箱梁懸臂施工考慮剪力滯效應(yīng)的應(yīng)力測試影響分析

黃遠(yuǎn) 陳建恒 張磊

摘要：隨著箱形梁橋向長懸臂板、大肋間距的簡潔型單箱單室截面發(fā)展，其剪力滯效應(yīng)日益受到關(guān)注。文章采用 Midas Civil軟件建立單梁施工階段模型，采用Midas FEA軟件建立實(shí)體施工階段模型，通過兩種模型數(shù)據(jù)的比較，分析箱梁剪力滯效應(yīng)的分布情況，并通過研究幾個(gè)典型施工階段的剪力滯系數(shù)分布規(guī)律，完善了箱梁剪力滯效應(yīng)對應(yīng)變測試影響分析的方法。

With the development from boxshaped girder bridges to simple singlebox singlechamber sections with long cantilever plates and large rib spacing，its shear lag effect has received increasing attention.This article uses Midas Civil software to establish a singlebeam construction stage model，and uses Midas FEA software to establish a physical construction stage model，then，through comparing the data of both models，it analyzes the distribution of box girder shear lag effect，and improves the influence test method of box girder shear lag effect on the stress test through studying the shear lag coefficient distribution law of several typical construction stages.

Finite element model;Shear lag effect;Construction monitoring;Stress test

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋因具有較大的抗彎、抗扭剛度，受力性能好，跨越能力大等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用[1-2]。對于腹板間距較大的單室寬箱梁，在彎曲變形時(shí)上下翼板由于剪切變形的影響已不服從初等梁理論彎曲變形的平截面假定。由于翼緣的剪切變形導(dǎo)致對稱荷載彎曲引起的法向應(yīng)力呈均勻分布狀態(tài)，即剪力滯后現(xiàn)象[3-4]。

由表3結(jié)果可知：實(shí)測的應(yīng)力值基本與實(shí)體單元模型計(jì)算值一致，上緣應(yīng)力實(shí)測平均值為-0.88 MPa，稍微偏小于梁單元模型計(jì)算的-0.94 MPa初等梁理論的結(jié)果，呈負(fù)剪力滯關(guān)系，容易誤判2#節(jié)段縱向預(yù)應(yīng)力張拉不足的情況。然而，如果測點(diǎn)1和測點(diǎn)5的傳感器意外損壞的話，只取測點(diǎn)2、測點(diǎn)3和測點(diǎn)4的實(shí)測應(yīng)力值做平均的話，平均值為-1.34 MPa，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于梁單元模型計(jì)算的-0.94 MPa初等梁理論的結(jié)果，呈正剪力滯關(guān)系，也容易誤判2#節(jié)段縱向預(yù)應(yīng)力張拉異常的情況。

故此，由于箱梁剪力滯效應(yīng)的存在，且實(shí)體建模不易，在施工監(jiān)控監(jiān)測中，我們可以將有限的應(yīng)力傳感器布置在剪力滯系數(shù)λ≈1的橫截面位置，如布置在離肋板與頂板交接處0.5～1 m范圍內(nèi)，就能使得測點(diǎn)應(yīng)力的平均值接近實(shí)際情況，以獲得準(zhǔn)確可靠的實(shí)際應(yīng)力結(jié)果。

4 結(jié)語

通過證述剪力滯效應(yīng)的分布規(guī)律得出以下結(jié)論：

（1）正剪力滯處最大剪力滯系數(shù)出現(xiàn)在板肋交界處，負(fù)剪力滯處最大剪力滯系數(shù)出現(xiàn)在截面中部及翼緣板邊緣。

（2）控制截面的剪力滯系數(shù)平均值在2#節(jié)段縱

向預(yù)應(yīng)力張拉工況時(shí)變化最大，之后的工況，隨著彎矩的力臂增長而剪力滯系數(shù)逐步減小，慢慢趨于平緩。

（3）基于目前應(yīng)變測量精度為1 με，則應(yīng)力精度為0.04 MPa，所以剪力滯系數(shù)平均值精度范圍為0.96～1.04，均可以等效為初等平截面理論。

（4） 綜合混凝土澆筑工況和預(yù)應(yīng)力張拉工況來看，剪力滯系數(shù)平均值均需遠(yuǎn)離控制截面10 m以上才能明顯減小到精度范圍，可以完全用梁單元模型來做理論值計(jì)算。

（5）在橋梁施工監(jiān)控中，應(yīng)盡量避免傳感器安裝在剪力滯系數(shù)突變最大的肋板交界處，且所有傳感器所處位置的剪力滯系數(shù)之和應(yīng)盡量保持在0.96～1.04范圍內(nèi)，這樣在施工監(jiān)控中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的理論計(jì)算就可以用簡化的單梁模型來建立，大大減少了建立實(shí)體模型的繁瑣工作量;同時(shí)合理地布置傳感器，使剪力滯系數(shù)平均值在0.96～1.04范圍內(nèi)，可以減少后期不必要的修正。

（6）基于上述結(jié)論，本工程實(shí)例紅水河大橋施工監(jiān)控的傳感器布置進(jìn)行了合理的優(yōu)化布置，上下緣傳感器的剪力滯系數(shù)平均值為0.98～1.09，基本在初等梁單元模型的精度范圍內(nèi)，不需進(jìn)行修正，實(shí)測應(yīng)力即可與初等梁單元模型的理論應(yīng)力作比較，大大減輕了施工監(jiān)控的工作量。

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