考慮剪力滯效應的薄壁結構特性分析.pdf

1、薄壁結構在彎曲荷載作用下存在剪力滯效應。國內外對剪力滯效應已有很多研究，也取得了一些成果，解決了部分實際工程問題，但仍然有許多問題還沒有完全得到解決。本文針對n形截面主梁斜拉橋、普通混凝土箱梁、波形鋼腹板組合箱梁等結構，研究了剪力滯效應對薄壁結構靜動力特性的影響，主要進行了以下幾方面的研究。 (1)采用有限單元法建立模型，分析了一斜拉橋∏形截面主梁的剪力滯效應的分布規(guī)律，并將有限元結果同實橋的實測值進行了對比，驗證了有限元模型的

2、正確性。詳細分析了斜拉橋∏形主梁的預應力、橫坡、小縱梁等參數(shù)對剪力滯效應的影響，并分析了剪力滯效應對∏形主梁斜拉橋動力特性的影響。從分析結果可知∏形截面斜拉橋主梁根部截面的剪力滯效應比跨中截面更為顯著；其主梁橫截面軸向應力橫向分布曲線存在多個拐點，剪力滯效應很難采用單個參數(shù)來描述；預應力對∏形截面斜拉橋主梁軸向應力的橫向分布規(guī)律有明顯影響，計算時不應忽略預應力束的影響；橋面橫坡也是影響∏形截面主梁斜拉橋剪力滯效應的一個重要因素，尤其是對

3、頂板中央處的縱向正應力影響較大；在橋面板沿縱向增設小縱梁是減小剪力滯效應的一種有效方法，高度較低的縱梁即可顯著改善應力分布；首次分析了剪力滯效應對∏形截面主梁斜拉橋動力特性的影響，結果表明：考慮剪力滯效應后主梁的振動頻率有所降低，且隨著頻率階次的升高，降低越明顯。 (2)采用能量變分法推導了考慮剪力滯效應的簡支箱梁自振基頻解析解，算例表明該方法比一般梁理論計算精度有顯著提高，且計算簡單方便。在此基礎上，又推導了簡支箱梁同時考慮剪

4、力滯效應以及剪切變形的各階頻率顯式計算公式，進一步提高了計算精度；對影響箱梁自振頻率的參數(shù)進行了詳盡的分析，結果表明：考慮剪力滯效應以及考慮剪切變形均使簡支箱梁的振動基頻降低，且對于箱梁的高階振動頻率降低程度尤為明顯，影響頻率降低程度的參數(shù)主要有：箱梁的頂?shù)装蹇箯潙T性矩占整個截面的抗彎慣性矩的比重(Is/I)、箱梁的跨寬比(l/2b)、箱形截面的剪切系數(shù)k以及跨高比(l/r)等參數(shù)，而其中箱梁的寬跨比是影響其降低程度的最重要因素。

5、 (3)推導了簡支波形鋼腹板組合箱梁的振動頻率公式，得到了考慮剪切變形及剪力滯效應的波形鋼腹板組合箱梁各階自振頻率的解析解；對一試驗波形鋼腹板組合箱梁進行了動力測試，得到了該試驗波形鋼腹板組合箱梁的實測自振頻率，并與簡單梁理論、本文理論公式以及三維有限元模型的計算頻率進行對比。對比結果表明剪力滯效應及剪切變形對波形鋼腹板組合箱梁的振動頻率影響較大，考慮剪力滯及剪切變形影響后的波形鋼腹板組合箱梁的振動頻率有所降低，相對于普通混凝土箱梁降

6、低程度更為明顯，且降低程度隨著計算頻率的階次的增加而迅速增加。而本文提出的理論公式可考慮剪力滯及剪切變形效應影響，且計算簡單，精度較高。 (4)為簡支箱梁在簡諧荷載作用下的強迫振動提出了一種實用計算方法，該方法可以考慮剪力滯效應的影響。在現(xiàn)有初等梁受迫振動理論的基礎上，推導了考慮剪力滯效應的簡支箱梁簡諧振動荷載作用下跨中截面的動應力放大系數(shù)，并將其與實體有限元結果進行比較，驗證了其計算精度；針對地震荷載作用下的箱梁動力響應，根據(jù)

7、反應譜法以及時程分析法，首次提出了等效彈性模量法以考慮其影響，文中算例驗證了等效彈性模量法的可行性。 (5)采用能量變分法，推導了考慮剪力滯效應的懸臂箱梁穩(wěn)定臨界力的顯式解，并通過算例將其與初等梁理論以及實體有限元算得的臨界力進行比較，結果表明該公式精度較高，且公式形式簡單，計算方便。考慮剪力滯效應后，懸臂矩形梁的穩(wěn)定臨界力有所降低，即初等梁理論計算的結果是偏于不安全，而本文的計算公式與初等梁理論一樣簡單，但計算的精度相對于初等