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1、22橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2012年2月第2期斜腹式、魚腹式箱梁剪應(yīng)力計算曾進忠(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海市200092)摘要：針對目前應(yīng)用越來越廣泛的斜腹式、魚腹式箱梁，闡述了其剪應(yīng)力計算不同于矩形截面梁的地方，并指出其剪應(yīng)力計算不符合傳統(tǒng)的矩形截面梁剪應(yīng)力計算的假定。針對上述問題，分別采用平面梁單元和空間塊體單元對擬定的斜腹式、魚腹式箱梁截面的剪應(yīng)力進行計算對比。結(jié)果表明，采用傳統(tǒng)的矩形截面梁的剪應(yīng)力計算公式來計算斜腹式、魚腹式箱梁腹板上的剪應(yīng)力，結(jié)果將有較大的誤差。為此，提出了腹板抗剪有效厚度的概念，為斜腹式、魚腹式箱梁
2、剪應(yīng)力計算提供了一個簡便的、可行的方法。關(guān)鍵詞：剪應(yīng)力；箱梁；斜腹式；魚腹式；矩形截面梁；抗剪有效厚度中圖分類號：U44l~．5文獻標識碼：A文章編號：1009—7716(2012)02—0o22一o4的基礎(chǔ)上，又通過平衡方程推導(dǎo)出梁的剪應(yīng)力計1存在的問題算公式。其中推導(dǎo)經(jīng)典梁梁單元的剪應(yīng)力的時候，箱梁截面因其良好的結(jié)構(gòu)性能，在現(xiàn)代的各采用了兩條假定(見附錄)。種橋梁中得以廣泛的應(yīng)用。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會(1)橫截面上任一點處的剪應(yīng)力方向均平行于上審美意識的提升，橋梁景觀越來越引起社會的剪力Q。普遍關(guān)注。箱梁斷面形式和外部線條也在不斷演(2)剪應(yīng)力
3、沿截面寬度均勻分布。即剪應(yīng)力的化。大小只與坐標Y有關(guān)。箱梁斷面從傳統(tǒng)的直腹式過渡到氣動性能較好對照上面的剪力流的圖，可以發(fā)現(xiàn)，直腹板箱的斜腹式，又從斜腹式逐漸演化到線條非常優(yōu)美的梁基本上都符合上面兩條假定，而斜腹板箱梁、魚魚腹式，斷面整體的外部線條從矩形變化到梯形，又腹式箱梁、以及圓形斷面基本不符合上面的兩個從梯形變化到圓弧形(見圖1一圖3)。從平面梁結(jié)構(gòu)假定。其中非常明顯的是，斜腹板箱梁斜腹板的剪受力的觀點來看，斷面從規(guī)則變到了不規(guī)則。應(yīng)力并不平行與剪力Q，而且斜腹板上剪力的大小和直腹板上剪力大小也未必相等。所以經(jīng)典梁單元剪應(yīng)力計算公式并不適于類
4、似斜腹板或魚腹式箱梁的不規(guī)則截面。下面通過空間程序和平面程序的的對比分析來驗證上面的推論。圖1直腹式箱梁斷面2實例分析驗證(1)實例1(各腹板剪力相等，但方向與外力Q不一致)圖2斜腹式箱梁斷面斷面1為常見的單箱單室直腹板斷面，上翼板的寬度為15m，兩個腹板的寬度為0．4m(見圖4)。斷面2為單箱單室斜腹板斷面，腹板寬度為0．4m，腹板的傾斜角為45。(見圖5)。圖3弧形底箱梁斷面在斷面剪力的分布上，斷面1腹板上的剪應(yīng)現(xiàn)在的橋梁計算分析，除了特大跨徑橋梁，大力T為豎直方向，平行與剪力Q；斷面2的剪應(yīng)力部分仍然采用平面分析程序，程序中一般都采用一r與斜
5、腹板平行，與與剪力Q成45。夾角。針對斷經(jīng)典的梁單元，即細長梁來模擬主梁，計算彎曲應(yīng)面1和斷面2，假定一40m跨的簡支梁，并用經(jīng)典力和剪應(yīng)力。經(jīng)典梁單元計算彎曲應(yīng)力時，采用平平面梁單元以及空間塊體單元建模。分析比較自截面假定，并且不考慮梁的剪切變形。在彎曲應(yīng)力重作用下，支點附近位置，平面梁單元模型和空間塊體單元模型斷面剪力計算結(jié)果的差別。剪力比收稿日期：2010—03—16較位置為在截面高度中點位置的腹板。比較結(jié)果作者簡介：曾進忠(198O一)，男，福建莆田人，工程師，從事橋梁設(shè)計工作。見表1。2012年2月第2期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)234O4O
6、圖4斷面1(直腹板)(單位：cm)圖5斷面2(斜腹板)(單位：cm)表1平面和空間剪力結(jié)果對比(單位：MPa)的取值方向垂直，因此平面分析和空間分析所針分析類型分項斷面1腹板斷面2腹板對的剪應(yīng)力正好為同一個剪應(yīng)力，所以兩者的結(jié)果是一致的。(2)實例2(各腹板上剪應(yīng)力不相等，且方向與外力Q不一致)斷面3為單箱三室弧形底箱梁斷面，現(xiàn)在中間從表1中可以看到，腹板傳遞的剪力占了斷兩道腹板直腹板，邊箱的兩道腹板為彎折的斜腹面的絕大部分。而且由于斷面l和斷面2為橫橋板。此類斷面，因其優(yōu)美的外形線條，在城市高架向?qū)ΨQ斷面，所以兩個斷面上腹板應(yīng)力分布肯定中得到越來
7、越廣泛的運用。斷面3上翼板的寬度是一致的。對斷面1(直腹板)，平面梁單元的結(jié)果為19m，中箱設(shè)置兩道豎腹板，其寬度為0．6．m，和空間的非常接近，而對斷面2(斜腹板)，平面梁邊箱設(shè)置兩道彎折斜腹板，其寬度為0．35m(見圖單元的結(jié)果和空間的結(jié)果卻相差較大，平面計算6)。出來的剪力數(shù)值只有空間的73％。究其原因，不難斷面剪應(yīng)力的分布上，豎腹板剪應(yīng)力Jr為豎直發(fā)現(xiàn)，對于斷面2，空間塊體單元分析計算出來的方向，平行與剪力Q；斜腹板的剪應(yīng)力r與斜腹板剪應(yīng)力為斜腹板上的真實剪力，其方向平行于斜平行，并與剪力Q成6O。左右的夾角。同實例1，假定一40m跨的簡支
8、梁，用經(jīng)典平腹板；而平面梁單元用公式=單D』計算剪應(yīng)力時，面梁單元以及空間塊體單元建模。比較兩個方法其中b的取值為水平方向
