考慮剪力滯效應(yīng)的薄壁結(jié)構(gòu)特性分析.pdf

1、薄壁結(jié)構(gòu)在彎曲荷載作用下存在剪力滯效應(yīng)。國內(nèi)外對(duì)剪力滯效應(yīng)已有很多研究，也取得了一些成果，解決了部分實(shí)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(duì)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(jié)構(gòu)，研究了剪力滯效應(yīng)對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力特性的影響，主要進(jìn)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(yīng)的分布規(guī)律，并將有限元結(jié)果同實(shí)橋的實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了有限元模型的

2、正確性。詳細(xì)分析了斜拉橋∏形主梁的預(yù)應(yīng)力、橫坡、小縱梁等參數(shù)對(duì)剪力滯效應(yīng)的影響，并分析了剪力滯效應(yīng)對(duì)∏形主梁斜拉橋動(dòng)力特性的影響。從分析結(jié)果可知∏形截面斜拉橋主梁根部截面的剪力滯效應(yīng)比跨中截面更為顯著；其主梁橫截面軸向應(yīng)力橫向分布曲線存在多個(gè)拐點(diǎn)，剪力滯效應(yīng)很難采用單個(gè)參數(shù)來描述；預(yù)應(yīng)力對(duì)∏形截面斜拉橋主梁軸向應(yīng)力的橫向分布規(guī)律有明顯影響，計(jì)算時(shí)不應(yīng)忽略預(yù)應(yīng)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(yīng)的一個(gè)重要因素，尤其是對(duì)

3、頂板中央處的縱向正應(yīng)力影響較大；在橋面板沿縱向增設(shè)小縱梁是減小剪力滯效應(yīng)的一種有效方法，高度較低的縱梁即可顯著改善應(yīng)力分布；首次分析了剪力滯效應(yīng)對(duì)∏形截面主梁斜拉橋動(dòng)力特性的影響，結(jié)果表明：考慮剪力滯效應(yīng)后主梁的振動(dòng)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(dǎo)了考慮剪力滯效應(yīng)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(jì)算精度有顯著提高，且計(jì)算簡單方便。在此基礎(chǔ)上，又推導(dǎo)了簡支箱梁同時(shí)考慮剪

4、力滯效應(yīng)以及剪切變形的各階頻率顯式計(jì)算公式，進(jìn)一步提高了計(jì)算精度；對(duì)影響箱梁自振頻率的參數(shù)進(jìn)行了詳盡的分析，結(jié)果表明：考慮剪力滯效應(yīng)以及考慮剪切變形均使簡支箱梁的振動(dòng)基頻降低，且對(duì)于箱梁的高階振動(dòng)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(gè)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(dǎo)了簡支波形鋼腹板組合箱梁的振動(dòng)頻率公式，得到了考慮剪切變形及剪力滯效應(yīng)的波形鋼腹板組合箱梁各階自振頻率的解析解；對(duì)一試驗(yàn)波形鋼腹板組合箱梁進(jìn)行了動(dòng)力測(cè)試，得到了該試驗(yàn)波形鋼腹板組合箱梁的實(shí)測(cè)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(jì)算頻率進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明剪力滯效應(yīng)及剪切變形對(duì)波形鋼腹板組合箱梁的振動(dòng)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(dòng)頻率有所降低，相對(duì)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(jì)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(yīng)影響，且計(jì)算簡單，精度較高。 (4)為簡支箱梁在簡諧荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)提出了一種實(shí)用計(jì)算方法，該方法可以考慮剪力滯效應(yīng)的影響。在現(xiàn)有初等梁受迫振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了考慮剪力滯效應(yīng)的簡支箱梁簡諧振動(dòng)荷載作用下跨中截面的動(dòng)應(yīng)力放大系數(shù)，并將其與實(shí)體有限元結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了其計(jì)算精度；針對(duì)地震荷載作用下的箱梁動(dòng)力響應(yīng)，根據(jù)

7、反應(yīng)譜法以及時(shí)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(yàn)證了等效彈性模量法的可行性。 (5)采用能量變分法，推導(dǎo)了考慮剪力滯效應(yīng)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(shí)體有限元算得的臨界力進(jìn)行比較，結(jié)果表明該公式精度較高，且公式形式簡單，計(jì)算方便?？紤]剪力滯效應(yīng)后，懸臂矩形梁的穩(wěn)定臨界力有所降低，即初等梁理論計(jì)算的結(jié)果是偏于不安全，而本文的計(jì)算公式與初等梁理論一樣簡單，但計(jì)算的精度相對(duì)于初等