薄壁钢箱梁考虑加劲肋构造剪力滞效应的计算 (2012年)

采用有限元方法对设置不同加劲肋的钢箱梁进行模拟计算, 分析了各试件的应力分布并给出在不同构造情况下箱梁跨中截面顶板的剪力滞系数, 表明在钢箱梁中加劲肋可以有效地减少剪力滞效应; 根据有限元模拟计算出的不同构造情况下各试件的正应力值, 并结合变分法公式提出了计算箱梁截面正应力的修正公式, 有效地提高了计算精度。 ### 薄壁钢箱梁考虑加劲肋构造剪力滞效应的计算 #### 摘要概述 本文探讨了采用有限元方法对设置了不同加劲肋的钢箱梁进行模拟计算的问题。研究重点关注了各试件的应力分布情况，并给出了在不同构造条件下箱梁跨中截面顶板的剪力滞系数。研究发现，在钢箱梁中加入加劲肋能够有效减少剪力滞效应。此外，基于有限元模拟得到的不同构造条件下各试件的正应力值，并结合变分法公式，提出了计算箱梁截面正应力的修正公式，该修正公式显著提高了计算精度。 #### 加劲肋对剪力滞效应的影响 ##### 剪力滞效应简介 剪力滞效应是指薄壁箱梁在承受横向载荷时，其上下面板的拉应力在横截面上分布不均匀的现象。这种效应会导致面板中间部位的应力小于边缘部位，从而影响结构的整体承载能力。 ##### 加劲肋的作用 加劲肋是一种用于增强薄壁箱梁局部稳定性的构造措施。通过设置加劲肋可以改善剪力滞效应，使应力分布更加均匀，提高结构的安全性和经济性。 #### 有限元模拟研究 ##### 试件设计 本文设计了多个带有不同加劲肋配置的钢箱梁试件。以一个跨度为30米的简支钢箱梁桥为例，采用了单箱单室截面形式。梁的具体尺寸为：梁高1800mm，顶底板箱室部分宽度4800mm，箱梁两侧挑臂宽1200mm，顶板厚14mm，腹板和底板厚12mm，加劲肋厚度均为8mm。 为了研究不同加劲肋配置对剪力滞效应的影响，设计了三组共计六个试件。每组试件中加劲肋的用钢量相同，但是加劲肋的位置、间距和高度有所不同。这些差异旨在探讨加劲肋对剪力滞效应的具体影响。 1. **组1**：研究加劲肋是否设置对钢箱梁剪力滞效应的影响。 - 试件①：不设置加劲肋的钢箱梁。 - 试件②：设置加劲肋的钢箱梁（具体参数见表1）。 2. **组2**：研究顶底板加劲肋的不同设置对钢箱梁剪力滞效应的影响。 - 试件②：顶底板加劲肋间距d/12（d=4800mm），高度210mm。 - 试件③：顶底板加劲肋间距d/16，高度154mm。 - 试件④：顶底板加劲肋间距d/20，高度122mm。 3. **组3**：研究腹板加劲肋的不同设置对钢箱梁剪力滞效应的影响。 - 试件⑤：腹板加劲肋间距h/4（h=1800mm），高度400mm。 - 试件②：腹板加劲肋间距h/6，高度240mm。 - 试件⑥：腹板加劲肋间距h/9，高度150mm。 ##### 有限元模型建立与单元划分 为了准确模拟钢箱梁的力学行为，采用塑性壳单元SHELL143进行模拟。通过点-线-面-网格划分的方法建立了三维空间有限元模型。模型的建立充分考虑了桥的整体构造细节。 #### 正应力计算公式修正 基于有限元模拟结果，结合变分法公式，研究团队提出了一种新的计算箱梁截面正应力的修正公式。该公式能够更精确地反映加劲肋对剪力滞效应的影响，从而提高了计算精度。 #### 结论 通过对不同加劲肋配置的钢箱梁进行有限元模拟，研究团队发现加劲肋的有效设置能够显著减少剪力滞效应，改善应力分布，并提高了结构的安全性能和经济效益。提出的修正公式为进一步优化钢箱梁的设计提供了有力支持。未来的研究可以进一步探索更多类型的加劲肋配置及其对剪力滞效应的影响。