关于剪力滞
在箱梁中,肋处的剪力流向板中传递过程,有剪力滞后现象,称之为剪力滞效应,剪力滞概念与有效分布宽度相同,前者用不均匀应力表示,后者用一等效板宽表示。有效分布宽度由于开口截面,剪力滞多用于封闭截面。剪力滞有正剪力滞与负剪力滞之分。剪力滞影响结构设计,需将设计值抛高。
剪力滞通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构当中,如筒结构和箱梁当中,主要反应的是一种应力不均匀现象,比如说:
在对称弯曲荷载作用下,如果箱梁具有初等弯曲理论中所假定的无限抗剪刚度(即时变形的平截面假定),那么弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。但是箱梁产生的弯曲的横向力通过肋板传给翼板,而剪应力在翼板上的分布是不均匀的,在交接处最大,离开肋板逐渐减小,因此剪切变形沿翼板分布是不均匀的,从而引起弯曲时远离肋板的翼板的纵向位移滞后于肋板附近的纵向位移,所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状,这种现象工程界称之为“剪力滞效应”。如果翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值,称为正剪力滞,反之为负剪力滞。
忽略剪力滞效应的影响,就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力,从而导致不安全:如1969-1971年在欧洲不同地方相继发生了四起箱梁失稳或破坏事故。事故发生后,许多桥梁专家对桥梁的设计和计算方法进行了研究和分析,提出这四座桥的计算方法存在严重缺陷,其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞效应”,因此导致应力过分集中造成桥梁的失稳和局部破坏。又如广东省的佛陈大桥、乐从立交桥、江湾立交桥、顺德立交桥、文沙大桥等出现桥梁翼板横向裂缝,据资料显示其主要原因是未考虑剪力滞,致使实际应力大于设计应力,不能满足翼板承载力的要求而出现裂缝
英国规范和德国工业标准规范中通过翼缘有效宽度的折减来考虑剪力滞的影响,但是我国现行桥规中仅提及可参照“T”形梁的规定办理,没有箱梁有效宽度的具体规定,因此按 初等梁计算在静、动载作用下纵向弯曲的应力无折减或增长系数可依。目前对于复杂受力的大跨径桥梁,我国设计人员仅凭模型试验或大型有限元技术进行剪力滞分析,如我国的钱塘江二桥、上海南浦大桥、铜陵长江公路大桥等,花费了大量人力物力。但对于一般的工程设计,却忽略剪力滞的影响,致使不断有一些宽箱梁桥出现横向裂缝。
剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象,小至一个构件,大至一栋超高层建筑,都会有剪力滞后现象。这里,想从力学的方面作一点解释。剪力滞后,有时也叫剪切滞后,从力学本质上说,是圣维南原理,它严格地符合弹性力学的三大方程,即几何方程、物理方程、平衡方程。具体表现是,在某一局部范围内,剪力所能起的作用有限,所以正应力分布不均匀,把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。