橋梁施工中對箱梁剪力滯效的影響

【摘要】在結(jié)構(gòu)工程中，箱梁剪力滯后效應(yīng)是一個較為普遍存在的力學現(xiàn)象，但它也是橋梁結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計中的一個不容忽視的問題。一旦忽視了這種箱梁剪力滯后效應(yīng)就會低估翼板和箱梁腹板交接處的應(yīng)力和撓度，這不僅會造成橋梁的局部破壞和橋梁失穩(wěn)，更嚴重了還會使得整個工程毀于一旦，也正所謂：千里之堤潰于蟻穴。因此，本文筆者就在探討箱梁剪力滯效現(xiàn)狀與所存原因的基礎(chǔ)上，對橋梁施工中對箱梁剪力滯后效應(yīng)影響進行有關(guān)分析。

【關(guān)鍵字】橋梁；施工；箱梁剪力滯效

所謂箱梁剪力滯后效應(yīng)，也就是當墻體上開洞，形成了一個空腹的筒體，也就是框筒，開洞之后，由于橫梁的變形使剪力的傳遞滯后，從而使柱中的正應(yīng)力形成了拋物線。剪力滯后效應(yīng)發(fā)生的大小程度是與橋梁結(jié)構(gòu)長寬比、橋柱距離以及橋梁剛度等有關(guān)的。一般情況下，橋梁的結(jié)構(gòu)長寬比越小、柱距越小、以及剛度越弱，就會使剪力滯效越小，反之就會越大，如果這種剪力滯后現(xiàn)象越嚴重，就會使整個框筒結(jié)構(gòu)的整體空間變得更為薄弱。

一、對目前箱梁剪力滯效的現(xiàn)狀分析

隨著對箱梁剪力滯效研究的不斷深化，目前箱梁剪力滯效的研究不僅實現(xiàn)了多方面的突破，也逐漸在部分橋梁施工實際問題中找到了解決問題方法，形成了一套有效的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的分析方式。但在不斷發(fā)展與完善研究的過程中，也存在著一些不足之處，下面筆者就關(guān)于目前箱梁剪力滯效的現(xiàn)狀進行相關(guān)分析。

1.提出了能量變分法

能量變分法的主要觀念就是通過把梁的豎向位移以及翼板的縱向位移當做未知數(shù)，在計算求解的過程中，引入應(yīng)用最小勢能原理，構(gòu)建相關(guān)的微分方程，從而實現(xiàn)撓度與應(yīng)力解的得出，并在長期的、不斷深化的研究與探討之下，得出了剪力滯效的分析方式。另外得出的結(jié)果就是縱向預應(yīng)力筋的布置形式，它通過能量變分法的計算與分析，求出了剪力滯效系數(shù)的依賴參數(shù)，并對相關(guān)的位移函數(shù)進行了相關(guān)的調(diào)整，從而更加接近實際情況中的變形情況。

2.建立了彈性理論法

彈性理論的建立是由瑞雷納首先提出的，該理論是以經(jīng)典彈性理論為基礎(chǔ)提出的，它主要理論內(nèi)容包括：折板理論、正交異性板法以及逼你桿法等。折板理論實現(xiàn)了簡支梁在對稱荷載條件下的剪力滯公式精確解的導出。折板理論指出了影響箱梁其中一個重要因素是翼緣的款跨比。

3.實現(xiàn)了更為規(guī)范的設(shè)計

目前較為規(guī)范的設(shè)計形式便是設(shè)計規(guī)范法，也就是翼緣有效寬度法，但對機計算只提出了T型梁額翼緣有效寬度的經(jīng)驗取值方式，并沒有對箱梁剪力滯后效應(yīng)計算的具體操作進行詳細的計算與分析。另外，也沒有綜合考慮設(shè)計的多方面因素，僅僅只考慮了款跨比的影響。

二、對箱梁剪力滯效產(chǎn)生的原因探討

隨著薄壁箱梁的廣泛利用，便使得剪力滯效成為了大多數(shù)人關(guān)注的重點，并推動了其研究的深化。所以，在不少學者努力探索之下，得出了箱梁剪力滯效產(chǎn)生的緣由。

原因一：箱梁受力方式的影響

箱梁的受力方式是剪力滯效產(chǎn)生的原因之一。首先從箱梁受力方式來講，其具有六種不同的受力方式的影響，豎向彎曲、水平彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪力滯、拉壓還有翹曲這幾種變形，而水平彎曲、豎向彎曲以及拉壓則屬于位移性的受力模式，而另外三種受力模式則是由于畸變、剛性扭轉(zhuǎn)以及對稱縱向彎曲的負荷造成的。在這不同程度負載之下，便會在一定程度上使剪力滯效發(fā)生。

原因二：剪力流的作用

剪力流是受到薄壁箱梁橫截面剪力的影響的，并通過不同的實驗與數(shù)據(jù)研究，得出了相關(guān)的剪力流計算公式，然對于開口截面形式來講，在棋截面的自由邊緣處，其剪力流為零。但在大多數(shù)條件下，箱梁的橫截面一般都是封閉的，所以在計算其剪力流時，往往就需要在截面中的某一位置設(shè)有一個虛構(gòu)的切口，以作為開口截面，所以，為了能夠計算封閉條件下的剪力流就需要把開口剪力流與附加剪力流相加。因此，當翼緣板上的剪應(yīng)力分布均勻時，剪應(yīng)力也就會越大，當腹板離的越遠時，剪應(yīng)力也就會越小。由此，由于翼板剪力的不均勻就會使縱向正應(yīng)力不均勻的分布在翼板，在這種應(yīng)力傳到的過程中，就會產(chǎn)生剪力滯效。

三、探討橋梁施工中對箱梁剪力滯效的影響

一般情況下，橋梁的施工辦法翼板為兩種：無體系轉(zhuǎn)換的施工方式和有體系轉(zhuǎn)換的施工方式，而在施工過程中其結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變主要是與恒載內(nèi)力以及施工時間、過程相關(guān)的。然而，不同的橋梁施工結(jié)構(gòu)、不同的施工過程對箱梁剪力滯效有著不同的影響的。下面就橋梁施工對箱梁剪力滯效的影響進行相關(guān)探討。

1.混泥土收縮徐變對箱梁剪力滯效造成的影響

數(shù)值分析法是目前分析力學較為常用的一種方式，并伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，其逐漸成為了剪力滯效分析的重要方法之一。橋梁施工過程中，采用的材料大多則是鋼筋混泥土，然而，由于鋼筋混泥土以及結(jié)構(gòu)施工進程中會在成位移以及預應(yīng)力的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，位移以及內(nèi)力會對箱梁剪力滯效產(chǎn)生影響，所以，為了是實現(xiàn)對箱梁剪力滯效的有效分析，就需要以考慮混泥土收縮徐變的影響。一般情況下，鋼筋混泥土徐變系數(shù)是由數(shù)值積分或者積分來確定，而為了能夠?qū)崿F(xiàn)計算的方便，徐變系數(shù)便可以考慮之后彈性影響的取值，并隨其不同的變化，按老化理論來對其進行確定。通過混泥土徐變等效荷載向量便得以得出徐變系數(shù)公式。另外，不同的徐變也受到周圍環(huán)境的影響，例如：空氣濕度、溫度等，這種環(huán)境因素的變化，也會對混泥土收縮的變化造成一定的影響。因此，正隨著混泥土收縮不同程度的徐變，就會使得箱梁剪力滯效有著不同的影響，通過收縮的變動使得內(nèi)力與形變受到了影響。

2.不同的施工過程對箱梁剪力滯效產(chǎn)生的影響

在分析箱梁剪力滯效的過程中，通常是利用動態(tài)的接受有限元分析方法，其計算主要是依賴于單元模式的選擇以及單元網(wǎng)格的劃分。有限元分析方法與其他方式不同的是，它需要綜合性的考量具體的施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的體系、橋梁結(jié)構(gòu)的負荷狀態(tài)、混泥土的齡期、以及支撐邊界的條件等綜合的影響因素。在具體的計算操作過程中，它需要通過對剪力滯效影響的動態(tài)結(jié)構(gòu)利用有限元進行仿真分析，并使程序自動了完成橋梁施工的整體過程。另外，由于在各個階段的施工過程中，不同階段的混泥土齡期與其收縮徐變數(shù)值上具有差異，所以，為了應(yīng)對這種數(shù)值上的差異便根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)徐變過程，將其劃分為與施工進程相適應(yīng)的不同時間間隔部分，并在劃分的時間間隔中，將已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)過程中的節(jié)點力預計位移增量進行求解，并在此基礎(chǔ)上，按照工序進行的先后順序以及各個節(jié)點中的結(jié)束時間與節(jié)點力的狀態(tài)來進行累計、計算，從而就能夠在各個不同的施工過程中，得出不同結(jié)構(gòu)中的形變與內(nèi)力變化的狀態(tài)。因此，通過計算出的橋梁中的形變與內(nèi)力變化就能夠判斷橋梁施工對箱梁剪力滯效的影響了。

總的來講，橋梁施工對箱梁剪力滯效的影響是一個較為復雜的問題，盡管在國內(nèi)外不斷研究與深化的過程中，取得了不少令人稱贊的成就，但要在每種情況下實現(xiàn)剪力滯效的全面定量分析仍存在著一定困難。所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)剪力滯效的深化分析，創(chuàng)建更有效的剪力滯效的理論研究價值，就需要發(fā)散思維、協(xié)作創(chuàng)新，從而實現(xiàn)箱梁剪力滯效理論更細致、更深入的探討。

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