桥梁施工中对箱梁剪力滞效的影响

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【摘要】在结构工程中，箱梁剪力滞后效应是一个较为普遍存在的力学现象，但它也是桥梁结构分析与设计中的一个不容忽视的问题。一旦忽视了这种箱梁剪力滞后效应就会低估翼板和箱梁腹板交接处的应力和挠度，这不仅会造成桥梁的局部破坏和桥梁失稳，更严重了还会使得整个工程毁于一旦，也正所谓：千里之堤溃于蚁穴。因此，本文笔者就在探讨箱梁剪力滞效现状与所存原因的基础上，对桥梁施工中对箱梁剪力滞后效应影响进行有关分析。

【关键字】桥梁；施工；箱梁剪力滞效

所谓箱梁剪力滞后效应，也就是当墙体上开洞，形成了一个空腹的筒体，也就是框筒，开洞之后，由于横梁的变形使剪力的传递滞后，从而使柱中的正应力形成了抛物线。剪力滞后效应发生的大小程度是与桥梁结构长宽比、桥柱距离以及桥梁刚度等有关的。一般情况下，桥梁的结构长宽比越小、柱距越小、以及刚度越弱，就会使剪力滞效越小，反之就会越大，如果这种剪力滞后现象越严重，就会使整个框筒结构的整体空间变得更为薄弱。

一、对目前箱梁剪力滞效的现状分析

随着对箱梁剪力滞效研究的不断深化，目前箱梁剪力滞效的研究不仅实现了多方面的突破，也逐渐在部分桥梁施工实际问题中找到了解决问题方法，形成了一套有效的发现问题、分析问题、解决问题的分析方式。但在不断发展与完善研究的过程中，也存在着一些不足之处，下面笔者就关于目前箱梁剪力滞效的现状进行相关分析。

1.提出了能量变分法

能量变分法的主要观念就是通过把梁的竖向位移以及翼板的纵向位移当做未知数，在计算求解的过程中，引入应用最小势能原理，构建相关的微分方程，从而实现挠度与应力解的得出，并在长期的、不断深化的研究与探讨之下，得出了剪力滞效的分析方式。另外得出的结果就是纵向预应力筋的布置形式，它通过能量变分法的计算与分析，求出了剪力滞效系数的依赖参数，并对相关的位移函数进行了相关的调整，从而更加接近实际情况中的变形情况。

2.建立了弹性理论法

弹性理论的建立是由瑞雷纳首先提出的，该理论是以经典弹性理论为基础提出的，它主要理论内容包括：折板理论、正交异性板法以及逼你杆法等。折板理论实现了简支梁在对称荷载条件下的剪力滞公式精确解的导出。折板理论指出了影响箱梁其中一个重要因素是翼缘的款跨比。

3.实现了更为规范的设计

目前较为规范的设计形式便是设计规范法，也就是翼缘有效宽度法，但对机计算只提出了T型梁额翼缘有效宽度的经验取值方式，并没有对箱梁剪力滞后效应计算的具体操作进行详细的计算与分析。另外，也没有综合考虑设计的多方面因素，仅仅只考虑了款跨比的影响。

二、对箱梁剪力滞效产生的原因探讨

随着薄壁箱梁的广泛利用，便使得剪力滞效成为了大多数人关注的重点，并推动了其研究的深化。所以，在不少学者努力探索之下，得出了箱梁剪力滞效产生的缘由。

原因一：箱梁受力方式的影响

箱梁的受力方式是剪力滞效产生的原因之一。首先从箱梁受力方式来讲，其具有六种不同的受力方式的影响，竖向弯曲、水平弯曲、扭转、剪力滞、拉压还有翘曲这几种变形，而水平弯曲、竖向弯曲以及拉压则属于位移性的受力模式，而另外三种受力模式则是由于畸变、刚性扭转以及对称纵向弯曲的负荷造成的。在这不同程度负载之下，便会在一定程度上使剪力滞效发生。

原因二：剪力流的作用

剪力流是受到薄壁箱梁横截面剪力的影响的，并通过不同的实验与数据研究，得出了相关的剪力流计算公式，然对于开口截面形式来讲，在棋截面的自由边缘处，其剪力流为零。但在大多数条件下，箱梁的横截面一般都是封闭的，所以在计算其剪力流时，往往就需要在截面中的某一位置设有一个虚构的切口，以作为开口截面，所以，为了能够计算封闭条件下的剪力流就需要把开口剪力流与附加剪力流相加。因此，当翼缘板上的剪应力分布均匀时，剪应力也就会越大，当腹板离的越远时，剪应力也就会越小。由此，由于翼板剪力的不均匀就会使纵向正应力不均匀的分布在翼板，在这种应力传到的过程中，就会产生剪力滞效。

三、探讨桥梁施工中对箱梁剪力滞效的影响

一般情况下，桥梁的施工办法翼板为两种：无体系转换的施工方式和有体系转换的施工方式，而在施工过程中其结构体系的转变主要是与恒载内力以及施工时间、过程相关的。然而，不同的桥梁施工结构、不同的施工过程对箱梁剪力滞效有着不同的影响的。下面就桥梁施工对箱梁剪力滞效的影响进行相关探讨。

1.混泥土收缩徐变对箱梁剪力滞效造成的影响

数值分析法是目前分析力学较为常用的一种方式，并伴随着计算机技术的发展，其逐渐成为了剪力滞效分析的重要方法之一。桥梁施工过程中，采用的材料大多则是钢筋混泥土，然而，由于钢筋混泥土以及结构施工进程中会在成位移以及预应力的结构内力，位移以及内力会对箱梁剪力滞效产生影响，所以，为了是实现对箱梁剪力滞效的有效分析，就需要以考虑混泥土收缩徐变的影响。一般情况下，钢筋混泥土徐变系数是由数值积分或者积分来确定，而为了能够实现计算的方便，徐变系数便可以考虑之后弹性影响的取值，并随其不同的变化，按老化理论来对其进行确定。通过混泥土徐变等效荷载向量便得以得出徐变系数公式。另外，不同的徐变也受到周围环境的影响，例如：空气湿度、温度等，这种环境因素的变化，也会对混泥土收缩的变化造成一定的影响。因此，正随着混泥土收缩不同程度的徐变，就会使得箱梁剪力滞效有着不同的影响，通过收缩的变动使得内力与形变受到了影响。

2.不同的施工过程对箱梁剪力滞效产生的影响

在分析箱梁剪力滞效的过程中，通常是利用动态的接受有限元分析方法，其计算主要是依赖于单元模式的选择以及单元网格的划分。有限元分析方法与其他方式不同的是，它需要综合性的考量具体的施工过程中桥梁结构的体系、桥梁结构的负荷状态、混泥土的龄期、以及支撑边界的条件等综合的影响因素。在具体的计算操作过程中，它需要通过对剪力滞效影响的动态结构利用有限元进行仿真分析，并使程序自动了完成桥梁施工的整体过程。另外，由于在各个阶段的施工过程中，不同阶段的混泥土龄期与其收缩徐变数值上具有差异，所以，为了应对这种数值上的差异便根据不同的结构徐变过程，将其划分为与施工进程相适应的不同时间间隔部分，并在划分的时间间隔中，将已经形成的结构过程中的节点力预计位移增量进行求解，并在此基础上，按照工序进行的先后顺序以及各个节点中的结束时间与节点力的状态来进行累计、计算，从而就能够在各个不同的施工过程中，得出不同结构中的形变与内力变化的状态。因此，通过计算出的桥梁中的形变与内力变化就能够判断桥梁施工对箱梁剪力滞效的影响了。

总的来讲，桥梁施工对箱梁剪力滞效的影响是一个较为复杂的问题，尽管在国内外不断研究与深化的过程中，取得了不少令人称赞的成就，但要在每种情况下实现剪力滞效的全面定量分析仍存在着一定困难。所以，为了能够实现剪力滞效的深化分析，创建更有效的剪力滞效的理论研究价值，就需要发散思维、协作创新，从而实现箱梁剪力滞效理论更细致、更深入的探讨。

参考文献

[1]靳战峰.箱型薄壁梁剪力滞效应研究[D].武汉理工大学，2006

[2]秦雪涛.人行天桥钢箱梁剪力滞效应分析研究[D].重庆交通大学，2009

[3]彭翰翔.连续刚构桥梁剪力滞分析与探讨[D].长沙理工大学，2008