薄壁箱梁剪力滞效应研究
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摘要
剪力滞(应力分散)问题很早就有学者对其进行研究，最初是在航空工程上，后来应用到土建工程当中，经过20多年的发展，对剪力滞的研究也取得了一些成果，解决了一些实际工程问题，但许多问题并没有得到完全的解决，随着我国交通事业的发展，有关剪力滞的新问题也在不断出现，需要进一步的研究，本文就剪力滞的问题进行了如下的一些工作：
1．对于箱形截面主梁，本文考虑剪力滞效应的变形特点，根据箱梁纵向位移函数，采用基于能量变分法基础上的最小势能原理推导出系统的总势能表达式，然后通过变分法得到带有不同边界条件的一组微分方程，并写出轴向应力的解析表达式。结合实际的算例研究了等截面简支梁的剪力滞效应。采用截面当量法研究了变截面连续梁的剪力滞效应。
2．就悬臂梁的负剪力滞现象进行理论分析和推导，并结合实际算例来对悬臂梁负剪力滞现象进行参数分析。
3．阐述了宜宾中坝金沙江斜拉桥的模型试验，并结合该桥的模型试验数据，研究该斜拉桥的剪力滞效应。
通过本论文的工作，箱形截面梁桥的设计、分析提供更安全、合理的设计依据。
Shear lag phenomena or the nonuniform distribution of bending stress across wide flanges of beam cross section have long been recognized and studied.First studies were mainly concerned with stiffen beam of I shape in aviation engineering,while later concerned with civil engineering. Some research outcomes about shear lag problems were attained and part of project problems were solved during the twenty years.with the development of communication there are still many problems which need farther research.In this dissertation,shear lag effect is studied.The main contents are the followings.
1.A general potential energy equation is derived according to the principle of minimum potential energy and a set of differential equations with different boundary conditions are derived according to variational principle method considering the deformation properties and longitudinal displacement functions of constant depth box girders.The shear lag effect of simple supported beam will be studied with an exaraple.The method of substitute variable is applied to study the shear lag effect of continuous box girders with variable depth.
2. The negative shear lag effect of the cantilever and continuous girders is studied and the parameters which influence the shear lag effect is analysed.
3.Combining with the experiment of Yibin Zhongba Jinshajiang cable-stayed bridge concrete model,this dissertation analyses the shear lag effect of the cable-stayed bridge.
By the work of this dissertation ,more safer and more reasonable design and analysis method for box gerder have been offered.
1．对于箱形截面主梁，本文考虑剪力滞效应的变形特点，根据箱梁纵向位移函数，采用基于能量变分法基础上的最小势能原理推导出系统的总势能表达式，然后通过变分法得到带有不同边界条件的一组微分方程，并写出轴向应力的解析表达式。结合实际的算例研究了等截面简支梁的剪力滞效应。采用截面当量法研究了变截面连续梁的剪力滞效应。
2．就悬臂梁的负剪力滞现象进行理论分析和推导，并结合实际算例来对悬臂梁负剪力滞现象进行参数分析。
3．阐述了宜宾中坝金沙江斜拉桥的模型试验，并结合该桥的模型试验数据，研究该斜拉桥的剪力滞效应。
通过本论文的工作，箱形截面梁桥的设计、分析提供更安全、合理的设计依据。
Shear lag phenomena or the nonuniform distribution of bending stress across wide flanges of beam cross section have long been recognized and studied.First studies were mainly concerned with stiffen beam of I shape in aviation engineering,while later concerned with civil engineering. Some research outcomes about shear lag problems were attained and part of project problems were solved during the twenty years.with the development of communication there are still many problems which need farther research.In this dissertation,shear lag effect is studied.The main contents are the followings.
1.A general potential energy equation is derived according to the principle of minimum potential energy and a set of differential equations with different boundary conditions are derived according to variational principle method considering the deformation properties and longitudinal displacement functions of constant depth box girders.The shear lag effect of simple supported beam will be studied with an exaraple.The method of substitute variable is applied to study the shear lag effect of continuous box girders with variable depth.
2. The negative shear lag effect of the cantilever and continuous girders is studied and the parameters which influence the shear lag effect is analysed.
3.Combining with the experiment of Yibin Zhongba Jinshajiang cable-stayed bridge concrete model,this dissertation analyses the shear lag effect of the cable-stayed bridge.
By the work of this dissertation ,more safer and more reasonable design and analysis method for box gerder have been offered.
引文
【1】 郭金琼．箱形梁设计理论[M]．人民交通出版社，1991
【2】 王高雄．常微分方程[M]．高等教育出版社，1978
【3】 吴家龙．弹性力学[M]．同济大学出版社，1996
【4】 程翔云．梁桥理论与计算[M]．人民交通出版社，1990
【5】 项海帆．高等桥梁结构理论[M]．人民交通出版社，2001
【6】 张士铎．箱形薄壁梁剪力滞效应[M]．人民交通出版社，1998
【7】 严国敏．现代斜拉桥[M]．西南交通大学出版社，1996
【8】 DIN1075-1981, Betonbr ucken bemessung und ausfuhrung[s]
【9】 BRITISH STANDARDS INSTITUTION. BS5400. BSI, LONDON, 1990
【10】 范立础．预应力混凝土连续梁桥[M]．人民交通出版社，1999
【11】 钱冬生．钱冬生桥梁与教育文选[M]．中国铁道出版社，1998
【12】 【捷】V．克里斯特克．箱梁理论[M]．人民交通出版社，1988：106-117
【13】 倪元增．弹性薄壁梁桥分析[M]．人民交通出版社，2000：77-98
【14】 AASHTO．美国公路桥梁设计规范[M]．人民交通出版社，1998：154-160
【15】 刘涛．精通ANSYS[M]．清华大学出版社，2001
【16】 Mauricio Abramento, Andrew J. Whittle. Shear lag analysis of planar soil reinforcement in plane-strain compression[J]. Journal of engineering Mechanics. 1993,119(2):271-290
【17】 LEE JAN. Effective width of Tee-beamsd[J].The Structural Engineer. 1962,40(1):21-47
【18】 SONG Qi-Gen, SCORDELIS A C. Shear lag analysis of T-,I-,and box beams[J].Joural of Structual Engineering. 1990,116(5):1290-1305
【19】 KRISTEK V, STUDNICKA J. Negative Shear lag in flanges of plated structures[J].Journal of Structural Engineering. 1991,117(12) 3553-3569
【20】 REISSNER E. On the problem of stress distribution in wide flanged box beam[J].Journal Aero Sci. 1938, (5):295-299
【21】 HILDBRAND P B. The exact solution of shear lag problems in flat panels and box beams assumed rigid in the transverse direction[J]. NACA. 1943, (TN894):90-95
【22】 MALCOLM D J,REDWOOD R G. Shear lag in stiffened box girders[J]. Journal of Structural Division. 1970,96(ST7):1403-1415
【23】 REISSNER E. Analysis of shear lag in box beam by principle of minimum potential energy[J].Quarterly of Applied Mathematics. 1946,5(3) 268-278
【24】 ABDEL-SAYED G. EFFECTIVE WIDTH OF STEEL DECK PLATE IN BRIDGE[J]. Journal of Structural Division. 1969,95(ST7):1459-1474
【25】 A. O. ADEKOLA. On shear lag effects in orthotropic composite beams[J] Int. J. Solids Structures. 1974,10(4):735-754
【26】 CHU K H, PJNJARKAR S G. Multiple folded plate structures[J]. Journal of Structure Division. 1966,92(ST2):297-321
【27】 CHANG S T. Prestress influence on shear lag effect in continous box girder bridge[J].Journal of Structural Engineering. 1992,118(11) 3113-3121
【28】 蔡松柏，李存权．箱形梁桥剪力滞效应的精确分析[J]．中南公路工程．1989，(3)：33-41
【29】 TAHERIZN A R, EVANS H R. The bar simulation method for the calculation of shear lag in multicell and continuous box girder[J].Proc, Inc in civ Engrs. 1977, 2 (63) : 881-897
【30】 程翔云，汤康恩．计算箱形梁桥剪力滞效应的比拟杆法[J]．中南公路工程．1984，(1)：65-73
【31】 郭金琼，房贞政，罗孝登．箱形梁桥剪力滞效应分析[J] 土木工程学报．1983 16(1)：1-13
【32】 倪元增．槽型宽梁的剪力滞问题[J]．土木工程学报．1986，19(4)：32-40
【33】 程翔云，罗旗帜．箱梁在压弯荷载共同作用下的剪力滞[J]．土木工程学报．1991，24(1)：52-64
【34】 SUSHKEWICH K W. Negative shear lag explained[J].Journal of Struct Engrg. 1991,117(11):3543-3545
【35】 程翔云．悬臂薄壁箱梁的负剪力滞[J]．上海力学．1987，(2)：52-62
【36】 CHANG S T, ZHENG F Z. Negative shear lag in cantilever box girders with constant depth[J].Journal of Struct Engrg. 1987, 113(1):20-35
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【38】 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(3)：18-25
【39】 黄剑源，杨元忠．钱塘江二桥变截面箱形连续梁剪力滞效应的有限元分析[J]．桥梁建设．1994，(1)：70-76
【40】 魏丽娜，方放，余天庆等．变截面箱形梁桥剪力滞效应的近似计算方法[J]．土木工程学报．1995，28(4)：3-14
【41】 王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法[M]．清华大学出版社，1997
【42】 罗旗帜．变截面多跨箱梁桥剪力滞效应分析[J]．中国公路学报。1998，11(1)：63-70
【43】 SINGHY, NAGPAL A K. Negative shear lag in framed-tube buildings[J]. Journal of Structure Engrg. 1994,120(11):3105-3121
【44】 彭大文，颜海．曲线脊骨箱梁的剪力滞效应分析[J]．土木工程学报．1996，
29(4)：31-38
【45】 杨绿峰，高兑现，李桂青．箱形梁剪力滞效应求解的里兹法[J]．广西大学学报(自然科学版)．1998，23(1)：18-23
【46】 刘世忠，吴亚平，朱元林．薄壁箱梁剪力滞剪切变形双重效应分析的矩阵方法[J]．工程力学．2001，18(4)：140-146
【47】 谢旭，黄剑源．薄壁箱形桥梁约束扭转下翘曲、畸变和剪滞效应的有限元分析[J]．土木工程学报．1995，28(4)：3-14
【48】 杨允表，黄剑源．广义有限条法分析多室箱梁的剪力滞效应[J]．桥梁建设．1995，(4)：40-46
【49】 王修信，黄剑源．变截面多跨梯形箱梁剪力滞效应差分解[J]．桥梁建设．1993，(2)：58-64
【50】 Luigino D.,Fabrizio G. Graziano L. Angelo M.T. Time-dependent analysis of shear lag effect in composite beams[J].Journal of engineering of Mechanical. 2001, 127(1):71-78
【51】 CHANG S T, YUN D. Shear lag effect in box girder with varying depth[J] IABSE Publications. 29(11):41-52
【52】 张启伟，张士铎．单索面斜拉桥箱梁恒载剪力滞效应分析．中国公路学报．1997，10(1)：39-43
【53】 中华人民共和国交通部．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85)．北京：人民交通出版社，1985
【54】 王应良，强士中，郝超．芜湖长江大桥桥面板的有效宽度分析[J]．桥梁建设．1998(3)：13-15
【55】 钱伟长．广义变分原理[M]．知识出版社，1985：26-73
【56】 赵晓梅．多室箱梁剪力滞效应研究[D]．成都：西南交通大学硕士学位论文．2000
【57】 万臻．斜拉桥常用截面形式主梁的剪力滞效应研究[D]．成都：西南交通大学硕士学位论文．2002
【58】 Vladimir Kristek and jiri Studnicka. Negative Shear Lag in Flanges of Plated Structures[J].Journal of Structural Engineering. 1991, 117(12):3553-3564
【59】 Shi-Toh Zhang and Fang Zhen Zheng. Negative Shear Lag in Cantilever Box Girder with Constant Depth[J]Journal of Structural Engineering 1987,113(1):20-35
【60】 程海根．薄壁箱梁剪力滞效应理论分析与试验研究[D]．成都：西南交通大学博士学位论文．2003
【61】 Q. Z. Luo, Q. S. Li, J. Tang. Shear Lag in Box Girder Bridges[J].Journal of Bridge Engineering. 2002, (9) :308-313
【62】 方志，曹国辉，王济川．钢筋混凝土连续梁剪力滞效应试验研究[J]．桥梁建设．2000，(4)：1-3
【63】 刘山洪，何广汉，杨永贤．部分预应力混凝土箱梁节段模型剪力滞效应的试验研究[J]．桥梁建设．2000，(3)：5-7
【64】 李乔，唐亮，万臻等．宜宾中坝桥剪力滞试验报告，2000
【65】 Bogdan O. Kazmanovic, H. Janes Graham. Shear Lag in Box Girders[J]. Journal of the Structural Division. 1978,107(ST9):1701-1710
【2】 王高雄．常微分方程[M]．高等教育出版社，1978
【3】 吴家龙．弹性力学[M]．同济大学出版社，1996
【4】 程翔云．梁桥理论与计算[M]．人民交通出版社，1990
【5】 项海帆．高等桥梁结构理论[M]．人民交通出版社，2001
【6】 张士铎．箱形薄壁梁剪力滞效应[M]．人民交通出版社，1998
【7】 严国敏．现代斜拉桥[M]．西南交通大学出版社，1996
【8】 DIN1075-1981, Betonbr ucken bemessung und ausfuhrung[s]
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【10】 范立础．预应力混凝土连续梁桥[M]．人民交通出版社，1999
【11】 钱冬生．钱冬生桥梁与教育文选[M]．中国铁道出版社，1998
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【28】 蔡松柏，李存权．箱形梁桥剪力滞效应的精确分析[J]．中南公路工程．1989，(3)：33-41
【29】 TAHERIZN A R, EVANS H R. The bar simulation method for the calculation of shear lag in multicell and continuous box girder[J].Proc, Inc in civ Engrs. 1977, 2 (63) : 881-897
【30】 程翔云，汤康恩．计算箱形梁桥剪力滞效应的比拟杆法[J]．中南公路工程．1984，(1)：65-73
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【39】 黄剑源，杨元忠．钱塘江二桥变截面箱形连续梁剪力滞效应的有限元分析[J]．桥梁建设．1994，(1)：70-76
【40】 魏丽娜，方放，余天庆等．变截面箱形梁桥剪力滞效应的近似计算方法[J]．土木工程学报．1995，28(4)：3-14
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【48】 杨允表，黄剑源．广义有限条法分析多室箱梁的剪力滞效应[J]．桥梁建设．1995，(4)：40-46
【49】 王修信，黄剑源．变截面多跨梯形箱梁剪力滞效应差分解[J]．桥梁建设．1993，(2)：58-64
【50】 Luigino D.,Fabrizio G. Graziano L. Angelo M.T. Time-dependent analysis of shear lag effect in composite beams[J].Journal of engineering of Mechanical. 2001, 127(1):71-78
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【55】 钱伟长．广义变分原理[M]．知识出版社，1985：26-73
【56】 赵晓梅．多室箱梁剪力滞效应研究[D]．成都：西南交通大学硕士学位论文．2000
【57】 万臻．斜拉桥常用截面形式主梁的剪力滞效应研究[D]．成都：西南交通大学硕士学位论文．2002
【58】 Vladimir Kristek and jiri Studnicka. Negative Shear Lag in Flanges of Plated Structures[J].Journal of Structural Engineering. 1991, 117(12):3553-3564
【59】 Shi-Toh Zhang and Fang Zhen Zheng. Negative Shear Lag in Cantilever Box Girder with Constant Depth[J]Journal of Structural Engineering 1987,113(1):20-35
【60】 程海根．薄壁箱梁剪力滞效应理论分析与试验研究[D]．成都：西南交通大学博士学位论文．2003
【61】 Q. Z. Luo, Q. S. Li, J. Tang. Shear Lag in Box Girder Bridges[J].Journal of Bridge Engineering. 2002, (9) :308-313
【62】 方志，曹国辉，王济川．钢筋混凝土连续梁剪力滞效应试验研究[J]．桥梁建设．2000，(4)：1-3
【63】 刘山洪，何广汉，杨永贤．部分预应力混凝土箱梁节段模型剪力滞效应的试验研究[J]．桥梁建设．2000，(3)：5-7
【64】 李乔，唐亮，万臻等．宜宾中坝桥剪力滞试验报告，2000
【65】 Bogdan O. Kazmanovic, H. Janes Graham. Shear Lag in Box Girders[J]. Journal of the Structural Division. 1978,107(ST9):1701-1710
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