摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了剪力滯效應(yīng)，分析了波形鋼腹板組合箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。利用ANSYS有限元分析軟件，建立預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁有限元模型。重點(diǎn)分析了對(duì)稱荷載作用下波形鋼腹板組合箱梁與普通混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)橫向分布規(guī)律，得出波形鋼腹板組合箱梁比普通混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)要弱的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；剪力滯；有限元；箱梁

1.引言

箱型截面梁具有抗扭剛度大、取材方便、整體性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中得到了廣泛應(yīng)用。“剪力滯效應(yīng)”作為箱型截面梁的一大“特點(diǎn)”，一直困擾著眾多橋梁設(shè)計(jì)與施工人員?！凹袅?yīng)”的存在會(huì)使混凝土箱梁局部位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，甚至開(kāi)裂，若忽略剪力滯的影響，就會(huì)低估箱梁結(jié)構(gòu)實(shí)際產(chǎn)生的應(yīng)力，從而造成結(jié)構(gòu)的不安全。

2.波形鋼腹板組合箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

波形鋼腹板PC組合箱梁主要由混凝土底板及頂板、波形鋼腹板、混凝土橫隔板、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索、體外預(yù)應(yīng)力索以及剪切連接件組成。其典型特點(diǎn)為波形鋼腹板替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土腹板。波形鋼腹板PC組合箱梁使用波形鋼腹板代替混凝土腹板，大大降低了箱梁截面的重量，橋梁整體受力比較明確，充分發(fā)揮了混凝土和鋼材的使用性能，其有效的融合了箱梁、體外預(yù)應(yīng)力與組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，減小由徐變收縮引起的預(yù)應(yīng)力損失，避免了腹板裂縫，加快施工進(jìn)度，波形鋼腹板箱梁更美觀，有利于材料回收與循環(huán)利用。

3.空間有限元分析模型的建立及結(jié)果分析

3.1以ANSYS有限元分析軟件為平臺(tái)，采用精細(xì)化建模技術(shù)與參數(shù)化建模方法，建立精細(xì)化與參數(shù)化的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁簡(jiǎn)支梁橋模型，模型長(zhǎng)度為30m。

3.2有限元分析模型的特性

本文所研究的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的橫向典型構(gòu)造尺寸見(jiàn)圖1、2。采用SOLID65單元來(lái)模擬鋼筋混凝土部分，用LINK8單元來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋，SHELL63單元來(lái)模擬波形鋼板。箱梁采用C50混凝土。

3.3有限元模型的建立

利用ANSYS有限元分析軟件，采用精細(xì)化建模技術(shù)與參數(shù)化建模方法，建立了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁有限元分析模型。模型采用分離式模型，利用切分法建模，準(zhǔn)確切分出預(yù)應(yīng)力筋的具體位置，預(yù)應(yīng)力采用降溫法施加。

4、兩種箱梁剪力滯效應(yīng)橫向分布規(guī)律分析

外荷載在橫向加載形式主要為對(duì)稱加載，即荷載施加在兩側(cè)翼板與腹板交界處。本節(jié)以集中荷載為施加對(duì)象，施加到箱梁跨中截面，以探明荷載橫向變位對(duì)波形鋼腹板箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)差異。后文所有章節(jié)中圖表的標(biāo)注中：“普通梁”為“普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁”的簡(jiǎn)稱，“波形梁”為“波形鋼腹板PC組合箱梁”的簡(jiǎn)稱。

對(duì)箱梁施加總大小為20kN的荷載，計(jì)算箱梁跨中截面頂板及底板的剪力滯系數(shù)，圖5、6分別為兩種箱梁跨中截面頂板及底板的剪力滯系數(shù)橫向分布規(guī)律對(duì)比圖。

由圖5可知，兩種箱梁跨中截面頂板在對(duì)稱加載工況作用下的剪力滯系數(shù)均呈對(duì)稱”M”型分布，最大剪力滯系數(shù)均出現(xiàn)在翼板與腹板交界處，隨后朝兩邊減小，最小值出現(xiàn)在翼緣板邊緣。其中，波形鋼腹板PC組合箱梁最大剪力滯系數(shù)為1.158；普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁最大剪力滯系數(shù)為1.286。兩者相比之下，“波形梁”頂板剪力滯系數(shù)最大值小于“普通梁”頂板最大剪力滯系數(shù)，“波形梁”剪力滯系數(shù)最小值大于“普通梁”剪力滯系數(shù)最小值，前者頂板中點(diǎn)位置處剪力滯系數(shù)大于后者相同位置處。

由圖6可知，兩種箱梁跨中截面底板在對(duì)稱加載工況作用下的剪力滯系數(shù)均呈對(duì)稱”U”型分布，最大剪力滯系數(shù)均出現(xiàn)在底板邊緣附近，最小剪力滯系數(shù)均出現(xiàn)在底板中心位置。其中，波形鋼腹板PC組合箱梁底板最大剪力滯系數(shù)位于底板與腹板連接處，為1.077，最小剪力滯系數(shù)為0.869；普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁最大剪力滯系數(shù)為1.10，最小剪力滯系數(shù)為0.929。

5結(jié)論

通過(guò)ANSYS有限元軟件計(jì)算結(jié)果的分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）波形鋼腹板組合箱梁跨中截面為正剪力滯效應(yīng)。頂板最大剪力滯系數(shù)出現(xiàn)在腹板與頂板的交界處，底板的剪力滯系數(shù)最大值在腹板與底板的交界處。

（2）對(duì)稱荷載作用下，波形鋼腹板PC組合箱梁頂板剪力滯效應(yīng)要弱于普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁頂板剪力滯效應(yīng)，波形鋼腹板PC組合箱梁能降低箱梁頂板剪力滯效應(yīng)。

（3）對(duì)稱荷載作用下，在相同橫向?qū)挾任恢闷胀A(yù)應(yīng)力混凝土箱梁底板剪力滯系數(shù)均大于波形鋼腹板PC組合箱梁剪力滯系數(shù)，在對(duì)稱荷載作用下前者剪力滯效應(yīng)強(qiáng)于后者剪力滯效應(yīng)。

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（作者單位：荊州市五維公路勘察設(shè)計(jì)有限公司）