变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究
波形钢腹板箱梁腹板剪切屈曲及抗剪承载力研究
波形钢腹板箱梁腹板剪切屈曲及抗剪承载力研究波形钢腹板箱梁梁桥是一种新型桥梁形式。
本文通过有限元分析计算和试验研究,解决了波形钢腹板箱梁腹板剪切屈曲及抗剪承载力计算方法中的一些问题。
本文研究对象为波形钢腹板箱梁中的腹板。
在研究中,完整地建立箱梁有限元模型或制作完整箱梁试验模型来研究其腹板的剪切性能则没有必要。
通过有限元计算的方法,对实际波形钢腹板箱梁结构作了一定的简化。
弹性剪切屈曲强度计算是波形钢腹板研究的一个重要问题,且由于其几何外形和屈曲形式复杂,需考虑几何参数多,精度高且适用范围广的临界应力计算方法成为研究重点。
在已有理论研究基础上,借助大量有限元数值模拟结果,依次分析了影响波形钢腹板局部屈曲、整体屈曲临界应力简化计算公式的几何参数,并通过数值计算结果与简化计算方法的对比和参数分析法,提出了更高精度的修正计算公式;在此基础上,进一步分析影响波板合成屈曲和临界应力的关键因素,提出了适用范围较广,综合考虑局部屈曲、整体屈曲以及合成屈曲三种屈曲模式的波板临界应力建议计算式,并给定了计算公式的合理使用范围。
经算例比较表明,建议计算公式具有较好的计算精度,为研究波板抗剪承载力奠定了基础。
采用试验的方法,研究波形腹板的抗剪性能。
通过试验现象得到波形钢腹板几何尺寸与屈曲模态的关系;通过试验数据的处理分析,得到腹板高度上的剪应力分布情况、抗剪极限承载力以及屈曲后承载力与波形钢腹板几何尺寸的关系。
探讨了目前各国规范中使用的以及各国学者研究得到的波形钢腹板抗剪承载力计算方法,并对这些常用的计算方法的适用性和局限性做了初步的讨论和分析。
以已有理论为基础,结合本文以及世界各国波板抗剪承载力试验数据,通过分析研究,提出了考虑各种剪切破坏相互作用的抗剪承载力计算方法,并给出公式的适用范围。
将本文提出的抗剪承载力计算方法与已有常用的几个计算方法进行对比,分析各个计算方法的适用性与局限性。
收集世界各地已建波形钢腹板箱梁腹板的几何尺寸,建立非线性有限元模型。
波形钢腹板PC箱形梁桥的抗剪验算
波形钢腹板PC箱形梁桥的抗剪验算摘要：本文以重庆某波形钢腹板PC箱型刚构的整体计算得出几个典型截面的剪力和扭矩为基础，从波形钢腹板的抗剪强度和剪切屈曲两方面进行验算。
通过该计算方法验证在设计荷载和极限荷载作用下剪力是否满足要求，确保桥梁的抗剪安全。
关键词：波形钢腹板、连续梁桥、抗剪强度验算、屈曲验算0 引言顾名思义，波形钢腹板PC组合箱梁桥就是用波形钢板取代PC箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁。
由于用波形钢腹板代替了混凝土腹板，减轻了PC箱梁的自重，进而减少了下部结构的工程量，降低了造价，也避免了一般梁桥腹板易开裂问题。
从结构上看，波形钢腹板PC箱梁受力明确，在轴向力和弯矩作用下，腹板上的轴向应力基本为零，轴向力基本由混凝土顶底板承受；在剪力作用时87%左右的剪力由波形钢腹板承受。
因此，对波形钢腹板PC箱型梁桥进行设计时，需对钢腹板进行抗剪切强度验算和剪切屈曲验算。
本文以重庆某波形钢腹板PC箱型刚构为依托，以该桥的整体计算得出几个典型截面的剪力和扭矩为基础，从波形钢腹板的抗剪强度和剪切屈曲两方面进行验算。
1 依托工程及使用材料1)工程概况某桥采用85+148+85m波形钢腹板PC刚构桥方案，桥梁全长318m。
主梁为单箱单室箱梁，箱梁顶横坡与路拱同坡为3%，刚构悬臂部分箱梁采用变截面。
波形钢腹板PC组合箱梁预应力体系采用双向预应力。
纵向预应力束分为体内束和体外束。
体内束采用钢绞线。
体外束采用型低松弛环氧涂层钢绞线，于全桥合拢后张拉，边跨设体外束，中跨设体外束。
2)使用材料混凝土箱梁采用C60混凝土。
波形钢腹板采用Q345D 钢材。
2、整体模型分析和工程荷载取值通过对该桥进行midas建模，取得关键截面的剪力值。
取值截面如下图所示。
关键截面位置图1#截面为边跨支点，2#截面为边跨l/4截面，3#截面为支点左截面，4#截面为支点右截面，5#截面为中跨l/4截面，6#截面为跨中截面。
3.分析方法介绍和计算结果分析波形钢腹板桥梁的最大特点就是波形钢腹板承担了整个截面的所有剪力。
波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲分析及研究
波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲分析及研究波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲分析及研究摘要：近年来，波形钢腹板钢-混组合梁在桥梁工程中得到广泛应用。
钢-混组合箱梁桥极大地提高了桥梁的承载能力和安全性，但其腹板的屈曲问题一直是工程设计中的难题。
本文以波形钢腹板钢-混组合箱梁桥为研究对象，通过理论分析与计算模拟，对其腹板的屈曲性能进行了详细研究，为工程设计提供了参考和借鉴。
1. 引言波形钢腹板的优越性能使其成为了钢-混组合箱梁桥设计中的常用材料。
然而，由于受到一系列复杂的内外力作用，波形钢腹板存在着屈曲问题。
在桥梁设计中，准确预测和分析腹板的屈曲性能对于保证桥梁的工作性能和安全性至关重要。
2. 波形钢腹板的屈曲分析2.1 波形钢腹板的力学特性波形钢腹板作为桥梁上的主要承载构件，其力学特性对桥梁整体的稳定性和承载能力有重要影响。
波形钢腹板一般可视为具有单腹板封闭剖面的圆弧形箱梁，其屈曲性能受到材料特性、截面形状和边界条件等因素的影响。
2.2 腹板的屈曲理论分析对波形钢腹板的屈曲性能进行理论分析，需要考虑其受到的外部荷载和内部约束等因素。
在估计腹板的屈曲荷载时，主要采用了欧拉理论和杆件剪切变形理论。
3. 波形钢腹板的屈曲计算模拟3.1 模型构建与参数设置为了更准确地预测波形钢腹板的屈曲性能，本文采用有限元方法构建腹板的数值模型，并根据实际工程参数设置模拟条件。
3.2 结果与讨论根据屈曲计算模拟结果，通过对波形钢腹板受力分析和屈曲变形的研究，可以得出桥梁荷载对腹板屈曲性能的影响规律。
并通过对比不同参数和加载条件下的模拟结果，发现腹板的屈曲性能与钢板的高度、材料特性、截面形状等因素密切相关。
4. 屈曲控制措施研究为了改善波形钢腹板的屈曲性能，针对其腹板存在的问题，本文提出了一些有效的控制措施，如增加腹板的刚度和加强边界约束等方法，以提高波形钢腹板的整体稳定性和承载能力。
5. 结论通过对波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲性能进行分析与研究，本文对于工程设计提供了一定的参考和借鉴。
波形钢腹板钢?混凝土简支组合箱梁抗弯承载力分析
波形钢腹板钢−混凝土简支组合箱梁抗弯承载力分析波形钢腹板钢−混凝土简支组合箱梁(以下简称波形钢腹板组合箱梁)的腹板较薄，抗扭刚度、延性等力学性能较高。
与平腹板相比，其所需腹板加劲肋大大减少，有着更轻的自重和更优的经济效益，在桥梁和建筑结构中应用广泛[1−3]。
波形钢腹板组合箱梁的抗弯承载力是结构设计分析中的关键力学性能指标之一，因此对波形钢腹板组合箱梁的抗弯承载力进行试验研究，并在此基础上进一步开展有限元建模及理论分析十分重要。
自20 世纪80 年代以来，波形钢腹板在土建行业，尤其是桥梁和建筑的应用与研究开始快速发展，目前关于波形钢腹板组合箱梁受力性能的研究已取得了一些成果。
JOHNSON 等[4]建立了波形钢腹板梁的有限元模型，提出了计算波形钢腹板有效剪切模量的方法，在参数分析的基础上得出波形钢腹板的剪切模量约为平钢腹板剪切模量的0.9 倍的结论。
吴文清等[5]在试验研究的基础上，总结了波形钢腹板组合梁截面的正应变分布规律，并提出弹性阶段波形钢腹板组合梁截面的正应变符合“拟平截面假定”的结论。
KIM 等[6]以腹板波形为主要参数，进行了波形钢腹板预应力组合梁的抗弯试验，由结果分析发现波形钢腹板的“手风琴效应”能增强结构抵抗局部和平面外屈曲的能力，且波形钢腹板的倾斜板会产生轴向应力，从而提高钢梁与混凝土板之间共同工作的能力。
林梦凯等[7]通过室内模型静载试验与有限元建模，对波形钢腹板的手风琴效应进行了深入的分析，并得出适度调整波形钢腹板的尺寸可以使手风琴效应更加明显的结论。
聂鑫等[8]提出将受拉的混凝土底板替换成钢板的新型构造形式，并进行了抗弯承载力试验研究，结果表明，这种新型结构在承载能力、抗裂性能、经济效益等方面均优于传统的波形钢腹板箱梁。
OLIVEIRA 等[9]建立了波纹正弦腹板钢−混凝土连续组合梁的有限元模型，计算了弹性临界弯矩并与已有文献中的数据进行了对比验证。
王鹏[10]在试验研究的基础上进行了有限元建模分析，发现波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应受到跨高比的显著影响。
波形钢腹板PC组合箱梁剪切屈曲性能研究
及梁高等 的变化趋势。 பைடு நூலகம் 关键词 ： 波形钢腹板 ； 剪切届曲 ； 非线性 ； 整体屈曲 ； 局部屈曲 中图分类号 ：Ｕ ４ ［２ ］ 文献标 识码 ： Ａ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ａ ｃ ｌｎ ｏ ｅ ｔ ｆ Ｃｏ ｒ ｇ ｔ ｄ Ｓ ｅ ｌ Ｗ ｅ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｅ ｒ Ｂｕ ｋ ｉ ｇ Ｐｒ ｐ ｒ ｙ ｏ ｒ ｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｂ ＰＣ ｍ ｂ ｎ ｄ Ｃｏ ｉｅ Ｂｏ ｒ ｅ ｘ Ｇｉｄ ｒ
ｔｅ ｄ ｆｃ ｓｗｅ ｅ ｉ ｃ ｕ ｄ ｉ ｈｅｍ ａｅ ａ ｏ ｌ ａ ｔ ｎ ｅ ｍｅｒｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒｔ ． Ｏｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓｏ ｔ ｈ ｔｄ ｓｄ ｎ ｈ ｅｅ ｔ ｒ ｎ ｌｄｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｌｎ ｎ ｉ ｒ ｙ ａ ｄ ｇ ｏ ｔ ｏ ｌｎ ａ ｉｙ ｉ ｎｅ ｉ ｉ ｈ ａ ｉ ｆｉ，ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｗａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｆｃ ｒｕ ａｉ ｎ ｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｅ ａｌｐ ｏ ｌ ｉ ｎ ｉｎ ｆｔ ｅ ｃ ｒｕ ａｅ ｂ ｏ ｈ ｌｉ ｔ ｎ ｔ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｓｏ ｏ ｒ ｇ ｔｏ ｏ ｆ ｕ ａ ｉ ｎ ｈ ｖ ｒ ｌ ｒ ｆ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ｓ ｏ ｈ ｏ ｒ ｇ ｔｄ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｕ ｔ ｌ ｉ ｏ ｉ ｍａ ｅ
基础上研究波纹形状 、 腹板整体外形尺寸对波形钢腹板剪 切屈曲极限承载力 和屈 曲模 态的影响 ， 为相 关桥梁 的计算提供一定的参考。
研 究结 论 ： 过 对 比理 论公 式 及 模 型 分 析 结 果 ， 出 了 波 形 钢 腹 板 随 板 厚 、 高 、 板 倾 角 、 板 段 宽 度 通 得 波 斜 直
ｓｒ ｓ ｔ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｅ ｒ— ｒ ｓｓａ ｔ ｃ ｐ ｃｔ ｆ ｔ ｅ ｃ ｒｕ ａｅ ｓｅ ｌｗｅ ｅ ｅ ｄ ｎ ｔ ｈ ａ ｕ ｋ ｉ ｇ ｓｒ ｎ ｔ ｆｔ ｅ ｔｅ ｓ ｓａｅ． ｈ ｈ ａ ｅ ｉｔｎ ａ ａ ｉ ｏ ｈ ｏ ｒ ｇ ｔｄ ｔ ｅ ｂ ｄ ｐ ｎ ｓ ｏ ｈｅ ｓ ｅ ｒ ｂ ｃ ｌｎ ｔｅ ｇ ｈ ｏ ｈ ｙ
波纹腹板H型钢梁剪切屈曲承载力计算
１ 计 算 方 法
对 于 波 纹 腹 板 Ｈ 型 钢 梁 抗 剪 承 载 力 ，中 国规 程 提 出 了考 虑屈 曲影 响的局 部屈 曲 和整体 屈 曲折减 系 数 ）ｃ，如 式 （１）和 式 （２）所 示 ．
一 １．１５／（Ｏ．９＋ ）≤ １．０
（１）
＝ ＝： ０．６８／ ≤ １．０
钢梁 极 限抗剪 承载力 ｒ— ｚｒ
（４）
式 （４）中 取式 （１）和式 （２）计算 值 的较小 值．
研 究 表 明 ，波 纹 腹 板屈 曲破 坏 主要 是 由相关 剪 切 屈 曲造 成 的 ］，弹 性 相关 剪 切 屈 曲在 弹性 剪切 屈 曲 中起 控 制作用 ］．众 多关 于波 纹腹 板 Ｈ 型钢 梁抗
０ 引 言
波 纹腹板 Ｈ 型 钢 由于具 有 合 理 的 受 力 性 能 和 优 越 的 经济 性 ，得 到 广 泛 的 应用口］．波纹 腹 板 Ｈ 型 钢 梁 剪力 主要 由波纹 腹 板 承 担 ，剪 切 屈 曲是 导 致 波 纹 腹板 破坏 的主要 原 因ｌ２ｊ．波 纹腹 板 Ｈ 型钢梁 的剪 切 屈曲极 限承载 力 的计 算较 复 杂 ，尚需 深入 研 究 ］． 波纹 腹板有 三 种剪切 屈 曲模 式 ：局部 剪切 屈 曲 、整体 剪 切屈 曲 、相关 剪切 屈 曲．局部 剪切屈 曲仅 限 于单个 平 板 内．整体 剪 切屈 曲涉 及 多个平板 ，呈 对角线 扩展 到 整个腹 板 高度．相关 剪 切 屈 曲是 由局 部 剪 切 屈 曲 和 整体剪 切屈 曲之 间 的 相互 作 用 造 成 的 ，相关 剪切 屈 曲的 发展 限于 少 数几 个 平 板 内［４－６３．相 关 剪 切 屈 曲既有 局部 剪切屈 曲 的特 点 ，也包 含整 体 剪 切 屈 曲 的特点 一．现行 中国规程 不涉及 相关 屈 曲．本 文 针 对 中 国 规 程 设 计 曲 线 ，引 入 相 关 屈 曲 ，提 出关 于 波 纹 腹 板 Ｈ 型 钢 梁 剪 切 屈 曲 极 限 承 载 力 一 种 新 的 计 算 方 法 ．
变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究
Ａｂｓｒ ｃ Ｕｓｎ ｈ ｎ ｉ ｉ ｓｍ ａ ａ ａ ｃ ｑ ａｉ ｎ，ｔ ｅ ｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｆ ｒ ｌｓ ｆｒ ｎ ｎ ｐ ｓ ａｉ ｏ ｔａ ｔ ｉｇ ｔｅ ｉｆｎｔ ｉ ｌｂ ｌｎ ｅ ｅ ｕ ｔｏ ｅ ｈ ｈ ａ ｔｅ ｓｃ ｌ ｕａ ｉ ｏ ｍｕ ａ ｏ ｏ — ｒ ｍ ｔ ｂ ｘ ｏ ｉ ｃ ｂ ａ ｔ ｏｒ ｇ ｔｄ ｓｅ ｌｗｅ ｓ ｗａ ｅ ｖ ｄ． Ｔｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｆｒ ｕ ａ ｒ ｅ ｔｆｅ ａ ｉ ｇ ｇ ｏ ｒ ｃｓｏ ｙ ｅ ｍｓ ｗｉｈ ｃ ｒｕ ａｅ ｔｅ ｂ ｓ ｄ ｒ ｅ ｉ ｅｐ ｏ ｏｅ ｏ ｍ ｌｓ ｗｅ ｅ ｔ ｓｉ ｄ ｈ ｖｎ ｏ ｄ ｐ ｅ ｉｉｎ ｂ ｉ
大减 小 ， 而底 板剪 应 力则显著 增加 。上述现 象也会 给 变截 面波形钢腹 板 箱梁 的挠度计 算 带来较 大影响 ，
值得 引起 注意 。 关键 词 桥 梁 ，波形钢 腹板 ，变截 面梁 ，剪应 力
Ｓ ｅ ｒ Ｓ ｒ ｓ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｄｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｉ ｎ． ｉｍ ａ ｉ ｈ ａ ｔ ｅ ｓ Ｃａ ｃ ｌ ｔｏ ｎ ｓｒ ｂ ｔｏ ｎ Ｎｏ Ｐｒｓ ｔｃ
波 形钢腹 板组合 箱梁 桥 由于具有 良好 的技术
形钢 腹板 承担 ， 如针 对 等 截 面波 形 钢腹 板 组合
箱 梁 ， 照材料 力学方 法进 行 了分析研究 ， 出波 按 指
形 钢 腹 板 承 担 的 剪 力 一 般 在 ８ ％ 以上 ； 献 ０ 文
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ ｂ ｄ ｅ，ｃ ｒｕ ａ ｅ ｔｅ ｂ，ｎ ｎ ｐｒｓ ｔｃ ｂ ａ ， ｓ ａ ｔｅ ｓ ｙ ｒ ｒ ｇ ｉ ｏ ｒ ｇ ｔｄ ｓｅ ｌｗｅ ｏ — ｉｍａｉ ｅ ｍ ｈｅ ｒｓｒ ｓ
波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应问题研究共3篇
波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应问题研究共3篇波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应问题研究1波形钢腹板组合箱梁是一种常用的梁型结构，其具有良好的受力性能和刚度，被广泛应用于建筑、桥梁等领域。
然而，在实际工程中，波形钢腹板组合箱梁受到外力作用时，会出现剪力滞效应现象，影响其受力性能和安全性能。
因此，对波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应问题进行深入研究具有重要的理论和实际意义。
波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应是指其在受到剪力作用时，随着剪力大小的不断增加，其变形和应力的增长速率逐渐加快，而在剪力达到一定大小后，其变形和应力增长速率不再增加或者增加速率变得很缓慢的现象。
这种现象被称为剪力滞效应。
波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应主要是由其结构特点和材料特性造成的。
首先，波形钢腹板组合箱梁的梁腹部分采用了波形钢板材作为板材，其具有较大的刚度和强度，但同时也存在较大的变形能力和应力集中的缺陷。
其次，波形钢腹板组合箱梁的横隔板采用薄壁钢板，其材料张强度较高，但刚度和弯曲刚度较小。
这些结构特点和材料特性使得波形钢腹板组合箱梁在受到剪力作用时容易产生剪力滞效应。
对于波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的研究方法主要有两种：实验研究和数值模拟。
实验研究是利用试验仪器对波形钢腹板组合箱梁进行剪力加载，并通过测量位移和应力变化来分析其剪力滞效应。
这种方法具有可靠性高、直观性好等优点，但其受到实验条件的限制，例如实验模型的精度和模拟外界环境等因素，可能会影响研究结果的可信度。
数值模拟方法是利用有限元分析软件对波形钢腹板组合箱梁进行数值模拟，通过计算其受力情况来预测其剪力滞效应。
这种方法可以快速获取大量数据，对于研究剪力滞效应的影响因素具有较好的分析能力，但同时也需要同时考虑梁的几何形状、材料特性、边界条件和荷载等因素，否则可能会影响研究结果的准确性和可靠性。
波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的研究可以为其设计和使用提供科学依据和指导，可以在一定程度上提高结构的安全性和可靠性。
变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究
变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究导言：变截面波形钢腹板是一种新型的结构构件，广泛用于建筑和桥梁等领域。
在设计和施工过程中，准确计算其应力和剪切屈曲承载力非常重要。
本文将介绍变截面波形钢腹板的应力计算方法，并研究其剪切屈曲承载力的相关问题。
一、变截面波形钢腹板的应力计算1. 材料力学性质变截面波形钢腹板通常采用高强度低合金钢材料，其力学性质应满足设计要求。
在应力计算中，常需要使用的材料性质包括弹性模量、屈服强度和断裂强度等。
2. 腹板的应力分析变截面波形钢腹板的应力分析主要包括弯曲应力、拉应力和剪应力等。
其中，弯曲应力是由于外部荷载引起的腹板弯曲变形引起的，拉应力是由于腹板拉伸变形引起的，剪应力是由于剪力作用引起的。
在设计中，这些应力必须小于材料的屈服强度，以确保变截面波形钢腹板的安全可靠。
3. 应力的计算方法变截面波形钢腹板的应力计算可以采用弹性理论和有限元分析方法。
弹性理论适用于简单的截面形状，可以通过一些基本假设和公式推导出应力分布情况。
有限元分析方法适用于复杂的截面形状，可以通过计算机模拟腹板的应力分布情况。
二、变截面波形钢腹板的剪切屈曲承载力研究1. 剪切屈曲现象变截面波形钢腹板在承受剪力作用时，会产生剪切屈曲现象。
剪切屈曲是指材料在受到剪力作用下，产生破坏或屈服变形的现象。
对于变截面波形钢腹板来说，剪切屈曲是其主要的破坏形式。
2. 剪切屈曲承载力计算方法剪切屈曲承载力是指变截面波形钢腹板在剪切屈曲时所能承受的最大荷载。
剪切屈曲承载力的计算方法包括实验研究和理论分析两种。
实验研究可以通过构件试验来获得准确的剪切屈曲承载力。
通过在实验中加载不同的荷载，观察腹板的破坏形态和承载能力，可以得到实际的剪切屈曲承载力。
理论分析方法包括弯曲屈曲理论和塑性理论等。
弯曲屈曲理论是基于杆件受到剪切力和弯矩作用时的力学公式，通过计算腹板的截面性能参数和材料性质，可以得到剪切屈曲承载力。
变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的比拟杆法求解
变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的比拟杆法求解一、引言变截面波形钢腹板组合箱梁是一种常用的桥梁结构形式，其具有刚度大、自重轻、施工方便等优点。
在桥梁的设计和施工过程中，需要对其进行剪力滞效应的分析和计算，以保证其安全可靠性。
本文将介绍比拟杆法在变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应求解中的应用。
二、变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应简介1. 剪力滞效应的定义剪力滞效应是指在桥梁荷载作用下，由于混凝土的非线性本构关系以及混凝土与钢筋之间的黏结作用等因素，使得桥梁结构在受到荷载后，发生一定程度的位移后才能够开始发挥其抵抗荷载的能力。
2. 变截面波形钢腹板组合箱梁的特点变截面波形钢腹板组合箱梁是由上下两个相互连接的钢板和中间填充混凝土所组成。
其特点是在梁的跨度方向上，随着跨度的增加，梁截面的尺寸和形状会发生变化，以适应不同位置的荷载要求。
3. 剪力滞效应对变截面波形钢腹板组合箱梁的影响剪力滞效应对变截面波形钢腹板组合箱梁具有重要影响。
在桥梁受到荷载作用时，由于混凝土的非线性本构关系以及混凝土与钢筋之间的黏结作用等因素，使得桥梁结构在受到荷载后，发生一定程度的位移后才能够开始发挥其抵抗荷载的能力。
这种位移称为剪力滞位移。
剪力滞效应会导致桥梁结构产生较大的变形和裂缝，从而影响其安全可靠性。
三、比拟杆法求解1. 比拟杆法原理比拟杆法是一种常用的结构分析方法。
其基本思想是将一个复杂结构分解成若干个简单结构，在每个简单结构中引入等效外力和等效内力，在此基础上求解整个结构的内力和位移。
比拟杆法适用于结构简单、对称性好的情况下。
2. 比拟杆法在变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应求解中的应用在变截面波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应求解中，可以采用比拟杆法进行分析计算。
具体步骤如下：（1）将变截面波形钢腹板组合箱梁分解成若干个简单结构，每个简单结构都是由一段直线段和一段曲线段组成。
（2）对于每个简单结构，将其等效为一个杆件，在其两端引入等效外力和等效内力。
均布荷载作用下变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力的分布与计算
材料力学理论、微元体的受力平衡及剪应力互等定理，推导了均布荷载作用下处于弹性阶段变截面波形
钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式。揭示了变截面波形钢腹板组合箱梁在均布荷载作用下剪应力在梁
截面高度方向的分布规律，并与 ＡＮＳＹＳ三维有限元分析结果进行了比对，结果吻合良好，表明推导的剪
应力计算公式具有较高的精度。
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０１９．０１．００９
均布荷载作用下变截面波形钢腹板组合箱梁 剪应力的分布与计算
冀 伟，魏 源，罗 奎
（兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 ７３００７０）
摘 要：为研究变截面波形钢腹板组合箱梁在均布荷载作用下的剪应力分布规律，运用铁木辛柯经典
板几乎不抵抗轴向力［１０］。自从波形钢腹板 ＰＣ组合 箱梁出现，许 多 国 家 修 建 了 这 种 类 型 的 桥 梁，１９８６ 年法国建成了世界上第一座组合箱梁桥———Ｃｏｇｎａｃ 高架桥，日本于 １９９３年修建了日本首座波形钢腹板 ＰＣ简支箱梁桥———新开桥，近年来，随着制造工艺、 施工技术和波形钢腹板 ＰＣ组合箱梁设计理论的逐 渐成熟，波形钢腹板箱梁桥在现代大跨度桥梁中具 有显著的竞争力，考虑到经济和技术的合理性，梁一 般采用变截面梁。
１ 剪应力公式推导
图 １ 典型构造示意图
现有文献中，国内外许多学者对波形钢腹板钢 －混 组 合 梁 桥 的 剪 应 力 等 性 能 进 行 了 研 究：Ｈａｓ ｓａｎｅｉｎ等［１１］研 究 了 波 形 钢 腹 板 的 临 界 剪 切 屈 曲 应 力。ＷａｎｇＳ等［１２］研究了波形钢腹板组合梁的抗剪 强度、剪切刚度和破坏模式。ＱｉａｏＰ等［１３］基于手风 琴效应研 究 了 不 同 尺 寸 参 数 对 扭 转 变 形 应 力 的 影 响。乔朋等［１４］研 究 了 单 箱 多 室 波 形 钢 腹 板 组 合 箱 梁的腹板剪应力，提出单箱多室波形钢腹板组合箱 梁的钢腹板剪应力计算应包括弯曲剪应力、扭转剪 应力以及 局 部 畸 变 产 生 的 剪 应 力。 李 杰 等［１５］考 虑 变截面效应，研究了变截面波形钢腹板组合箱梁腹 板剪应力的实用计算方法，提出了变截面梁的梁高 和底板 厚 度 的 变 化 对 剪 应 力 有 较 大 影 响。 邓 文 琴 等［１６］以某单箱五室波形钢腹板组合梁斜拉桥为研 究对象，分析了施工阶段应力叠加作用下各腹板的 剪应力分 布 和 剪 力 分 配 比 例。 武 海 鹏 等［１７］考 虑 梁 高、底板厚度的变化，推导了钢腹板剪应力计算公式 及剪力传递效率，得出变截面波形钢腹板梁中的剪 应力除了由截面剪力 Ｑ引起外，还包括有截面弯矩 Ｍ和轴力 Ｎ引起的附加剪应力以及剪力传递效率 与所选取 的 截 面 位 置、荷 载 作 用 方 式 和 大 小 有 关。 周茂定等［１８］运用比拟杆法，推导了波形钢腹板简支 梁在荷载作用下的正应力计算公式。
波形钢腹板h型截面梁抗剪性能理论研究
波形钢腹板h型截面梁抗剪性能理论研究
1引言
近年来，随着我国信息技术和制造技术的发展不断取得重大进展，梁结构在航空航天、船舶、建筑、机械等领域被广泛应用。
而波形钢腹板h型梁是世界上常用的构件之一，其有良好的抗压性能和耐久性，应用范围也非常广泛。
波形钢腹板h型梁的抗剪性能对应用有着重大的影响。
因此，对波形钢腹板h型梁抗剪性能的理论研究具有重要的现实意义。
2抗剪性能指标的理论概述
抗剪性能的主要指标是等效抗剪截面的弯矩载荷和抗剪弹性模量，这些指标都取决于梁弹性参数，以及柱构件、受力梁、抗剪构件蒙皮模型和结构参数等。
抗剪性能是有限元分析中常用的重要指标，可以通过层压法求解；同时，还可以应用变形抗剪模态验算或者节点抗剪法计算。
3波形钢腹板h型梁理论研究
（1）位移型抗剪计算法
位移型抗剪计算法是一种有效的抗剪计算方法，可以有效地解决波形钢腹板h型梁的抗剪问题，其基本原理是通过构件端口的位移来分析抗剪性能，以分析构件的抗剪强度和变形。
（2）抗剪弹性模量理论
抗剪弹性模量理论是一种有效的抗剪分析方法，它通过该梁的抗剪弹性模量计算抗剪强度，可以更准确地表征波形钢腹板h型梁的变形性能，并比较梁的变形能力和抗剪强度。
（3）三维细分层抗剪模型
三维细分层抗剪模型是一种基于拉格朗日凂方程构建的抗剪分析模型，它可以更加准确地分析波形钢腹板h型梁的抗剪强度。
该模型易于实现，可以更准确地分析波形钢腹板h型梁的抗剪性能。
4结论
研究表明，上述三种抗剪性能指标将有助于更准确地分析波形钢腹板h型梁的抗剪强度，同时也可以比较构件的抗剪性能，为此类构件的应用提供参考。
变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究
变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算及分布规律研究
苏俭;刘钊
【期刊名称】《结构工程师》
【年(卷),期】2010(026)006
【摘要】利用微元体平衡方程,推导了适用于变截面波形钢腹板组合梁的剪应力计算公式.通过与实体有限元进行比较,说明了推导的公式具有较好的精度.变截面波形钢腹板悬臂梁算例分析表明,变截面梁的剪应力分布规律与等截面梁有较大差异,由腹板承担的部分剪力转移至底板上,使腹板剪应力大大减小,而底板剪应力则显著增加.上述现象也会给变截面波形钢腹板箱梁的挠度计算带来较大影响,值得引起注意.【总页数】5页(P32-36)
【作者】苏俭;刘钊
【作者单位】上海市政工程设计研究总院,上海,200092;东南大学土木工程学院,南京,210096
【正文语种】中文
【相关文献】
1.变截面波形钢腹板组合箱梁腹板剪应力实用计算方法研究 [J], 李杰;武海鹏;陈淮
2.均布荷载作用下变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力的分布与计算 [J], 冀伟;魏源;罗奎
3.变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力计算研究 [J], 李立峰; 陈今东; 冯威; 周聪
4.变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算分析 [J], 李学映;葛玉梅;杨洋
5.变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算分析 [J], 李学映;葛玉梅;杨洋
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基于辛普森公式的变截面波形钢腹板组合箱梁 弯曲和剪切变形计算
Received: Mar. 4 , 2018; accepted: Mar. 20 , 2018; published: Mar. 27 , 2018
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Abstract
To study the non-prismatic corrugated steel web composite box girder bending and shear deformations, this paper derived the Simpson formula based equivalent moment of inertia method to calculate the bending and shear deformations of non-prismatic corrugated steel web composite box girders subjected to concentrated and distributed loads. A non-prismatic corrugated steel web composite box girder with considering the cantilever length of 80 m, is simulated as an example. The bending and shear deformations of the girder subjected to concentrated and distributed loads are obtained based on the proposed methods. For comparison, the finite element models of the girder established by using beam elements, solid-shell elements are also created to calculate the bending and shear deformations. To compare with the deformations calculated by the solid-shell element model, the errors of the calculated bending and shear deformations under the concentrated load based on the proposed methods are 1.3% and 13.4%, respectively, and the errors of the calculated bending and shear deformations under the concentrated load based on the beam element model are 4.6% and 34.1%, respectively. The bending and shear deformations are also obtained for the box girder under distrusted loads. To compare with the bending and shear deformations calculated by the solid-shell element model, the errors of the bending and shear deformations based on the proposed methods are 2.8% and 15.8%, respectively, and the errors of the bending and shear deformations based on the beam element model are 5.5% and 29.7%, respectively. In this paper, the shear contribution of the top and bottom concreted flanges is also quantitatively studied. Since the proposed method considered the shear effect of the top and bottom flanges, the calculated deformation is more consistent with the result calculated from the solid-shell element model. The results of this paper show that the calculated bending and shear deformations based on the proposed method are in a good agreement with the results obtained from the entity-shell element model, and the proposed method can be applied into the bending and shear deformations calculation of the non-prismatic corrugated steel web composite box girder with relatively high efficiency and resolution.
波形钢腹板抗剪性能的研究
波形钢腹板抗剪性能的研究李立峰;侯立超;孙君翠【摘要】为了研究波形钢腹板的抗剪受力性能,首先设计了4根波形钢腹板H型钢梁并进行屈曲加载试验,掌握了波形钢腹板屈曲的基本特征;统计国内外已建波形钢腹板组合桥的波形钢腹板尺寸参数、并对弹性屈曲强度的计算进行了分析,建议了弹性屈曲强度简化计算公式和适用范围;考虑局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度等参数范围,合理选取一批试验数据对Yi、聂建国等提出的波形钢板非线性剪切屈曲强度计算公式进行了对比分析,并通过ANSYS有限元程序对本文部分试验结果进行了分析验证.结果表明:波形钢腹板主要承担剪力且剪应力沿高度均匀分布;几何初始缺陷对其剪切屈曲强度的影响较明显;在工程应用范围内,文中建议的弹性屈曲强度和非线性剪切屈曲强度公式与试验值和有限元分析值吻合较好,精确度较高,可供工程设计参考.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(042)011【总页数】8页(P56-63)【关键词】钢腹板;抗剪试验;屈曲;弹性;非线性【作者】李立峰;侯立超;孙君翠【作者单位】湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082;湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082;中铁十局济南勘察设计分公司,山东济南 250001【正文语种】中文【中图分类】U448.213波形钢腹板组合桥具有受力明确、截面效率高、桥型美观等诸多优点，彻底解决了混凝土梁桥腹板开裂问题，提高了预应力效率，抗剪屈曲强度高.近年来我国已建成多座该类型桥梁，如较有代表性的山东鄄城黄河大桥、新密溱水桥等.随着波形钢腹板组合桥在我国的大力推广，其设计计算方法需得到逐步的完善，特别是仅承受剪力的薄钢腹板的剪切屈曲问题，包括整体屈曲、局部屈曲及合成屈曲，通过给定的波形如何准确得到其屈曲模态和荷载对指导设计至关重要.国外学者对波形钢板的抗剪屈曲研究起步于1969年.Easley[1]首先掀起了波形钢腹板梁模型试验研究的序幕，紧接着Elgaaly,Hamilton,Drive,Abbas,Moon,Linder大学[2-6]等多位学者和机构做过波形钢板的剪切屈曲试验；Easley和Skan-Southwell分别给出了波形钢板的整体、局部弹性屈曲强度计算公式，且已得到广泛的认可，但对合成弹性屈曲强度的计算仍存在不同的争议[4,7]，考虑非线性等因素后其实际屈曲强度的计算都是基于试验和数值模拟数据的拟合公式.国内研究起步相对较晚，仅周绪红、聂建国、李国强、宋建永[8-10]等人做过类似试验研究和理论分析，其中聂建国[10]做的8根H 型钢梁的剪切屈曲试验最具代表性.相比较而言，对波形钢腹板剪切屈曲的试验探究和理论分析仍需进一步拓展，特别是在波形钢腹板合成弹性屈曲计算上还存在一定异议，其实际非线性屈曲强度的计算公式拟合时采用的数据范围较广，有些并不符合已建波形钢腹板PC组合梁的情况，因此有必要根据已建实桥的主要参数范围，选择尽可能合理的试验数据对相关计算公式做进一步对比分析.本文首先完成4根波形钢腹板H形钢梁的剪切屈曲试验，以掌握波形钢腹板的基本抗剪性能，为进一步研究波形钢腹板抗剪行为提供试验依据，接着根据已建实桥的波形钢腹板的尺寸参数，深入研究弹性和非线性屈曲强度，并建议相应的计算公式.1.1 模型设计本文首先设计了4片波形钢腹板H形钢梁进行屈曲荷载试验，其设计原则是：①保证模型发生剪切屈曲破坏而不发生其他形式破坏，②L1和L2波形较疏，易发生局部屈曲破坏；G1，G2波形较密，易发生整体屈曲破坏.模型尺寸如图1和表1所示.实测钢腹板的屈服强度平均值为380.2 MPa，极限强度平均值为456.6 MPa.试件制作效果G2如图2(a)所示.1.2 加载与测试试验加载装置如图2(b)所示，试验为跨中单调静力加载试验，每级荷载控制在10 kN左右，钢腹板屈曲后采用跨中竖向位移控制加载.试验前对钢腹板的初始缺陷进行测量，结果如下：试件L1，L2左右两侧腹板初始缺陷最大值分别为1.02 mm和1.09 mm，1.62 mm和1.86 mm，而试件G1，G2分别为1.98 mm和2.06 mm，2.36 mm和2.09 mm，其中L2左侧钢腹板侧向几何初始缺陷分布如图3所示.试验测试内容主要包括:1)钢腹板的剪应变，采用在腹板表面粘贴应变花的方式；同时在上下翼缘板适当布置应变片以测量弯曲应变；2)跨中竖向变形，在跨中截面布置百分表测试；3)腹板的侧向变形，在腹板沿横向设置百分表.图4为L1和L2的测点布置，试件G1和G2的测点布置基本相同，沿竖向设5个应变花.1.3 试验过程及破坏现象根据以上加载和测试方案对4个模型进行了加载测试，结果如下.1.3.1 试件L1和L2——局部屈曲试验过程：试件L1左右两侧腹板几乎同时在跨中的波折段发生屈曲破坏；试件L2右侧钢腹板几个子波折段首先发生屈曲破坏，试件整体承载力下降，卸载后，由于左侧钢腹板没有发生破坏，故在右半跨上下翼缘板焊接45°钢板提供斜向支撑，进行第二次加载试验.破坏现象：两个试件钢腹板的屈曲破坏现象和模式相同，首先在靠近跨中的单个波折段上沿45°发生屈曲破坏，随着加载的继续，多个破坏区域沿45°方向扩展到临近的2～3个子板上，最终破坏形态如图5(a)所示.因此可以判断，试件L1和L2的钢腹板首先发生局部屈曲破坏，随着加载继续，伴随合成屈曲.1.3.2 试件G1和G2—整体屈曲试验过程：当加载一定程度后，试件G1左右两侧腹板基本同时发生屈曲破坏；试件G2的左侧腹板首先发生屈曲破坏，卸载后，由于G2的右侧腹板没有发生屈曲破坏，因此按照试件L2的做法进行处理并进行了第二次加载试验.破坏现象：G1和G2的破坏现象和模式相同，先在腹板中间贯穿多个子板区域发生成45°的屈曲破坏，随着加载的继续，屈曲沿着45°向两侧发展，形成了3个大的破坏区域，平面外的变形加大，其破坏形态如图5(b)所示.因此可以判断，两试件腹板都发生了整体屈曲破坏.1.4 试验结果及分析1.4.1 钢腹板剪应变图6给出了部分钢腹板在屈曲前的剪应变分布情况，其他测点规律基本一致.图6结果表明：波形钢腹板沿高度方向的剪应变分布均匀，且随着荷载线性递增而线性增加.1.4.2 钢腹板主应变方向根据腹板每个测点的3个方向应变值计算其主应变方向.限于篇幅，表2给出了部分试件测点的主应变方向.结果表明，钢腹板发生屈曲前，所有测点处主应变方向基本接近45°，因此，波形钢腹板基本处于纯剪状态，只承担剪力.1.4.3 荷载位移曲线试件L1和L2的跨中荷载位移曲线如图7(a)所示，由图可以看出，两试件在钢腹板屈曲后承载力突然下降.试件L2的第一次试验的承载力要明显小于第二次试验，即试件L2的左侧钢腹板的抗剪屈曲强度要大于右侧钢腹板的抗剪屈曲强度，这主要是由于实际测得的右侧钢腹板的初始缺陷值相对较大.给出第二次试验L2左侧腹板测点5的侧向荷载位移曲线如图8所示.试件G1和G2的跨中荷载位移曲线如图7(b)所示，由图可以看出，两试件在钢腹板屈曲后承载力也发生了突然下降.同样由于G2左侧钢腹板的初始缺陷值要大于右侧钢腹板，因此，试件G2的第一次试验的承载力要明显小于第二次试验.给出第二次试验G2右侧腹板测点6的侧向荷载位移曲线如图8所示.1.5 评述综合上述试验研究可知，波形较密时易发生整体屈曲，波形较疏时易发生局部屈曲，有时伴随合成屈曲；波形钢腹板在弹性范围内处于纯剪状态且剪力沿高度方向均匀分布；几何初始缺陷越大对其抗剪屈曲强度影响越大，实际钢腹板的抗剪屈曲强度往往达不到理想的状态.通过试验对波形钢腹板的抗剪屈曲特性有了宏观认识，但如何根据波形尺寸较为准确地计算分析出其屈曲模态和实际屈曲荷载更为关键.国内外的学者对其实际屈曲强度即非线性屈曲强度的计算都是基于标准化抗剪强度ρ和剪切屈曲长细比λs的拟合关系曲线形式给出，ρ依据式(1)计算，λs依据式(2)计算，其中τy为钢材剪切屈服强度，τcr为非线性屈曲强度，τel为弹性屈曲强度，因此，要得到其非线性屈曲强度必须要正确计算出其弹性屈曲强度，所以首先来分析其弹性屈曲强度，然后再对非线性屈曲强度进行分析. ρ=τcr/τy；2.1 概述国外对波形钢腹板的研究起步于其弹性屈曲强度的研究，包括整体弹性屈曲强度和局部弹性屈曲强度，及合成弹性屈曲强度．目前，对前两者的计算已有了较明确的计算公式，但合成弹性屈曲的理论和计算仍存在不同的看法.波形钢腹板的屈曲模态和屈曲强度与其波形尺寸密切相关，因此有必要对国内外一些已建波形钢腹板组合实桥的波形尺寸参数做出整理归纳，以便下面的进一步分析.随机选取国内外较为代表性的10座波形钢腹板组合桥如表3所示，波形尺寸一并列出.2.2 局部弹性屈曲强度波形钢腹板局部屈曲破坏模态如图9所示.Skan-southwell等人给出其局部弹性屈曲计算公式如式(3)，其中kL为局部剪切屈曲系数，它与钢板的边界条件及尺寸参数有关，每个钢板段之间互为弹性支撑，考虑到长期动荷载作用下，且从安全保守的角度考虑，认为波形钢腹板边界条件为四边简支，因此kL的计算见式(4).；进一步分析局部屈曲系数如下：由式(4)可以看出，局部屈曲系数和波形钢板的最大板宽与钢板高度的比值ω/h有关.由表4中实桥的波形参数可知，绝大多数情况下ω/h都小于0.25，因此，kL的计算值与常数项5.34非常接近，误差在3%左右.因此，对常规波形钢腹板实桥局部弹性屈曲强度按照式(3)计算，且kL直接取5.34即可.2.3 整体弹性屈曲强度波形钢腹板整体屈曲破坏模态如图10所示.Easley等人给出波形钢板整体弹性屈曲的计算公式，对其进一步整理如式(5).其中kG为整体屈曲系数，仍是与边界条件及波形尺寸相关的系数.进一步分析整体屈曲系数如下：由于整体屈曲程度高，不控制波形钢腹板组合梁钢腹板的抗剪设计(后面会进一步分析说明)，因此可以从相对保守的角度计算分析.式(6)中β是与边界条件有关的系数，这里按照四边简支的情况取值为1，η是波形钢板桥轴向与波形钢板展开长度的比值，由前面实桥波形参数计算可知其折角θ一般在30°～45°之间，而且国外Linder[6]建议θ≥30°，从实桥设计角度来看θ也不会过大，因此η取值在0.85～0.94之间，且对屈曲系数值影响很小，这里为了设计方便而取定值为0.9，进一步整理式(6)得到式(7)为整体屈曲系数的简化计算公式.因此，对常规波形钢腹板实桥整体弹性屈曲强度按照式(5),式(7)计算即可. 2.4 对比分析已有研究表明，合成弹性屈曲强度与局部弹性屈曲强度和整体弹性屈曲强度有关[4，7]．按照前面两者计算公式的分析，对前面10座波形钢腹板组合桥的局部和整体弹性屈曲强度计算，结果列于表4中，所有计算结果趋势完全一样，两者强度值均远大于钢材的屈服强度，且局部弹性屈曲强度都小于整体弹性屈曲强度，多数桥两者的比值相差较大，如Cognac桥、三道河中桥和大堰河桥，比值仅在0.25左右.并对其他多座已建实桥整体、局部弹性屈曲强度计算，结果趋势和上面10座桥完全一致.国内聂建国[10]等人发现波形钢腹板梁的承载力在钢腹板发生局部屈曲后还有一定程度的增长，本文试验试件L1和L2第二次试验的跨中荷载位移曲线也可以看出此趋势.再者，波形较疏时美感更强，而且波形较疏时材料的利用程度更高.因此，从实际波形钢腹板组合桥设计角度考虑，在这里设定由局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度，且比值最好在0.5以下.2.5 合成弹性屈曲强度合成屈曲是一种介于局部屈曲和整体屈曲之间较为复杂的屈曲形式，其理论和计算仍没有一致确定的结论.国外对其研究最初是基于局部弹性屈曲强度、整体弹性强度及钢材的剪切屈服强度[4,7]；后来Yi等人又认为合成屈曲与钢材的屈服强度没有关系，如式(8)所示.对于n的取值，不同的学者有不同的看法，主要有1，2，4等几个取值.本文采用Yi等人的结论，不考虑钢材本身的屈服强度，用式(8)计算合成弹性屈曲强度，并进一步分析确认n取值为1的合理性.由公式本身可以看出，合成弹性屈曲强度是小于整体和局部弹性屈曲强度的，且与两者的大小关系相关．而实际波形钢腹板组合桥中，局部弹性屈曲强度是小于整体弹性屈曲强度的．因此，本文仅在该范围内分析.通过对整体和局部弹性屈曲的分析可知，两者的关系主要与hr/t，ω/h的大小有关，根据对实桥参数的整理，hr/t在15到25之间，ω/h在0.25以下，为了分析，这里指定hr/t为10～30，ω/h小于0.3.波形钢板抗剪屈曲的有限元分析方法的有效性早得到证实[2-5,10]，采用文献[10]中的Ansys建模方法，在给定的参数研究范围内，以试验试件L2的波形尺寸为基准，固定hr=60 mm，ω=100 mm，变化t和h，建立42个有限元模型，进行特征值屈曲分析，得到其弹性屈曲强度即合成弹性屈曲强度.按照前文公式分别计算出整体和局部弹性屈曲强度，得到与的关系曲线如图10所示，并将公式(8)中n=1的曲线(粗线)表示于图11中.由图11可以看出，在上述给定的参数范围内，当局部弹性屈曲强度小于整体弹性屈曲强度时，按照公式(9)计算出的弹性屈曲强度和有限元分析结果趋势是一致的，而且在保守的基础上是较为接近的．从实桥设计角度考虑，hr/t取值在10～20时按照公式(9)计算合成弹性屈曲强度更为安全保守.3.1 试验对比分析波形钢板的弹性屈曲强度大于钢材本身的剪切屈服强度时，就需要考虑非线性等因素的影响，即钢腹板的非线性屈曲强度．国内外学者在数值拟合及试验验证的基础上给出了多种计算公式，但所取数值较为广泛，有些并不符合波形钢腹板组合桥的实际情况，因此有必要做进一步的整理分析.由于受到初始缺陷、残余应力、边界条件、施工制作误差等诸多不确定的因素影响，波形钢板非线性屈曲强度的计算很难达到一定精确度，只能在保守的情况下尽量减少误差.本文选取较为合理的Yi[7]的计算公式(10)和国内聂建国[10]的计算公式(11)进行研究分析，并根据前文对实际波形钢腹板PC组合桥参数分析，按照以下原则筛选了包括本文试验在内的4组试验数据：①ω/h≤0.3；②a/h≥1；③折角θ在30°～45°之间；④局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度.由图12可以看出，剪切屈曲长细比小于1时，聂给出的计算公式更为保守，当剪切屈曲长细比在1和2之间时，两者曲线非常的接近.所选取的试验数据较好地分布于两曲线周围，离散性较低，仅有个别试验点稍低于曲线.因此在进一步选择的合适试验数据范围内，Yi和文献[10]给出的计算公式都能很好地计算出考虑非线性后波形钢腹板的实际剪切屈曲强度，在保守的基础上也比较准确，适合设计计算参考使用.3.2 有限元分析本文采用有限元程序Ansys14.0对试件L1, L2建立了有限元模型，进行了特征值弹性屈曲分析和非线性屈曲分析.与前面分析合成弹性屈曲强度建模一样，用shell181单元模拟波形钢腹板，其中试件L2波形钢板的有限元模型如图13所示.考虑钢腹板承担全部剪力[2,10]且沿高度均匀分布，按照本文建议的弹性屈曲强度的公式计算试件L1,L2的值分别为97.6 MPa, 124.8 MPa，有限元计算结果分别为106.8 MPa, 135.2 MPa，结果吻合相对较好．对于钢腹板非线性屈曲强度，考虑几何非线性和材料非线性，并按照实际施加了初始缺陷，其中L1侧向荷载位移曲线如图14所示，与L1试验梁一侧剪力(加载力的一半)较接近，且破坏强度远小于钢材本身的剪切屈服强度τy，发生了屈曲稳定破坏形态，将L1和L2试验值、有限元计算值、按照文献[10]计算理论值列于表5中，其中试件L2以左侧钢腹板为准．由表5可以看出，有限元分析由于没有考虑残余应力等其他因素情况下计算值略大，本文建议的钢腹板非线性屈曲强度的计算公式与试验及有限元分析结果吻合较好，误差在5%以内，在保守的基础上相对精确.1)通过4根波形钢腹板H形钢梁的抗剪屈曲静力试验，初步掌握了其抗剪性能.试验结果表明：波形钢腹板基本处于纯剪状态，且剪力沿高度方向均匀分布；初始缺陷越大对其非线性屈曲强度的影响越大.2)根据分析实桥波形钢腹板波形参数，对局部弹性屈曲系数可以直接取值5.34，并对整体屈曲系数给出了较为方便的建议公式.计算的实桥局部弹性屈曲强度小于甚至远小于整体弹性屈曲强度，在此基础上对合成弹性屈曲强度进行了分析，结果显示在给定的范围内，本文建议的弹性合成屈曲强度计算公式在保守的基础上有相对较高的精度.3)根据前文分析，选取了包括本文在内的4组实验数据，选取时按照以下原则：①ω/h≤0.3；②a/h≥1；③折角θ在30°～45°之间；④按照前面的计算公式算出的局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度.通过选取的数据对聂建国等人及Yi 等人给出的波形钢腹板实际非线性屈曲强度计算公式进行对比分析，并建立本文试验梁的有限元模型分析对比.三者数值吻合较好，建议的计算公式在相对保守的基础上精确度较高，可供工程设计参考.†通讯联系人，E-mail:****************.cn【相关文献】[1] EASLEY J T, MCFARLAND D E. Bucking of light-gage corrugated metal shear diaphragms[J]. Journal of the Structural Division, ASCE, 1969,95:1497-1516.[2] ELGAALY M，HAMILTON R, SESHADRI A．Shear strength of beams with corrugated webs[J]．Journal of Structural Engineering, ASCE, 1996,122(4)：390-398.[3] DRIVE R G, ABBAS H H, SAUSE R. Shear behavior of corrugated web bridge girders [J]．Journal of Structural Engineering,2006, 132(2):195-203.[4] ABBAS H H, SAUSE R, DRIVE R G. Shear strength and ability of high performance steel corrugated web girders[C]//Proceedings of the structural stability research council annual technical session, 2002: 361-387.[5] JIHO Moon, JONGWON YI, BYUNG H CHOI, et al. Shear strength and design of trapeziodally corrugated steel webs[J]．Journal of Constructional SteelResearch,2011,67(2):223-236.[6] LINDER J, HUA NG B. Beulwerte für trapezförrmig profilierte bleche unter schubbeanspruchung[J]．Stahlbau,1995,64(2):370-374.(In Germany)[7] YI J, GIL H, YOUM K, et al. Interactive strength of trapezoidally corrugated webs[J]. Eng Struct, 2008, 30:1659-1666.[8] 李国强,张哲,孙飞飞. 波纹腹板H型钢梁抗剪承载力[J].同济大学学报,2009, 37(6):709-714.LI Guo-qiang, ZHANG Zhe, SUN Fei-fei. Shear strength of H-beam with corrugated webs[J]. Journal of Tongji University, 2009,37(6):709-714. (In Chinese)[9] 周绪红,孔祥福. 波纹钢腹板组合箱梁的抗剪受力性能[J].中国公路学报，2007,20(2)：77-82. ZHOU Xu-hong, KONG Xiang-fu. Shear mechanical property of composite box girder with corrugated steel webs[J]. China Journal of Highway and Transport, 2007,20(2)：77-82. (In Chinese)[10] 聂建国,朱力, 唐亮.波形钢腹板的抗剪强度[J].土木工程学报,2013,46(6):97-109.NIE Jian-guo, ZHU Li, TANG Liang. Shear strength of trapezoidal corrugated steel webs[J]. China Civil Engineering Journal, 2013,46(6)：97-109. (In Chinese)。
单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析
单箱双室变截面波形钢腹板组合梁剪应力分析冀伟;黄逸航;罗奎;马凯耀;石旭辉;余壮果【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2024(21)3【摘要】为了研究单箱双室变截面波形钢腹板组合箱梁(CBBCSW)的剪应力分布规律,分析了单箱双室变截面CBBCSW的顶底板与波形钢腹板(CSW)的承剪问题。
基于微元体平衡和切应力互等定理推导了变截面CSW的剪应力计算公式,并与等截面CSW剪应力计算公式进行了对比。
对各项剪应力的性质展开了研究,针对变截面CBBCSW的顶底板和参与承剪机理进行了分析,提出了底板承剪比例计算公式。
以室内模型试验梁和一座单箱双室变截面CBBCSW为例,采用ANSYS有限元软件分别建立了试验梁与实桥的有限元模型,研究了不同约束体系下,剪应力在CSW上的分布以及顶底板与CSW参与承剪的规律。
对比不同荷载情况下,有限元计算结果与理论公式计算结果的差异,分析不同荷载工况对顶底板与CSW参与承剪的影响。
此外,分析了横隔板对单箱多室CBBCSW剪力分配的影响。
研究结果表明:所提公式的理论结果与试验实测结果和有限元结果吻合较好,且底板参与承剪的比例不可忽视;变截面引起的“附加剪应力”是影响剪力传递的直接原因,弯矩的大小会直接影响底板参与承剪的比例;对称荷载下中腹板与边腹板的剪力分布几乎相同,而横隔板会改变CSW上剪力分配,靠近横隔板处的部位剪应力分布更均匀。
研究结果可以为实际工程中变截面CSW的剪应力和承剪比的分析提供参考依据。
【总页数】12页(P1090-1101)【作者】冀伟;黄逸航;罗奎;马凯耀;石旭辉;余壮果【作者单位】兰州交通大学土木工程学院;湖南大学土木工程学院;同济大学机械与能源工程学院【正文语种】中文【中图分类】U488.216【相关文献】1.变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力及剪力传递效率分析2.变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算分析3.单箱双室变截面波形钢腹板组合连续箱梁自振特性试验研究4.单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究
第43卷第10期2010年10月土 木 工 程 学 报CH I NA C I V I L ENG I NEER I NG J OURNALV o.l 43O ct . N o .102010作者简介:郭彦林,博士,教授收稿日期:2009 03 17波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究郭彦林 张庆林 王小安(清华大学,北京100084)摘要:波形腹板工形构件主要有三种波形形式,即梯形、三角形与正弦波浪波形等。
在总结前人对梯形腹板抗剪承载力研究成果的基础上,对波浪腹板工形构件的腹板抗剪性能进行系统研究。
针对波浪腹板的屈曲特性提出弹性剪切屈曲荷载的计算公式,给出计算公式的适用范围。
基于弹塑性大挠度有限元分析研究波浪腹板的弹塑性屈曲性能以及屈曲后行为,揭示其抗剪承载力极限状态以及缺陷敏感性,提出弹塑性屈曲荷载的实用计算公式,建立波浪腹板抗剪承载力设计方法。
进行6个波浪腹板短梁试件的抗剪承载力试验,揭示波浪腹板的抗剪极限状态与初始屈曲及屈曲后性能之间的关系。
试验结果与有限元结果吻合很好,推荐的设计公式合理。
关键词:波浪腹板;抗剪承载力;试验研究;设计公式中图分类号:TU 392.5 文献标识码:A 文章编号:1000 131X (2010)10 0045 08A theoretical and experi m ental study of the shear strength ofH Shaped m e mbers w ith sinusoi dal corrugated websGuo Yanlin Zhang Qinglin Wang X i a o an (Tsi n ghua Un i v ersity ,B eiji n g 100084,China)Abst ract :Currentl y ,t h e typica l pr o files of corr ugated w ebs ,trapezo ida,l triangular and si n uso ida,l have been w ide l yused in Europe and A ustra li a .The prev i o us research on the shear capac ity o f trapezo i d al corrugated w ebs is summ ar ized,and a syste m ic study on the shear behav i o r o f H shaped m e m bers w ith si n uso i d al co rrugated w ebs is presented.S i m plified for m ulas for ca lculati n g the loca l and g lobal buckli n g loads of si n uso i d alw ebs are proposed ,respectively ,and t h e ir app licab ility assessed .Based on results fr o m fi n ite ele m ent ana l y sis ,an equation for predicti n g the ulti m ate shear i n g l o ads o f si n uso i d al w ebs is prov i d ed .A series o f sheari n g tests o f 6speci m ens is carried out i n Tsi n ghua Un i v ersity .A ll o f the test resu lts are i n good agree m entw ith the FEA results ,and both have confir m ed the rationality of t h e proposed equati o ns .K eywords :sinuso i d al corr ugated w eb ;sheari n g capac ity ;tes;t design for mu la E m ai:l gy@l tsi n ghua .edu .cn引 言波形腹板工形构件是一种新型高效型材,由波形腹板与平翼缘通过高频连续焊接组成。
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变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究
作者：杭兵
来源：《名城绘》2017年第03期
摘要：对于变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥这类大跨度桥梁（下文简称“波形钢腹板”）的建设工作而言，怎样在实际建设工作中让高腹板部位存在的屈曲承载力这一问题得到高效的解决，是提升施工跨度的一个主要问题。
下文就通过计算，对其进行深入的讨论。
关键词：变截面；波形钢腹板；应力计算；剪切屈曲承载力；研究
一、剪应力计算
本文经过对设计一个单箱单室的波形钢腹板模型，使用ANSYS这一有限元（下文简称为“ANSYS”）对其进行讨论计算。
该模型的平板区域和斜板区域全部使用的是100mm的波形钢腹板，其腹板的厚度是8mm、波高度是50mm，另外截面区域的参数如下图1所示。
注意：顶底板部位的宽度、钢腹板自身的厚度和顶板部位的厚度全部不会顺着跨度的方向发生转变，可是，截面部位的梁高和底板部位的厚度全部順着跨度的方向出现转变，梁高从开始悬臂端底部区域的1.5m，转变到模型最大端的0.75m，底板部位的厚度悬臂端底部区域的0.2m，转变到模型最大端的0.08m，这一悬臂模型的跨度尺寸是20m，此模型详细的另外截面区域的参数如下图1所示。
本文使用对钢腹板面积进行考虑以及忽视的这一对剪应力进行计算的公式，对该模型当中的5各主要截面区域和所有截面位置的上缘区域、下缘区域以及重心轴区域实施计算。
将最大悬臂端顶板位置的上缘区域当作原点坐标，将其命名为“O”，将从O点沿着悬臂端底部区域的线命名为x轴，将O点垂直往下方向的线命名为y轴，选择5个截面对其与O点进行定距，分别命名为x1、x2、x3、x4、x5，将其最大悬臂端到达悬臂端底部区域选择的截面的编号设定成：1#、2#、3#、4#、5#，按照圣维南原理，在对截面进行选择时，与最大悬臂端的距离为1.0m，另外就是1/4跨、中跨以及3/4跨，最后是与悬臂端底部区域的距离为1.0m这5个位置的截面进行计算，在同一个截面当中，选择与腹板上缘之间的距离为1/4h、1/2h、3/4h（注意：此处的“h”代表的是腹板的高）。
以上述内容为前提条件，对该模型的波形钢腹板进行计算，在垂直方向集中荷载和平均分布荷载作用的基础上，让结构力学了解这一结构只承担垂直方向的剪力Q和产生的弯矩M，所以，在垂直方向荷载的作用分布到达最大悬臂端，可以使用（1）式对进行计算：
所以，在对这一模型处于最大悬臂端阶段的钢腹板具备的剪应力进行计算时，只需要将还有I顺着跨度的方向发生的转变率进行计算就可以完成，最后，对截面当中任意某点位置上的梁高H进行计算，其具体公式为：
对梁高顺着跨度的方向出现的转变率进行计算，其具体公式为：
对截面当中任意某点位置上的底板厚度进行计算，其具体公式为：
对底板厚度顺着跨度的方向出现的转变率进行计算，其具体公式为：
对截面当中的顶板宽度以及底板宽度、顶板厚度这三个值进行计算，全部是固定值，根据上面第（3）以及第（4），就能够将截面当中的梁体高度和底板宽度通过计算得出，根据这两个数据，就能够将所有截面的面积大小、重心轴的方位还有净距等计算公式当中需求的所有参数得出。
二、计算处于极限状态时，剪切屈曲的承载力
（一）通过理论数值计算得出的结果
根据上文中对波形钢腹板具备的剪应力进行计算的公式，对某一桥梁处于N倍状态下承担的二期荷载作用当中，计算其波形钢腹板具备的剪应力数值。
这一桥梁自身承担的二期荷载数值是q=11.0kN/m，下表1当中屈曲强度达到的最小数值，是处于临界状态的屈曲强度数值，对N的取值进行计算时，钢腹板自身拥有的剪应力处于其临界状态的屈曲强度数值，下面，将计算得出的结果通过下表1罗列出来。
从上表1当中的计算结果当中了解到：这一桥梁当中的荷载力在进行平均分布时，同一个截面当中具备的剪应力呈现出的线性转变规律，借助于内插方式，能够得出钢腹板实现的临界状态的屈曲应力值，全部是荷载数值，就是这一座桥梁具备的剪力屈曲承载力。
借助于内插方式计算得出该桥梁承担的荷载力数值是：
从上式当中了解到，这一座桥梁波形钢腹板处于屈曲临界状态时，其理论状态下计算得出的剪切屈曲承载力是1570.56kN/m。
（二）有限元方式计算
使用ANSYS软件对上述桥梁的钢腹板屈曲展开讨论，波形钢腹板使用shell93单元，其中，腹板当中的梁高在底部区域的7.4m，转变到了12.3m位置上的6.0m，腹板的厚度在0～5.9m区间内是24mm，而在5.9m～12.3m区间内是22mm，将波形钢腹板所有垂直方向的线划分为36段，使用此方式对对应的单元属性进行定义，选择梁端当中的某一实际波形钢腹板，并使用ANSYS进行计算。
通过计算得出：所选波形钢腹板的在临界状态时的荷载大小Q=0.7773.1×1×107=7773.01 kN/m。
这一结果比理论数值大4.9倍，因此可以得出：实用计算公式得出的结果极具安全性，也十分科学、合理。
三、结束语
对于桥梁波形钢腹板具备的应力还有剪切屈曲承载力进行计算，能够提升其安全性以及项目质量，使用科学有效的方式对其进行计算，能够让项目的成本减小，施工质量得到提升。
参考文献：
[1]程坤，桂奇琦，王鹏.波形钢腹板组合连续箱梁桥剪力滞效应影响因素研究[J].科学技术创新，2017（2）：269-270.
[2]武海鹏，李杰，陈淮.变截面波形钢腹板组合箱梁剪应力及剪力传递效率分析[J].郑州大学学报（工学版），2017，38（2）：83-87.
（作者单位：中铁四局集团市政工程有限公司）。