负剪力滞效应的研究现状

负剪力滞效应的研究现状

摘要:本文从物理方面解释了箱梁负剪力滞效应产生的原因及其影响，对国内外有关负剪力滞效应研究现状进行了综述，最后指出该问题的主要研究方向以及亟待解决的问题。

关键词：箱梁负剪力滞变分法

箱梁在纵向弯曲时，翼缘板上传递的剪力流大小不同，由于板中的剪切变形致使应力发生不均匀变化，导致其正应力呈曲线分布，这种现象被称为“剪力滞效应”，根据其经典定义，如果翼板处正应力大于按初等梁理论计算得到的值，称之为“正剪力滞”；反之则称“负剪力滞”。

1 负剪力滞效应的产生及影响

国内外对负剪力滞的产生有三种理论解释。

(1)产生剪力滞效应主要归结于附加弯矩与外弯矩是否具有相同方向，如果同向则为正剪力滞效应，反之则为负剪力滞。(2)剪力流是产生负剪力滞的关键。不变的剪力流产生“正剪力滞”效应，变剪力流形成“负剪力滞”效应。文献[1]还强调“负剪力滞”的大小还取决于变剪力流变化的梯度急缓程度。(3)文献[2]特别阐明了产生“负剪力滞”效应的另一种原因，即是截面上变形协调理论。

总之，各类重要结构中产生“负剪力滞”效应是普遍现象，并非是

反常现象。由于普通力学常识很难理解，因此引起国内外学者们的普遍关注。在平板结构中，它的产生与剪力流的形态或者外剪力的分布有密切关系。对于“负剪力滞”现象，国内外仍在探索与研究中。

2 国内外对负剪力滞效应的研究

2.1 国内对负剪力滞效应的研究

(1)张士铎[3]教授主要应用变分法原理讨论了悬臂箱梁的负剪力滞效应。对常截面悬臂箱梁的负剪力滞效应，张教授分别假定翼缘板纵向位移沿横向分布按三次、四次抛物线变化规律进行分析，并应用变分法进行解析，最后用有限元法加以检验，得到了较为理想的结果。他还讨论了负剪力滞效应的影响因素，其主要影响因素是跨宽比。当跨宽比越小时，受正负剪力滞的影响都很严重。而且还发现是否出现负剪力滞现象取决于位移边界条件和外力边界条件，箱梁边界的约束条件是产生负剪力滞效应的内在因素，而产生负剪力滞的外因则是外荷载形式。(2)罗旗帜[4,5]等学者主要研究了变截面箱梁的负剪力滞效应，他提出了一种考虑剪力滞效应的箱梁结构有限段分析方法，该法适用于任意截面、任意支承条件和任意荷载情况的箱梁负剪力滞效应。并对变高度简支箱梁、悬臂箱梁的负剪力滞影响因素进行了探讨。

(3)程翔云[6]从物理上解释了悬臂箱梁的负剪力滞现象，还推断出，在集中弯矩作用于跨内某处时，在悬臂梁端内同样会产生负剪力滞。另外，他通过算例的分析发现，对于某些具有特定尺寸的悬臂箱梁，还存在一个“惰性区段”，在该区段内，无论是分布荷载还是集中荷载，

对整个结构均不产生剪力滞效应。

2.2 国外对负剪力滞效应的研究

负剪力滞效应最初是在飞机等特殊结构物中发现的，中井事口[7]在分析钢桥面板连续桥梁的有效分布宽度时，发现在土木结构中以悬臂梁作为基本结构的结构物中，也发生了负剪力滞效应。很多学者通过实验与分析发现负剪力滞现象仅在对称分布荷载作用下才会产生。中井博和村山泰男通过研究发现当对称集中荷载作用于悬臂跨内任意位置时，也会在梁内产生负剪力滞效应。Foutch和Chang[8]运用Reissner方法对四种悬臂箱梁进行了剪力滞效应的研究发现了负剪力滞效应。Kristek.V和Stdnicka[9]对负剪力滞的情况作了说明，他们从荷载形式、剪力流的大小及变化梯度作了探索。

3 亟待解决的问题

国内外很多学者已经对箱梁剪力滞效应问题进行了较深入的探讨，并且运用不同的方法取得了较好的效果，为箱梁桥受力性能的研究做出了不同程度的贡献。然而，随着桥梁跨宽比的不断增大，箱梁非线性效应日趋复杂，以及荷载作用形式的多样性，必将还有许多问题有待于我们去进行深入的研究。

国内外学者对箱梁剪力滞效应有了比较深入的了解，但对于负剪力滞效应产生的机理还没有一个确切的解释，其全面解释还有待于进一步研究。目前，对箱梁负剪力滞效应的研究主要是依靠已有的剪力

滞效应的分析方法，还有待于挖掘新的理论分析方法。对于曲线箱梁的剪力滞效应的研究还有待于加强，随着城市和山区的发展，势必会修建越来越多的立交桥、高架桥，曲线箱梁的应用会越来越广泛，如何找出一个有效合理的方法进行分析计算，有必要进行深入的研究。

4 结语

箱梁是当前桥梁工程中应用最为广泛的一种结构形式，其空间受力性能一直是桥梁工程师们最为关注的问题之一，随着桥梁跨宽比不断增大，以及曲线箱梁应用的增加，负剪力滞效应将成为箱梁空间受力性能研究中的一个很重要的问题，考虑到几何和材料非线性效应、荷载作用形式以及结构形式的复杂性，势必会引发箱梁结构设计中一些新问题，如何解决这些问题值得进行深入的研究。

参考文献

[1]Chang.S.T.and Ding Yun.Shear Lag Effcet in Box Girder with Varying Depth.Journal of Structural Engineering,ASCE.114(10):2280-2292.

[2]程翔云.梁桥理论与计算[M].北京:人民交通出版社,1990.

[3]Chang.S.T.,Fang.Z.Z.Negative shear lag in Cantilever Box Girder with Constant Depth.Journal of Structural Egineering,ASCE,1987.

[4]罗旗帜,俞建立.变截面箱梁的负剪力滞[J].重庆交通学院学

报,1997,16(2):18-25.

[5]罗旗帜,李树光.简支箱梁的负剪力滞[J].佛山大学学报,1995,8,13(4):40-46.

[6]程翔云.悬臂薄壁箱梁的负剪力滞[J].上海力学,1987,8(2):56-65.

[7]中井事口.按传递矩阵分析钢桥面板连续梁桥的有效宽度[R].土木学会论文报告集,1976(251).

[8]D.A.Foutch,P.C.Chang.A Shear Lag Anomaly.Journal of the Structural Division,ASCE,V ol.108,NO.ST7,July.1982:1653-1658.

[9]Kristek.V.,Studnicka.J(1988).Discussion of Negative Shear Lag in Canlilever Box Girder with Constant Depth.S.T.Chang and F.Z.Zheng,J of struct,Engrg.ASCE,1988.