

参考文献

[1]钟声.乡村振兴战略背景下衡阳市乡村旅游发展研究[D].中南林业科技大学,2018.

[2]高树军.特色小城镇建设发展研究--以青岛海青茶园小镇为例[J].农业经济问题,2017,(3):40-44.

[3]温燕,金平斌.特色小镇核心竞争力及其评估模型构建[J].生态经济,2017,(6):85-89.