斜拉桥叠合梁剪力滞效应有限元计算方法

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斜拉桥Π形结合主梁施工过程剪力滞系数变化规律

斜拉桥Π形结合主梁施工过程剪力滞系数变化规律
在Π形斜拉桥的主梁施工过程中，剪力滞系数是一个重要参数。

剪力滞系数是描述
梁的非线性行为的一个参数，是指在往复荷载作用下，梁内荷载-变形曲线的非线性部分
与线性部分之比，它是描述梁在非线性状态下所具有的滞回性的关键参数。

Π形斜拉桥的主梁施工过程中，剪力滞系数的变化规律是影响结构性能的一个关键因素。

根据实测数据和分析计算，可以得出以下结论：
（1）在主梁预应力施工前期，剪力滞系数较小，接近于0.1左右。

这是因为此时主
梁截面尺寸较小，荷载作用下截面处的剪力比较小，主梁的柔性较大，处于线性弹性阶段。

（2）随着主梁预应力施工的进行，剪力滞系数逐渐增大，大约在预应力施工完成的70%左右达到峰值。

此时主梁截面尺寸逐渐增大，预应力钢束张力逐渐增大，剪力滞系数
也逐渐增大，达到峰值时一般在0.3左右。

（3）预应力施工完成后，剪力滞系数开始逐渐降低，在负荷再降到原点时基本恢复
到预应力施工前的状态。

这是因为此时主梁的结构在一定程度上已经稳定，剪力滞效应在
一定程度上得到了抑制。

综上所述，Π形斜拉桥主梁施工过程中剪力滞系数的变化规律是在前期较小，随着施工进展逐渐增大并在一定程度上收敛的趋势。

在实际施工中，需要注意控制预应力施工张
力的大小，以及注浆质量等因素对剪力滞系数的影响。

预应力混凝土斜拉桥箱梁剪力滞规律

预应力混凝土斜拉桥箱梁剪力滞规律
李艳凤;梁力;罗威力
【期刊名称】《沈阳工业大学学报》
【年(卷),期】2016(038)006
【摘要】为了揭示斜拉桥箱梁应力分布情况,对某单索面预应力混凝土斜拉桥箱梁沿纵桥向剪力滞效应的分布规律进行了研究.结果表明:单索面斜拉桥施工阶段不同的位置应采取不同的剪力滞系数进行平面杆系有限元分析,悬臂端索力作用点处该位置用轴力作用的剪力滞系数反映实际受力;索力之间的梁段在索力作用点处,根据弯矩轴力比确定的剪力滞系数反映实际受力;在索力作用点之间跨中的梁段,用弯矩作用的剪力滞系数反映实际受力,索力作用点与跨中之间的梁段,可采用线性插值求得截面剪力滞系数.
【总页数】5页(P710-714)
【作者】李艳凤;梁力;罗威力
【作者单位】沈阳建筑大学交通工程学院,沈阳110168;东北大学土木工程研究所,沈阳110004;沈阳建筑大学交通工程学院,沈阳110168
【正文语种】中文
【中图分类】TU448
【相关文献】
1.基于剪切变形规律箱梁振动时的剪力滞效应 [J], 彭凌风;蔺鹏臻
2.基于选取不同剪力滞广义位移的薄壁箱梁剪力滞效应研究 [J], 张玉元;张慧;李巍;
杨娟
3.预应力混凝土斜拉桥肋板式主梁施工过程中的剪力滞效应研究 [J], 武志军
4.基于剪切变形规律的箱梁剪力滞效应研究 [J], 蔺鹏臻;周世军
5.鱼腹式连续钢箱梁纵向剪力滞规律分析 [J], 李艳凤;罗天泽;包龙生
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利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应

利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应桥梁作为承载道路交通的重要组成部分，其结构的稳定性和安全性对于保障交通运输的顺畅至关重要。

在桥梁的设计和施工过程中，为了确保其在受到外力作用时的动力响应满足要求，有限元方法成为了一种常用的工具。

本篇文章将介绍如何利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应。

有限元方法是一种求解结构力学问题的数值分析方法，它将连续体划分为有限个小区域，然后通过对这些小区域的力学性能进行数值计算，得到整个结构的力学特性。

在分析桥梁结构的动力响应时，有限元方法可以考虑各种因素，如自然频率、振型形状、振动模式等，以评估结构的稳定性及抗震性能。

首先，我们需要建立桥梁结构的有限元模型。

在建模过程中，需要考虑桥梁的几何形状、材料特性以及边界条件等。

通常情况下，桥梁可以近似看作是一个三维结构，可以通过虚拟节点和单元网格的方式来划分为有限个小区域。

然后，根据桥梁结构的材料特性和边界条件，对每个小区域进行力学特性的计算和参数设定。

接下来，通过将结构的受力平衡和运动方程转化为矩阵形式，可以得到有限元模型的运动方程。

这里的运动方程可以描述桥梁在受到外力作用时的振动情况。

运动方程的求解通常使用数值计算方法，如有限差分法或有限元法。

利用这些方法，我们可以得到桥梁结构的动力响应，如自然频率和振型等信息。

在进行动力响应分析时，我们可以对桥梁结构施加不同类型和大小的载荷，模拟实际使用情况下的动力作用。

通过分析桥梁结构在不同频率下的响应，可以评估结构的稳定性和安全性。

在实际工程中，这些信息对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。

除了动力响应分析，有限元方法还可以用于桥梁结构的优化设计。

通过对不同结构参数的变化进行分析，可以找到使桥梁结构在特定工况下具有最优性能的设计方案。

这种优化设计方法可以提高桥梁结构的抗震性能、减小结构的振动响应，从而保障桥梁的安全可靠性。

总之，利用有限元方法分析桥梁结构的动力响应是一种重要的工程方法。

混凝土斜拉桥徐变计算的有限元方法

1 1 = E( t + r- / 1/ 2 ) E ( tr ) $E r =
~ L= 1
L= 1
E
n
E
n
1 - exp -
$tr S L
* 0 E L ( tr- 1 + $E ( tr )
1 1 , 以 EcL( S) E ( S)
式( 7 ) 、 ( 8) 和( 10 ) 就是徐变计算步进法的基本方程。 3 程序编制根据以上理论分析 , 编制了考虑混凝土收缩、徐变在内的各施工阶段斜拉桥几何非线性
n
t S L
9R
Qexp
t tc
S 1 SL EcL( S)
exp 1 - E cL( ts ) + EcL( ts- 1 ) E EcL( ts-L 1 / 2) = = 1 2 根据式( 7) 可得 :
* E L ( tr ) = exp B( R)
r- 1
r r- 1 + $tr @ SL K L s $Rs ts + SL
斜拉索索力计算结果比较 QJX » 2 481 1 729 2 024 2 649 ¼ 2 578 1 889 2 063 2 757
部分截面弯矩计算结果比较 QJX » 6 411 - 7 060 1 286 6 968 ¼ 5 379 - 6 785 1 048 5 393
中跨跨中中跨根部边跨跨中墩底
Q
K tr L r $Rr E cL( tr- 1/ 2 ) B r exp SL @ exp tr $tr * = exp E @ SL SL L
( tr- 1 ) +
2
徐变计算的线性方法对于实际的桥梁结构 , 不论是在施工阶段

斜拉桥π型梁桥面板剪力滞效应的优化计算方法

ＤＯＩ：１０．１６３３０￣．ｃｎｋｉ．１００７ — ７３５９．２０１６．０６．０４１
１概
述
（ａ）横截面
ｙ
，，ｙｒｌ一，Ｉ６、、／，。。。ｌ。Ｉ６
斜拉桥１ｒｒ型梁桥面板剪力滞效应的优化计算方法
赵傲，苗林，陈德伟
（同济大学土木工程学院，上海２０００９２）
摘要：用能量变分法分析剪力滞作用时，一般认为截面腹板部分符合初等梁理论的平截面假定，截面的中性轴过形心轴，这种假定在箱
２计算基本假定
２．１Ｅ．Ｒｅｉｓｓｎｅｒ函数的确定
如图ｌ，斜拉桥主梁可看作受均布荷载与集中荷载共同作用而发生竖向挠曲变形的悬臂梁，若选取剪
作者简介：赵傲（１９９０一），男，湖北仙桃人，同济大学土木工程学院在读
Ｕｗ（Ｘ）＝（） — （）
（２ — １）
（２ — ２）
关键词：混凝土斜拉桥；剪力滞效应；能量变分法
中图分类号：Ｕ４４２ — ７３５９（２０１６）０６ — ０１０７ — ０４
硕士。研究方向：斜拉桥施工。
２．２中性轴与形心轴偏移量在梁的弯曲正应力分析过程中，存在两个重要假
设：平截面假定和中性层假设，通过这两个假设，可以
非常方便地表达截面内部应变，中性层与横截面的交线即为中性轴，中性轴与形心轴重合［４１。

斜拉桥Π形结合主梁施工过程剪力滞系数变化规律

斜拉桥Π形结合主梁施工过程剪力滞系数变化规律斜拉桥是一种结构独特、造型美观的桥梁形式，它以斜拉索作为主要承载构件，通过斜拉索与桥梁主梁相结合来承载桥梁的荷载。

斜拉桥的主梁结构一般采用Π形结构，这种结构形式的主梁能够有效地承担桥梁的荷载，并且具有抗弯刚度较大、自重轻等优点。

而在斜拉桥的施工过程中，主梁的施工是非常重要的环节，关系到桥梁的安全与稳定。

本文将针对斜拉桥Π形结合主梁的施工过程中剪力滞系数变化规律进行研究，探讨在施工过程中如何有效地控制剪力滞系数的变化，以确保斜拉桥施工的顺利进行。

一、斜拉桥Π形主梁施工过程斜拉桥Π形主梁的施工过程包括主梁的制作、吊装、浇筑混凝土以及斜拉索的连接等环节。

在主梁的制作过程中，需要特别注意Π形结合处的焊接工艺，以确保主梁的结构稳定。

在主梁的吊装过程中，需要采取适当的吊装设备和安全措施，以确保主梁的顺利吊装并安装到预定位置。

在主梁的浇筑混凝土过程中，需要注意混凝土的均匀性和密实性，以确保主梁的强度和稳定性。

在斜拉索的连接过程中，需要采取适当的连接方式和工艺，以确保斜拉索与主梁的良好连接。

二、剪力滞系数的定义和变化规律剪力滞系数是指在结构受到外力作用后，结构内部产生的滞后变形与外力变化的比值。

在斜拉桥Π形主梁的施工过程中，由于主梁结构的特殊性，剪力滞系数会发生一定的变化。

剪力滞系数的变化规律与结构的受力性质、材料的特性以及施工过程中的外力变化等因素有关。

一般来说，剪力滞系数会在结构受到外力作用后出现滞后效应，即结构内部产生的变形滞后于外力的变化。

在斜拉桥Π形主梁的施工过程中，剪力滞系数的变化规律与各个施工环节密切相关，需要通过具体的实验和分析来确定。

根据实验研究的结果，我们提出了一些控制剪力滞系数变化的建议。

需要在主梁的制作过程中采用适当的材料和工艺，以确保Π形结合处的稳定性和抗弯刚度。

在主梁的吊装和浇筑混凝土过程中，需要采取适当的措施和设备，以减小外力对结构的影响，避免剪力滞系数的突然增大。

桥梁结构分析的有限元法(62页)

桥梁结构理论
桥梁结长构安及大计学算贺拴海培训讲义
第1篇桥梁结构整体分析
桥梁结构分析的有限元法梁板式结构分析的有限条法能量原理及组合结构分析的变形协调法变截面连续梁、拱式结构分析的子结构法桥梁结构的材料几何非线性分析
Qx
N
桥梁结构分析的有限元法j M x
桥梁结构有限元法的分析过程
桁架桥结构分析
要求。一般来说，
假定位移是坐标的某种函数，称为位移模式
多项式的项数应等于单元的自由
定单元和结点的数目等问题。
或插值函数。根据所选定的位移模式，就可以
度数，它的阶次应包含常数项和
导出用结点位移表示单元内任一点位移的关系线性项等。这里
所谓单元的自由
式：
度是指单元结点
{ f } [N ]{ }e
6EI y
0
- l 2 (1 z )
0
(2 z )EI y 0
l(1 z )
0
6EI y
(4 z )EI y
0
l 2 (1 z )
0
l(1 z )

0
6EI z l 2 (1 y )
0
0
0
(2 y )EI z 0
l(1 y )
结点力列阵 { }e [ui , wi ,u j , wj ]T 单元坐标系下单元刚度矩阵表达式同前，但
[k ]0e

EA 1
l
0
0
0
结构坐标系下单元刚度矩阵表达式同前，但
[k]e

EA c2
cs
l cs s2
c cos, s sin

斜拉桥的计算(合理成桥状态确定)汇总.

第三章斜拉桥计算①斜拉桥（或者其他桥梁）的计算分类：总体分析局部分析②局部应力分析方法③斜拉桥总体分析的特点a.考虑垂度效应的斜拉索弹性模量修正问题；b.考虑成桥索力可优化的成桥状态确定问题；c. 考虑施工分阶段进行，索力反复可调、施工方便、成桥达到设计内力目标和线形目标的施工张拉力和预拱度确定问题。

3、斜拉索等效弹模与斜拉索水平投影长、斜拉索应力的关系第二节斜拉桥合理成桥状态3.2.1 成桥恒载索力的初拟斜拉桥的设计存在一个通过优化成桥索力来优化斜拉桥成桥内力的合理成桥受力状态确定问题：斜拉桥主梁、主塔受力对索力大小很敏感；而斜拉索索力可以调节。

国内外学者探索出了多种方法：简支梁法、恒载平衡法、刚性支承连续梁法、最小弯曲能量原理法、最小弯矩法、内力平衡法（或应力平衡法）、影响矩阵法、用索量最小法。

讲授：李传习成桥恒载索力的初拟的方法•简支梁法–方法的定义：选择合理的成桥索力，使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的简支梁的恒载弯矩一致。

（图）–特点：对于不对称结构，塔的弯矩难以照顾，所得结果难以应用。

–适应情况：已用得不多。

•恒载平衡法–方法：主跨斜拉索索力根据简支梁法确定；边跨斜拉索索力根据塔承受的不平衡水平力为零的条件确定；边跨的压重根据简支梁法确定。

–特点：主梁成桥恒载弯矩与简支梁相同；主塔恒载弯矩为零。

–适应情况：用得较多，适用范围较广。

•刚性支承梁法–方法：选择合理的成桥索力，使主梁在成桥状态的恒载弯矩与以拉索锚固点为主梁支点的连续梁的恒载弯矩一致（图）。

–特点：对于不对称结构，塔的弯矩难以照顾；索力跳跃性可能很大，不均匀。

–适应情况：已用得不多。

讲授：李传习成桥恒载索力的初拟的方法（续1）•最小弯曲能量原理法–方法（定义）：以弯曲应变能最小为目标函数。

最初该法只适应于恒载索力优化，无法考虑活载和预应力的影响；将该法与影响矩阵结合后，这个缺点得到了克服。

此方法所得结果中一般弯矩均比较小，但两端索力不均匀，如人为调整易使受力状态调乱。

斜拉桥计算-

(2-15) （2-16）
5
典尚设计-路桥效果图、三维动画
图 2-5 弯矩可行域
在主梁上施加预应力可增大可行域的范围，调索最终的结果不仅应使主梁恒载弯矩全部进入可行域，而且索力分布应较均匀。
4、恒载弯矩计算的影响矩阵法为了达到通过调索，使主梁各截面的恒载弯矩进入上述可行域内的目的，可按下述影响矩阵法计算各拉索的初张力：
图 2-3 Eeq 与 L 的关系（ Ee =205000MPa， γ =98kN/m3）
二、斜拉索两端倾角修正
斜拉索两端的钢导管安装时，必须考虑垂度引起的索两端倾角的变化量β，否则将造成导管轴线偏位。一般情况下，可按抛物线计算，即：
tan β = 4 f = 4 ⋅ ql2 cosα = q ⋅ L = γ L
图 2-2 斜拉索的受力图式
索形应该是悬链线，对于 fm 很小的情形，可近似地按抛物线计算，索的长度为：
S
=l
+
8⋅
f
2 m
(2-2)
3l
Δl
=
S
−l
=
8⋅ 3
fm2 l
=
q 2l 3 24T 2
cos2 α
d Δl = − q2l3 cos2 α dT 12T 3
用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有：
σ tm 、σ bm —其它荷载（除恒载）引起的主梁截面上、下缘最大应力（应力以拉为正，压为负，下同）;
σ tn 、σ bn —其它荷载（除恒载）引起的主梁截面上、下缘最小应力。
3、主梁恒载弯矩的可行域
在以上应力控制条件的关系式中， M d 是通过调索预期达到的恒载弯矩，系待求值，由式（2-11）～
（1）按前面所述的恒载平衡法初拟索力{T’i} 。

有限元法在斜拉桥应力分析中的应用

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｉｎＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ
Ｃａｂｌｅ－ＳｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅ
ＬＩＡＮＧＪｉｎ — ｈｕａ
０引言
１有限元法ｌ。１有限元的组成
近年来，伴随着工程结构的复杂化、受荷形
式的多样化及边界条件的日趋丰富化，依靠传统
的经验法和解析法已不能达到对工程问题进行精确分析的目的。随着计算机在工程界的广泛应用以及计算理论和计算方法的发展，越来越多的专
ｔｈｅＦＥＭｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｂｌｅ — ‘ ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅａｔｄｉｆｆｅｒ — ｅｎｔｓｔａｇｅｓ，ｔｈｅｎｔｈｅＦＥＭｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｔｏｏｔｈｅｒｓｉｍｉｌａｒｂｒｉｄｇｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ；ｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ＰＣｃａｂｌｅ — ‘ ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｒｅｓｓ

斜交支承连续箱梁剪力滞效应的梁段有限元分析

中图分类号：４．１Ｕ４８２３文献标志码：Ａｄｉ１．９９ｊｉｓ．０１８６．０２１．１ｏ：０３６／．ｓｎ１０ — ３０２１．００４
ＦｉｔａｅｅａｙｉｎＳｅｒＬａｆｃｆＳｅｙｎｉｅＢｅｍＥｌｍｎｔＡｎｌｓｓｏｈａｇＥｆｅｔｏｋｗｌＳｐｐｒｅｎｉｏｓＢｏｒｅｕｏｔｄＣｏｔｎｕｕｘＧｉｄｒ
ｉｇｔｅｅｅｇｙｖｒａｉｅｈｏ．Ｔｈｏｕｈｅｔｂｌｓｎｇｔｌｍｅｉｐｌｃｍｅｒｎｓｏｍａｉｔｅｈｅｎｈｎｒａｉｔｏｎｍｔｄｒｇｓａｉｈｉｈｅｅｅｎｔｄｓａｅｎｔｔａｆｒｔｏｎｂｅｗｅｎｔｓｐｒｏｎｔｎｄｔｅｍｘｓａｗｏｅｄｓｏｎｉｒｎｏｕｉｇｏｈｅｂｎｄｎｕｐｏｔｐｉｓａｈｅｂａａｉｔｔｎ，ｃｓｄｅｉｇｃｐｌｎｆｔｅｉｇ，ｒｓｒｉｔｔｒｉｎａｈｅｒｅｔａｎｏｓｏｎｄｓａｌｇ，ｔｅｆｎｔｅｍｅｔｅｅｅａｈｉｉｅｓｇｎｌｍｎｔｗａｓｐｒｐｅｏｎｌｚｎｇｓａａｆｅｔｏｈｅｓｗｌ — ｕｏｔｄｃｎｔｎｕｓｏｏｓｄｆｒａａｙｉｈｅｒｌｇｅｆｃｆｔｋｅｙｓｐｐｒｅｏｉｕｏｂｉｄｅ．ｏｘｇｒｒＡｈｒｅｓａｏｎｉｏｗｉ — ｅｌｂｒｅｔｅ — ｐｎｃｔｎｕｕｓｔｎｃｌｏｘｇｉｄｒｍｏｄｌｗｉｈｓｗｕｏｒｓｗａｎａｙｅｎｄｉｓｃ１ｕ— ｅｔｋｅｓｐｐｔｓａｌｚｄａｔａｃ

浅谈预应力钢—混叠合梁剪力滞效应的计算

浅谈预应力钢—混叠合梁剪力滞效应的计算隨着我国桥梁技术的迅猛发展，桥梁结构形式逐渐变得多种多样，并且随着冶炼技术的发展，钢材的性能和产量也逐步提高。

因此，钢结构桥梁的应用也越来越多，其中钢-混叠合梁由于能够同时发挥出钢材和混凝土的材料性能，近年来发展迅速。

而预应力钢-混叠合连续梁除具有承受正弯矩简支叠合梁的优点外，还能够改善叠合连续梁中间支座区域的受力性能，减小中间支座负弯矩。

本文利用能量变分法及叠加原理从理论上分析推导了预应力钢-混叠合连续梁的剪力滞效应，并且采用有限元软件进行了验证分析，同时对两者的结构差异进行对比。

1 基本理论1.1 假定（1）在不考虑钢箱中预应力钢束和混凝土面板中普通钢筋对刚度的影响下，通过荷载平衡法将预应力荷载等效为施加在钢-混叠合梁上的外荷载；（2）在弹性阶段，混凝土面板与钢箱梁完全协同工作，不考虑两者之间的相对位移。

1.2 相关公式以图1所示的预应力钢-混叠合梁典型断面为例，引入叠合梁竖向位移函数，纵梁位移函数可假定为：图1中：为剪力键之间混凝土的宽度；为混凝土板的厚度；为叠合梁的总体高度。

根据参考文献[3]中推导波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的方法，易于推导出钢-混叠合梁受弯时的荷载势能、钢箱梁应变能、剪力钉之间混凝土的应变能、混凝土翼缘板的应变能，体系的总势能，最终根据变分法中的最小势能原理得到由位移函数表示的控制微分方程如下：2 剪力滞效应理论计算公式2.1 预应力布置及等效荷载工况本文以两跨等跨预应力连续梁为例，钢-混叠合连续梁中的预应力通过体外束实现，布置方式如图2所示，其中体外预应力束在钢箱内的转向通过在转向位置设置钢横隔板来实现。

体外束原则上应在正负弯矩交界点及正弯矩最大值位置实现转向，最后在两端头的锚固位置恰好通过组合截面的形心轴，这样能充分发挥体外预应力的效果。

预应力钢-混叠合连续梁中的1-1和2-2断面如图3所示。

为了便于考虑叠合梁上的荷载作用，结合上述叠合梁中体外预应力束的布置特点，预应力荷载可以利用荷载平衡法原理等效为作用于叠合梁上的集中力，同时钢箱梁的自重也可以等效为均布荷载，再加上中支座处的支座反力可以求得，最终叠合梁上的荷载作用均可等效简化为作用于简支梁上的外荷载，具体如图4简化所示。

斜拉桥计算流程

斜拉桥计算流程斜拉桥是一种特殊的桥梁结构，其特点是悬臂梁和斜拉索的组合结构。

计算斜拉桥的流程主要包括以下几个步骤：1.确定桥梁的几何形状：包括桥梁的跨度、跨中高度、支座类型等。

这些参数将直接影响桥梁的结构布置和斜拉索的设置。

2.确定斜拉索的布置形式：根据桥梁的跨度和几何形状，选择合适的斜拉索布置形式。

常见的斜拉索布置形式有一塔一平、两塔一平、两塔两平等。

3.确定斜拉索的参数：斜拉索的参数包括索的数量、索的长度、索的倾角等。

这些参数需要根据桥梁的设计要求和结构特点进行确定。

4.进行桥梁静力分析：根据斜拉桥的结构形式和斜拉索的约束条件，进行静力分析。

静力分析的目的是确定桥梁各部分的受力情况，包括桥墩、主梁、斜拉索等。

常用的静力分析方法有平衡法、变位法、刚度法等。

5.进行结构优化设计：根据静力分析的结果，对桥梁的结构进行优化设计。

优化设计的目的是使得桥梁在满足强度要求的前提下，尽可能减小材料消耗、提高整体结构效益。

6.进行斜拉索的预应力设计：斜拉索是斜拉桥的关键组成部分，其预应力设计至关重要。

预应力设计的目的是使斜拉索在正常使用条件下保持足够的预应力，使得桥梁的受力分布合理、稳定。

7.进行斜拉桥的动力分析：斜拉桥在受到外部荷载作用时，会产生动力响应。

动力分析的目的是确定桥梁在不同工况下的振动特性，包括自振频率、模态形态等。

动力分析结果可以用于优化桥梁的设计和确定桥梁的减振措施。

8.编制施工图纸和技术规范：根据设计计算结果，编制施工图纸和技术规范。

施工图纸是斜拉桥施工的依据，其中包括桥梁的布置、构造、尺寸等详细信息。

技术规范是对施工过程和质量要求的规定，以确保施工的安全和质量。

以上是计算斜拉桥的主要流程，其中涉及到的具体计算方法和设计细节会根据具体情况而有所不同。

设计斜拉桥是一项复杂的任务，需要结构工程师和桥梁专家的深入研究和经验积累。

第2章斜拉桥计算

第二章斜拉桥的计算第一节结构分析计算图式斜拉桥是高次超静定结构，常规分析可采用平面杆系有限元法，即基于小位移的直接刚度矩阵法。

有限元分析首先是建立计算模型，对整体结构划分单元和结点，形成结构离散图，研究各单元的性质，并用合适的单元模型进行模拟。

对于柔性拉索，可用拉压杆单元进行模拟，同时按后面介绍的等效弹性模量方法考虑斜索的垂度影响，对于梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。

斜拉桥与其它超静定桥梁一样，它的最终恒载受力状态与施工过程密切相关，因此结构分析必须准确模拟和修正施工过程。

图2-1是一座斜拉桥的结构分析离散图。

图2-1斜拉桥结构分析离散图第二节斜拉索的垂度效应计算一、等效弹性模量斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非线性关系。

斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。

等效弹性模量常用Ernst 公式，推导如下：如图2-2所示，q 为斜索自重集度，m f 为斜索跨中m 的径向挠度。

因索不承担弯矩，根据m 处索弯矩为零的条件，得到：22111cos 88m T f q l ql α⋅==⋅ 2cos 8m ql f Tα= （2-1）图2-2 斜拉索的受力图式索形应该是悬链线，对于m f 很小的情形，可近似地按抛物线计算，索的长度为：lf l S m 238⋅+= (2-2) 223228cos 324m f q l l S l l Tα∆=-=⋅= 2323cos 12d l q l dT Tα∆=- (2-3) 用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有：()3322321212cos f dT l lT E d l A Aq l L σαγ=⋅==∆ (2-4) 式中：/T A σ=，q A γ=，cos L l α=⋅为斜索的水平投影长度，f E ：计算垂度效应的当量弹性模量。

斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析_张元海

收稿日期:2004-03-31作者简介:张元海(1965-),男,副教授,博士研究生. 文章编号:0258-2724(2005)01-0064-05斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析张元海1,2,　李乔1(1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;2.兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州730070)摘　要:将薄板弯曲问题的广义协调元与平面应力问题的薄膜单元组合,得到平板壳元以分析斜交连续箱梁桥的剪滞效应.通过对模型试验值与有限元计算值的比较,证实了这一分析方法的有效性.以某斜交箱梁为例,分析了集中荷载、均布荷载作用下不同斜度斜交箱梁剪滞效应的纵、横向分布规律,并与相应正交箱梁进行了比较.结果表明,斜交箱梁的剪滞效应比正交箱梁更为显著,设计时必须充分考虑其剪滞效应.关键词:斜交箱梁;剪滞效应;有限元分析;广义协调元中图分类号:U 448.213;U 448.41 文献标识码:AFinite Element Analysis of S hear Lag Effectof Skew Box Girder BridgesZH ANG Y uan -hai1,2,　LI Qiao 1(1.School of Civil Eng .,Southwest Jiao tong U niversity ,Chengdu 610031,China ;2.School of Civil Eng .,LanzhouJiaotong U niv ersity ,Lanzhou 730070,China )A bstract :The generalized conforming element fo r thin plate bending and the membrane element fo rplane stress were combined to obtain a plane shell element to analyze the shear lag effect fo rcontinuous skew box girder bridges .Compariso n betw een experimental and computed results provedthe effectiveness of this analytical method in the three -dimensional analysis of skew box girderbridges .As an ex ample ,skew bo x girders w ith different degrees of skew w ere analyzed respectivelyto investig ate longitudinal and transversal distributions of shear lag effect under concentrated o runiform force ,and were com pared w ith the corresponding right box girders .The result show s thata skew bo x girder has mo re remarkable shear lag behavior than a right box girder .Shear lag effectmust be fully considered in the design of a skew box girder .Key words :skew box girder ;shear lag effect ;finite element analysis ;generalized conformingelement 在城市桥梁设计中,由于周围环境条件的限制,往往会采用斜交桥、曲线桥及异形变宽桥等复杂桥梁.在高等级线路上,斜交桥和曲线桥也较常见.这些桥梁的横断面通常采用受力性能优越的薄壁箱形断面.箱形梁发生挠曲变形时,由于翼缘板平面内剪切变形的影响,使其纵向弯曲正应力的分布呈现不均匀性,即发生剪滞效应.历史上曾发生过因忽视剪滞效应而导致结构失事的例子[1].我国桥梁工作者已注意到剪滞效应是引起混凝土箱梁开裂的原因之一[2].特别是在现代桥梁工程中,随着大伸臂箱形断面、大肋间距单箱断面等的广泛应用,对剪滞效应需更加关注.近20多a 来,国内外许多学者对箱形梁剪滞效应进行了大量研究.虽然在我国现行桥梁设计规范中尚未充分反映出这些研究成果,但在理论上对剪滞效应的规律已有较全面的认识.然而,对剪滞效应的系统研究大都是针对直线正交箱梁进行的,近几年来也有部分学者研究了曲线箱梁的剪滞效应,如文献[3]第40卷　第1期2005年2月西　南　交　通　大　学　学　报JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY V ol .40　N o .1Feb .2005的作者对曲线连续箱梁的剪滞效应及其实用计算方法进行了较系统的研究,得出了一些重要结论.但迄今为止,对斜交箱梁剪滞效应的研究尚属空白.与常规的正交箱梁相比,斜交箱梁具有特殊的受力性能[4],其剪滞效应及各结构参数的影响规律也会大不相同.本文中采用考虑了薄膜作用和弯曲作用的平板壳元分析斜交箱梁的剪滞效应,模拟薄板弯曲作用时应用了高精度的广义协调单元[5],分析了荷载类型、斜度等对斜交箱梁剪滞效应的影响,并与相应正交箱梁进行了比较.1　平板壳元的建立广义协调元的突出特点是,在平均位移意义上保证单元间的位移协调.对薄板弯曲问题的四节点矩形广义协调元,其节点位移向量取为(上角e 表示单元):a e =(w 1　ψx 1　ψy 1　w 2　ψx 2　ψy 2　w 3　ψx 3　ψy 3　w 4　ψx 4　ψy 4)T ,(1)式中:w i (i =1,2,3,4)为节点i 的挠度;ψxi ,ψyi (i =1,2,3,4)为节点i 的转角.单元内挠度插值函数设为不完整的四次多项式w =φT α,(2)式中:φ为与相对坐标有关的向量;α为广义参数向量.设沿单元边界的挠度为三次函数,法向转角为线性函数,则边界位移可由该边界上的节点位移完全确定.若单元各边上的平均位移向量记为d ,则有d =Cae ,(3)式中:C 为12×12阶方阵.广义协调元要求由单元内部挠度插值函数确定的单元边界上的平均位移与边界平均位移d 相等,由此可建立广义参数α与结点位移a e 之间的关系为α=A -1Ca e ,(4)式中:A 为12×12阶方阵.将式(4)代入式(2)式,得w =Na e ,(5)式中:N 为形函数矩阵,N =φT A -1C .根据有限单元法的基本原理,可得薄板广义协调元的刚度矩阵K e =∫Ψe B T DB d Ψ,(6)式中:B 为广义应变矩阵,由形函数矩阵微分运算求得;D 为弹性矩阵;Ψe 为单元的中面面积.采用四节点矩形双线性单元模拟薄膜作用,它是完备的协调单元,其刚度矩阵可从文献[6]引用.将上述弯曲刚度矩阵与薄膜刚度矩阵组合,即得四节点矩形平板壳元的刚度矩阵.应该指出,采用矩形平板壳元离散斜交箱梁时,实际上是把顶、底板在梁两端的直线斜边界近似代以台阶状边界.为了减小这种处理方法带来的误差,可把靠边界的顶、底板单元划分得密一些.也可采用三角形平板壳元分析,其刚度矩阵可用类似的方法导出[5,6].2　模型试验验证模型试验资料取自文献[7],模型梁为有机玻璃制成的斜交简支薄壁箱梁.先制成正交箱梁,然后利用电阻丝在高温下将梁端分别切割成斜度为10°,20°,30°,40°的斜交箱梁.跨中正交断面为测试中的加载断面,一对等值反向的竖向集中力F =294N 作用于跨中腹板面内.共测试了5个横断面,文献[7]中只列出了其中Ⅱ-Ⅱ和Ⅳ-Ⅳ2个断面上各测点的扭曲正应力的测试结果.斜度为30°的斜交箱梁模型的尺寸如图1所示;测试断面Ⅱ-Ⅱ和Ⅳ-Ⅳ上测点(3#～6#,10#～13#)的位置见图2.在每一测点处内、外壁上均贴有45°应变花.所用有机玻璃材料的弹性常数为:弹性模量E =3.332GPa ,泊松比μ=0.385.65第1期张元海等:斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析斜度为30°的斜交箱梁模型的扭曲正应力试验值及按本文方法计算的理论值见表1(表中,“±”号表示外壁为拉应力,内壁为压应力,“ ”号则相反).可见,理论值与试验值吻合较好,说明本文的分析方法是可靠的.表1　扭曲正应力试验值与理论值的比较T ab .1　Comparison betw een measured and theoretical values of distortional no rmal stressM Pa 测点3#4#5#6#10#11#12#13#试验值0.846±0.794 0.816—±0.381 0.452±0.501±0.454理论值 0.723±0.695 0.701 1.014±0.441 0.553±0.541±0.5563　剪滞效应分析直线正交箱梁的剪滞效应通常用剪滞系数λ描述,其经典定义为λ=σσ—,(7)式中:σ为考虑剪滞效应求得的翼板正应力;σ—为按初等梁理论求得的翼板正应力.对斜交箱梁,考虑其弯扭耦合及空间受力特点,可将按平板壳元分析得到的翼板实际应力图形面积除以翼板的宽度,得到一个相似于按初等梁理论求得的应力平均值,再用这个应力平均值去除翼板各点的实际应力,从而得到翼板各点的剪滞系数.文献[3]中剪滞系数也是采用这种定义.显然,这样求得的λ,既类似于经典定义中的剪滞系数,同时也考虑了斜交箱梁的结构受力特点.某预应力混凝土五跨斜交连续箱梁,主跨为45m ,各支承处斜度均为31°,并设有斜交横隔板,典型横断面主要尺寸如图3所示.通过对原五跨连续梁及相应两跨连续梁各主要控制断面的剪滞效应进行分析、比较可知,只需分析相应的两跨斜交连续梁即可.下面主要分析跨中断面Ⅰ-Ⅰ,中支承断面Ⅱ-Ⅱ及支承中心断面Ⅲ-Ⅲ的剪滞效应,各断面位置如图4所示.考虑2种荷载作用,即全梁受均布荷载作用及每跨跨中(沿梁轴度量)横断面腹板顶部受集中荷载作用.图5～7为2种荷载作用下跨中断面Ⅰ-Ⅰ,中支承断面Ⅱ-Ⅱ及支承中心断面Ⅲ-Ⅲ的顶板剪滞系数的横向分布(横轴n 为计算点号).图5和6中还同时给出了相应正交箱梁剪滞系数的横向分布,以便比较.从图5～7可见: (1)斜交箱梁横断面上左、右腹板处的剪滞系数不同.对跨中断面,它们都随斜度增大而增大,但各箱66西　南　交　通　大　学　学　报第40卷梁间差别不大,尤其当集中荷载作用时几乎相同.但对中支承断面,靠斜支承点一侧的剪滞系数随斜度增大而增大,而远离斜支承点一侧的剪滞系数则随斜度增大而减小,即中支承断面上左、右区域的剪滞系数的差别随斜度增大而增大.例如α=45°时,在均布荷载作用下,中支承断面上支点所在腹板处λ=1.837,远离支点的腹板处λ=0.692.(2)斜交箱梁横断面中心处的剪滞系数基本不受斜度影响.(3)斜交中支承中心断面(即支承线与梁轴交点处横断面)的剪滞系数接近于左右对称,且斜度越大,剪滞效应越不明显.例如α=45°时,腹板处λ=1.060,中心处λ=0.982.(4)均布荷载作用下,无论斜度如何,箱梁跨中断面的剪滞效应均不显著,但中支承断面的剪滞效应很显著;集中荷载作用下,跨中断面和中支承断面的剪滞效应均较显著.67第1期张元海等:斜交箱梁桥剪滞效应的有限元分析68西　南　交　通　大　学　学　报第40卷影响斜交箱梁剪滞效应的主要结构参数有斜度、宽跨比和荷载类型等.斜度及荷载类型的影响如上述分析.宽跨比的影响较为显著,影响规律与相应正交箱梁基本一致.4　结　语采用薄板弯曲的广义协调单元与平面应力问题的薄膜单元组合而成的平板壳元分析斜交箱梁,能够较好地反映其弯扭耦合的空间受力特点,在单元划分较稀疏的情况下,也可获得较高的计算精度.斜交箱梁具有与通常正交箱梁不同的剪滞效应分布规律.斜交箱梁中支点横断面上剪滞系数很大,且两腹板处剪滞系数差别很大,斜度有显著影响,但斜度对箱梁各横断面中心处剪滞系数的影响很小.与正交箱梁相比,斜交箱梁的剪滞效应更显著.斜交箱梁的受力特性较为复杂,笔者对其剪滞效应进行了初步分析,还有许多问题需要进一步研究,以获得对其结构行为的全面认识.参考文献:[1]　张士铎,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M].北京:人民交通出版社,1998.1-11.[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]　彭大文,王忠.连续弯箱梁桥剪滞效应分析和实用计算法研究[J].中国公路学报,1998,11(3):41-49.[4]徐若昌,张元海.斜支承箱梁桥的结构反应[J].土木工程学报,1992,25(4):15-22.[5]龙驭球,辛克贵.广义协调元[J].土木工程学报,1987,20(1):1-14.[6]华东水利学院.弹性力学问题的有限单元法(修订版)[M].北京:水利电力出版社,1978.60-179.[7]李庆华,李乔,黄羚.斜交薄壁箱梁的空间受力分析[J].西南交通大学学报,1989,24(2):42-50.(中、英文编辑:付国彬)沈志云院士提出真空管道高速交通设想2004年12月18日,在四川(成都)院士咨询服务中心和西南交通大学共同举办的“真空管道高速交通”院士研讨会上,中国科学院和工程院院士、西南交通大学教授沈志云在他作的《关于真空管道高速交通的思考》的报告中提出了真空管道高速交通的设想.他认为,开放大气中的任何地面交通工具,商业运营速度都不宜超过400km/h,否则能耗和噪音急剧增大.真空管道交通就是在地面创造类似万m高空的低真空环境,车辆运行速度可达600～1000km/h.就我国真空管道高速交通的目标定位与实施方案,沈院士建议将我国真空管道高速交通的发展战略分为4个阶段,即从2005年开始,5a推出小比例模型,10a完成全尺寸模型,15a铺设实验线路,25a后实现运营线.采用高温超导磁悬浮技术,可以比较方便地完成悬浮和导向,牵引可以使用同步线性电机.在基础研究阶段,多种悬浮技术都应该对比研究,而且轮轨技术也不应被排除在外.参加这次研讨会的有中国科学院院士张涵信、葛昌纯,中国工程院院士钟山、钱清泉、宋文骢、乐嘉陵,以及航天、磁浮、交通及空气动力学等方面20多位学者.中国科学院院士何祚庥向会议递交了阐述个人观点的书面材料,认为在管道中制造真空环境不存在“原则性的困难”.与会学者围绕沈院士的观点就真空管道高速交通技术及相关问题等进行了广泛的探讨.他们认为,真空管道高速交通具有可行性,但不排除某些技术问题的解决难度.西南交通大学学报编辑部。

第三章斜拉桥的计算

( )
( )
( )
桥塔斜拉索锚固区大样图
G
) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
H
C C大样 D大样 E大样 F大样
D
E
( )
F
( )
( )
( ) ( )
( )
G大样
H大样
( )
加载顺序表(株洲建宁大桥—3.5m分段计算）
施工顺序序号
计算阶段 ห้องสมุดไป่ตู้应单元
安装时刻（天）
整目标
计算斜拉索恒载弯矩影响系数建立索力增量影响矩阵，可求索力调整量反复迭代计算，直至所有控制截面的恒载弯矩落入可行域为止
斜拉桥合理施工状态的确定
斜拉桥的施工方法支架现浇：用的较少支架拼装：用的较少顶推法：用的较少转体施工法：用的较少悬浇法：混凝土斜拉桥最常用悬拼法：钢斜拉桥最常用
356
371
第二节斜拉索的垂度效应计算
一、等效弹性模量
斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非
线性关系。
斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。
（上缘压应力控制条件）
令：
M 1 1d dl), (, 2 Min M (M M2 , M dl ) 2 M d 1 da Ma da
故将闭区间[ M d 2 M
d1
]定义为主梁恒载弯矩可行域
如果设计者给出一个值 M d ，使得 M d M d d 1 M 2 则满足上式的最小预加力数量
拆除时刻（天）

分析桥梁结构剪力滞效应的新方法_靳欣华

第21卷　第4期重　庆　交　通　学　院　学　报2002年12月Vol.21　No.4 JOURNAL OF C HONGQI NG JIAOTONG UNIVERSITY Dec.,2002分析桥梁结构剪力滞效应的新方法靳欣华1,郑凯锋2,陈艾荣1(1.同济大学桥梁工程系,上海200092;2.西南交通大学,四川成都610031)摘要:分析桥梁结构剪力滞效应的理论方法有许多不足之处.针对此不足,引入了用全桥结构仿真分析技术对剪力滞效应进行分析的方法,并讨论了它的优点.作为例子,对不同工况下金马大桥主梁中的剪力滞效应进行了分析;最后对理论方法和仿真分析方法的优缺点进行对比讨论,提出了进一步研究的建议;从而为桥梁结构剪力滞效应分析提供了一条新途径.关　键　词:剪力滞效应;全桥结构仿真分析;桥梁结构中图分类号:U441.5 文献标识码:A 文章编号:1001-716X(2002)04-0004-05 在箱梁或T梁受弯时,在翼缘的纵向边缘上(在梁肋切开处)存在着板平面内的横向力和剪力流.翼缘在横向力及偏心的边缘剪力流作用下,将产生剪切扭转变形,其不可能再象梁肋一样服从平截面假定,即梁截面的纵向应力沿横向不再是均匀分布的.剪切扭转变形随翼缘在平面内的形状与沿纵向边缘剪力流的分布有关.一般情况下,狭窄翼缘的剪切扭转变形不大,其受力性能接近于简单梁理论的假定.但宽翼缘因剪切扭转变形的存在,使远离梁肋的翼缘渐趋降低承弯功能,也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离增加而减小,此现象就称为“剪力滞后”,简称剪力滞效应.剪力滞效应在桥梁结构中的影响是不容忽视的.1　剪力滞效应的理论分析关于剪力滞效应的研究由来已久.在土木工程中,只是近几十年来,箱形截面梁在桥梁结构中广泛应用,剪力滞效应的影响愈益显著,引起国内外学者的广泛关注,提出了许多新的设想和不少新的理论,并通过较多的模型试验直接用于工程实际问题.综合起来有以下几种方法[1,2]:1.卡尔曼(T.V.Kar man)理论;2.比拟杆法;3.能量变分法;4.弹性理论解法.上述理论方法应用一定的理论假设,建立理论框架,能够对剪力滞效应的形成原因、影响因素、效应大小等进行理论上的解释和计算,并且方便进行影响参数的讨论和分析,对于解决工程实际问题具有重要的理论意义.但用于工程实际中,这些理论方法还存在着许多不足之处,主要表现在:1.从工程实际角度看,理论方法的推导和计算都很复杂、繁琐.2.理论方法的共同特征是都建立在一定的假设之上,假设的合理性需辅以一定的试验进行研究.3.由于理论假设的独特性和对物理特性的取舍,所以每种理论方法都有一定的工程局限性.4.理论计算和分析基本局限于简单的梁截面及结构形式,对于较为复杂的截面和结构形式,其作用受到限制.5.对荷载型式的考虑较为单一,如对收缩、徐变、温度、预应力等的影响没有或较少考虑.2　分析剪力滞效应的新方法针对上述理论分析方法的不足之处,引入全桥结构仿真分析技术对桥梁结构的剪力滞效应进行分析,从而为剪力滞效应的分析开辟了一条新的途径.收稿日期:2001-11-12;修订日期:2002-01-18作者简介:靳欣华(1977-),男,河南唐河人,博士研究生,从事大跨桥梁结构性能研究.2.1　全桥结构仿真分析技术全桥结构仿真分析方法是由郑凯锋[3]教授首先提出的桥梁计算分析方法,其技术核心是采用全桥空间计算模型和运用组合有限单元进行计算,即摈弃多年来桥梁计算所采用的人为假设(如假设计算体系或计算平面的划分与组合、假设构件平截面变形、假设连接形式为铰接或刚接、假设计算模型的边界条件等),并克服这些假设带来的不足,建立完整、统一的整座桥梁的结构分析模型,该模型准确模拟构件的空间位置、尺寸、材料特性、连接形式、荷载作用、初始内力和初始变形,运用限制变形—还原内力原理确定结构仿真分析的初始形态,在此基础上进行大规模的全桥结构效应计算与分析,由此得到相对详尽、精确、可靠的分析结果.2.2　建立全桥模型建立用于分析计算的有限元数学模型是全桥结构仿真分析的重要步骤.模型建立的好坏直接关系到分析的成败.2.2.1　建模原则在全桥结构仿真分析计算模型的建立过程中,主要考虑以下几个方面的原则:1.结构形状(包括构件的长度、宽度、厚度等)变化的要求;2.材料特性(模量、容重、泊桑比、温度膨胀系数等)变化的要求;3.桥面恒载、汽车活载作用模拟的要求;4.问题求解计算精度的要求;5.计算求解过程中为避免出现病态问题的要求.2.2.2　收缩、徐变及温度影响《桥规》规定,对于分段浇注的砼或钢筋砼结构的收缩影响力,相当于降温10—15℃,对应的收缩终极值为15×10-5—20×10-5.徐变在仿真分析中用调整龄期的有效弹性模量法来考虑.有效弹性模量E c(τ)=E(τ)/[1+χ(t,τ)·Υ(t,τ)]式中:E c(τ)———加载龄期τ时的弹性模量;χ(t,τ)———老化系数;Υ(t,τ)———徐变系数.在超静定结构中,温度的影响是不可忽视的.一般按照设计要求的温差计入温度影响力.2.2.3　换算(等效)模量和密度在仿真分析中,把钢筋砼视为匀质材料,这就需要对其弹性模量和密度进行换算,也即进行等效处理.等效模量　E c s=E c+ηE s.等效密度　D cs=D c+ηD s.式中:E c s,D cs———分别为钢筋砼的等效弹性模量、等效密度;E c、D c———分别为砼的弹性模量、密度;E s、D s———分别为钢筋的弹性模量、密度;η———配筋率,小于2%时可以忽略.全桥的各个部分配筋率各不相同,因此各个部分就会有不同的等效模量和等效密度.利用等效处理后的模量及密度更真实地模拟了钢筋砼材料的真实情况.2.2.4　钢筋砼及预应力筋仿真模型中,所有的钢筋砼材料都用8节点和6节点的实体三维单元进行模拟.材料特性包括弹性模量、密度、泊桑比、温度膨胀系数,其中弹性模量和密度采用等效模量和等效密度.钢筋砼的收缩与温度影响力的模拟,把温度直接加于单元节点上即可.模型中的预应力筋采用杆单元进行模拟.力筋的材料特性包括弹性模量、密度、截面积、泊桑比、温度膨胀系数等.预应力筋中的预拉力用杆件降温来模拟.2.3　全桥模型的计算与分析依照以上建模方法,利用有限元程序AL GOR 建立完整、统一的全桥仿真分析模型.然后依据此模型,按照所有不同工况,采用SSAPOH计算模块进行调试计算,并依据《桥规》规定,对该桥在各种工况下、各部分的受力及变形特点进行分析研究,以期提出合理的分析结果或对施工有利的建议.3　实例现应用全桥结构仿真分析技术对金马大桥的主梁剪力滞效应进行分析.位于广州一肇庆高速公路上的金马大桥主桥为60+283+283+60m的斜拉与T构组合体系桥梁(图1).T构主梁采用双箱单室截面,斜拉桥采用边主梁结构形式,中间连接段构造复杂,利用理论方法计算此复杂结构的剪力滞效应将难以入手,因此采用全桥结构仿真分析技术对其进行分析.模型建立的详细过程请参考文献[4],模型对结构形状(包括构件的长度、宽度　厚度等)、材料特性(模量、密度、泊桑比、温度膨胀系数等)、恒活载(自重、汽车活载、收缩徐变、温度、预应力等)等进行了详细模拟.拟分析的荷载工况如表1所示.5第4期靳欣华,等:分析桥梁结构剪力滞效应的新方法图1　金马大桥桥跨布置及主梁断面表1　金马大桥剪力滞效应分析工况表工况号工况类型1成桥阶段远期、中间两跨人群荷载、汽超20作用(二次调索后) 2成桥阶段远期、右边跨人群荷载、汽超20作用(二次调索后)3成桥阶段远期、降温23℃、右边跨人群、汽超20作用(二次调索后)3.1　分析结果在均匀荷载作用下,主梁截面正应力表现为不均匀性,显然即为剪力滞后效应的表现,在图2和图3中示出了左T构主梁3个不同截面在3个不同工况下的应力折线图.表2、表3为应力比较结果.表2　工况1下左T构不同截面纵向正应力分布不均匀性比较12345678σξ根部顶8.949.839.969.459.219.869.499.569.4131.058底7.437.757.707.577.687.767.827.587.6611.020跨中顶10.0910.0811.1110.0410.1511.2310.2610.4310.4241.078底7.876.836.917.407.416.986.838.117.2931.112端部顶9.6010.1511.3310.3510.6611.079.8910.3810.4291.806底10.119.009.258.867.467.397.358.758.5211.186 注:表中所列为结点的纵向压应力,单位—MPa;σ—平均压应力;ξ—不均匀性系数,定义为ξ=σmax/σ,其中σmax为最大纵向压应力,后同.表3　左T构跨中截面纵向正应力分布在不同工况下的不均匀性比较12345678σξ顶面工110.0910.0811.1110.0410.1511.2310.2610.4310.4241.078工212.2412.2813.3312.2512.4013.5412.6012.7812.6781.068工311.0444.0612.0611.0311.1612.2411.3411.5011.4291.071底面工17.876.836.917.407.416.986.838.117.2931.112工24.923.893.964.494.524.073.925.214.3731.192工35.324.334.414.904.934.504.355.594.7911.1676重庆交通学院学报第21卷图2　不同工况下左T构跨中截面应力折线示意图3　工况1下左T 构不同截面应力折线示意3.2　结论通过以上的计算比较,可以得出以下几点结论:1.从表2可以看出,左T 构主梁截面纵向应力从根部到端部,其不均匀性系数逐渐变大,也即剪力滞效应逐渐明显,说明剪滞效应和截面位置有关.2.从表3可以看出,随着应力值的增大,左T 构跨中截面剪力滞效应逐渐减小,说明剪滞效应也与应力大小有关.同时看出降温导致剪滞效应增大,但幅值在3%以下.3.从图3可以看出左T 构跨中及端部截面的底面产生负剪力滞效应,这与截面的受力状态有关.4　新方法分析剪力滞效应的优点基于全桥结构仿真分析技术的特点,根据对金马大桥的实例分析结果,运用其分析桥梁结构的剪力滞效应具有以下特点:1.模型精确地模拟了结构行为,故其没有理论计算那样的假设,较为真实地模拟了实际情况.2.其可以代替或部分地代替剪力滞效应的试验研究,从而节约了成本.3.对于任何复杂截面和复杂结构形式的桥梁都可以进行剪力滞效应的分析.4.可以考虑更为复杂的荷载组合形式,包括恒载、活载和其它可变荷载的各种组合.5.没有复杂、繁琐的推导和计算,分析结果直观、详尽、可靠.虽然上面列出了新方法的许多优点,但也有相对于理论方法的不足,如它不能从理论上解释剪力滞效应的成因,对于一些参数分析不是很方便,另外模型复杂,需要较好的计算设备和软件等.因此,理论方法和新方法结合应用对于工程实际更有意义.5　讨论与建议剪力滞效应在桥梁结构中的影响不容忽视,特别是近年来宽翼缘箱梁的应用相当广泛,已经成为影响设计的重要因素.而规范中对此的规定也过于简单,笼统地用“翼缘有效分布宽度”的方法处理,因此有必要对剪力滞效应进行进一步的研究.理论分析可以从理论上对剪力滞效应进行定性的解释,并方便对影响剪力滞效应的因素进行参数分析,如宽跨比、截面宽高比、截面变化及荷载型式等对剪力滞效应的影响.仿真分析可以利用这些影响因素,建立不同的模型进行分析对比,如可以建立更复杂的截面形式、更复杂的荷载型式,可以对施工、运营等各个阶段进行多方位的分析,可以起到代替或部分代替试验的作用.算例是结合金马大桥全桥仿真分析研究课题进行,有其工程实践意义.从算例的分析可知,全桥结构仿真分析方法对桥梁结构的剪力滞效应的分析还是行之有效的.鉴于目前桥梁规范对剪力滞效应的规定过于粗糙,因此,笔者建议利用仿真分析方法结合理论分析,对影响桥梁结构剪力滞效应的各种参数进行进一步的分析研究,提出各种荷载下,不同截面形式、不同宽跨比、不同支承形式及不同截面加劲情况等等的有效宽度比,为规范的制定提供可靠的参考依据.7第4期靳欣华,等:分析桥梁结构剪力滞效应的新方法参考文献:[1]　张士锋,邓小华,王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M].北京:人民交通出版社,1998,4-9.[2]　王文涛.刚构-连续组合梁桥[M].北京:人民交通出版社,1997,203-211.[3]　郑凯锋,唐继舜,王秀伟.全桥结构仿真分析技术的最新进展[A].第十三届全国桥梁学术会议[C].上海:1998,373-378.[4]　靳欣华.斜拉与T构组合体系桥梁全桥结构仿真分析研究[D].成都:西南交通大学,2000.A new method of analyzing the effect of shear lag in bridgeJIN Xin-hua1,　ZHE NG Kai-feng2,　CHEN Ai-r ong1(1.Bridge Engineering Department,Tongji University,Shanghai200092,China;2.Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)A bstract:Theoretical method of analyzing the effect of shear lag in bridge structures has some deficiency.Aiming at the deficiency,we introduced the technology of structrral simulation for entire bridge,and analyzed the effect of shear la yg by using it as a new method.This paper discussed about the advantages of the ne w method.As an example,in various cases effect of shear la g in Jinma Bridge was analyzed.Finally,a discussion about the advantages and disadvantages of the theor etical method and the ne w method were made repectively.Consequently,it pr ovided a new wa y to analyzing the effect of shear lag in bridge structures.Key words:effect of shear lag;structural simulation for entire bridge;bridge structur es责任编辑:袁本奎 8重庆交通学院学报第21卷。

双主肋混凝土斜拉桥剪力滞效应-精选文档

双主肋混凝土斜拉桥剪力滞效应1、工程背景主桥由145m中跨和40.5+76.5m边跨组成，主桥全长为262m 主梁采用分幅设置，仅在桥塔处通过主塔横梁连为一体。

主桥结构整体布置图如图1.1 所示。

单幅主梁为整体开口梁板式n型断面，梁肋和横隔板均配置预应力，纵向横隔板标准间距为8m的横隔板。

通过主梁两个梁肋采用不等高设计，内侧肋高 2.65m，外侧肋高2.20m，梁肋底部齐平，横断面上处于水平位置，形成单幅桥面横向2%的横坡。

标准段梁肋宽度为1.8m，在塔梁固结段，由于承受较大的轴力和弯矩，肋板加宽至2.8m。

在边跨压重区段，即P1 与P2 墩之间由于主梁配重需要，将截面变成箱型，底板厚度28cm同时也将肋宽进行了加大，最大加至2.4m，以满足主梁刚度需要。

图1.1主桥整体布置图（单位：cm高程：m）主梁和塔横梁采用C55混凝土，主塔采用C50混凝土，拉索采1770高强平行钢丝斜拉索，在主梁上标准索距为8m边跨整体现浇段拉索间距4.5m，在塔上的理论索距为2.0m。

拉索采用型号有七种：LPES7-109、LPES7-139、LPES7-151、LPES7-163、LPES7-187、LPES7-211、LPES7-241。

考虑主梁上的剪力滞效应，取恒载作用下的边跨最大正弯矩i -i断面、墩顶最大负弯矩u -H断面、中跨最大正弯矩山-m 断面、中跨最大负弯矩W -W断面、主跨最大正弯矩V -V断面、主跨最大负弯局W -W 断面，共6个断面，如图1.1所示，各断面详细尺寸见图1.2〜1.3。

图1.2 I - I、H - H断面图图1.3 m- m、w - W、V - V、W - W断面图2、有限元分析与计算结果本文主梁、主塔均采用实体单元，拉索和预应力钢筋均采用桁架单元，降温法施加初拉力。

恒荷载主要考虑自重、压重、预应力、索力和二期恒载。

二期和压重均等效为面荷载施加于主梁相应位置。

活载为公路I级和人群荷载。

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