浅谈箱梁的剪力滞效应
Y
摘要：目前箱梁是简支梁、连续梁、连续刚构、刚性系杆拱桥和混凝土斜拉桥等桥梁常用的主梁结构形式，它的空间受力性能问题也开始变得越来越突出，而其中剪力滞效应问题则成为了箱梁应用中需要重点研究的内容。本文阐述了剪力滞效应产生的原因及其影响因素，并对当前普遍采用的剪力滞分析方法进行了介绍，最后指出了目前箱梁剪力滞研究亟待解决的问题，提出了今后有待进一步研究的方向。
关键词：箱梁；剪力滞；产生原因；影响因素；展望
0 引言
在20世纪60年代末至70年代初,奥地利、英国、澳大利亚及德国相继发生了四起大跨径钢箱梁的重大事故,据各国专家分析,造成重大事故的直接原因是设计理论上的失误,其中重要一项就是对剪力滞未加考虑。近几年来，箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥和高架桥中得到广泛的应用。但是我国现行桥梁设计规范中缺乏关于确定箱梁剪力滞效应的具体规定。所以在一般工程设计中忽视了这一问题,从而造成一些箱梁桥不断地发现有横向裂缝。因此,箱梁的剪力滞问题引起各国桥梁专家的高度重视。近几十年来,国内外许多学者致力于该课题的研究,分别从解析理论、数值解法和模型试验等方面对剪力滞问题提出了许多新设想和新理论,并获得了许多的研究成果,部分成果已纳入规范之中,如英国规范和德国工业标准规范等。本文介绍了国内外有关箱梁剪力滞的研究成果、产生原因及影响因素 ,并提出需解决的问题和今后研究的方向。
1 箱梁剪力滞产生原因
1.1 箱梁的受力方式
箱梁除拉压、水平弯曲、竖向弯曲外，还有扭转、翘曲和剪力滞共6种变形。前3种服从平截面假设的位移模式，现在来说一下后3种基本变形。作用在箱梁横向任意位置的垂直
荷载 P，可分解为下列三种等效荷载图示。
图1.1 荷载等效分解
(1) 对称纵向弯曲荷载——产生剪力滞效应，见图1.1a
(2) 刚性扭转荷载——产生翘曲法向应力及剪应力，见图1.1c
(3) 畸变荷载——产生畸变翘曲法向应力及横向框架应力，见图1.1d 。
初等梁理论不考虑剪切变形对纵向位移的影响，满足变形的平截面假定，因此，在对称竖向荷载作用下，弯曲正应力在横截面内均匀分布。然而对于箱形梁，特别是宽箱梁来说，剪应力沿翼缘横向分布很不均匀，剪切变形对纵向位移的影响相当大，下面来分析箱梁截面的剪力流。
1.2 箱梁对称弯曲时的剪力流
图1.2为薄壁箱梁的单元体ds ×dz ，厚度为t 。沿横截面中心线处单位长度的剪力为:
t q τ=
上式称剪力q 为剪力流，τ为剪应力。
图1.2 箱梁单元体受力图
根据文献[1]则有剪力流：
x y
x y x y
S I Q S I Q q --= （1-1） 此式实际上就是腹板的剪力流计算式。
上面所讨论的是对于开口截面而言，在开口截面的自由边缘处，其剪力流q ＝0。一般来说，箱梁的横截面是封闭的，也就是超静定的，因此，在确定其剪力流时，必须在箱形截面中任一位置处假想有虚构切口，将封闭的横截面视为开口截面。由于封闭截面假想有虚构切口，造成切口的剪力流被切断，为此，必须在切口处分别作用一个未知附加剪力流q i ，q i 由截面中切口处的剪切变形协调条件来确定。箱形封闭截面薄壁中的总剪力流q 等于开口截面的剪力流q 0与附加剪力流q i 之和，即：
i q q q +=0
再根据文献[1]箱梁总剪力流q 为:
??-=+=ds
t ds
t q q q q q i 1000 （1-2） 当箱形截面关于y 轴对称，且外力作用线与y 轴重合时，外力不会对截面产生扭矩，附加剪力流q i =0，此时，箱梁剪力流按(1-1)式计算。其剪力流分布图为
:
图1.3 箱梁剪力流分布图
可见剪应力在翼缘板上的分布是不均匀的，在腹板与翼缘交界处，剪应力最大，离开腹板越远，剪应力就越小。即剪切变形沿翼缘的分布不均匀。产生弯曲的力通过腹板传递给翼缘板，由于翼板的剪切变形的不均匀性而导致纵向正应力沿着翼板宽度方向呈不均匀分布，其间存在着传力的滞后现象，它与初等梁理论所得到的应力之间的差异，称为剪力滞效应。 2 箱梁剪力滞效应的影响因素
2.1 腹板倾斜角度对剪力滞效应的影响
上腹板剪力滞系数和下腹板剪力滞系数在不同的腹板倾斜角度时差别不大，可以判断腹板倾斜角度对箱梁截面剪力滞系数影响不大。腹板倾斜角度越大，下腹板宽度俞窄，上腹板剪力滞系数相应地减小，而下腹板剪力滞系数却增大。总的来说，腹板倾斜角度对剪力滞效应影响不敏感，在实际工程应用中可以用矩形截面来代替梯形截面进行剪力滞分析。
2.2 悬臂长度对剪力滞效应的影响
顶板悬臂长度增大，顶板剪力滞系数增大，底板剪力滞系数减小。悬臂长度对剪力滞效应有一定影响。
2.3 跨宽比B L /对剪力滞效应的影响
跨宽比L/B 越大，剪力滞系数越小，连续梁剪力滞系数变化梯度较简支梁大，跨宽比对剪力滞效应影响相当大。
2.4 I I s /对剪力滞效应的影响
翼缘板的刚度占梁总刚度的比I s /I 越大，箱梁剪力滞效应也随之增加，而且这种曲线的梯度在连续梁上更陡些。实际上，I I s /的变化也反映箱梁宽高比B/h 的变化，B/h 增大，剪力滞系数λ也增大，这说明宽箱梁的剪力滞系数要比窄箱梁的剪力滞系数严重。
2.5 不同荷载对剪力滞效应的影响
(1)集中荷载作用下，剪力滞效应只对局部区域有影响。如本简支体系，集中荷载对剪力滞效应的影响在2m左右范围内；
(2) 愈靠近梁的支点剪力滞系数愈大；
(3) 均布荷载作用下剪力滞系数要比集中荷载作用下剪力滞系数小，而且跨中与支座的值相差不大，支座的值稍大些。
3 箱梁剪力滞的分析方法
3.1 弹性理论解法
（1）正交异性板法。正交异性板法是把肋板结构比拟成正交异性板，其肋的面积假定均摊在整个板上，然后应用弹性薄板理论，从边界条件出发，导出肋板结构的应力和挠度公式，获得剪滞问题的解。E Reissner 早在1938 年把上下板为波纹状的悬臂矩形箱梁截面的剪力滞问题比拟成一正交异性板进行了分析和研究，并作了一些近似简化处理。蔡松柏、程翔云等将ㄇ形梁视为Timoshenko梁和平面应力板的组合，求得了在横向荷载和轴向偏压荷载作用下满足全部边界条件和控制方程的弹性力学解析解。
（2）折板理论法。折板理论法是将箱梁离散为若干矩形板，以弹性平面应力理论和板的弯曲理论为基础，利用各板接合处的变形和静力平衡条件，建立方程组，可用矩阵形式进行计算。弹性折板理论首先是由Goldberg 和Leve 等提出并由Defries Skeme和scor- delis 写成矩阵形式而适应于计算机的分析。Yoshimurd将折板理论推广应用于曲线梁桥的剪力滞分析，并研究了曲率对剪滞效应的影响。
（3）板壳理论将各种截面形状的箱梁看作为板单元和壳体单元的组合体，并分别采用板的理论和筒壳理论加以处理。它于1976年由吉普逊和来特瓦利提出。弹性理论所求均为精确解，但其计算过于繁琐，难于应用到复杂的结构中。
3.2 比拟杆法
比拟杆法是将薄壁箱梁看成由许多理想化的加劲杆组成，其间的薄板将加劲杆联在一起受力。这些理想化的加劲杆承受轴力切面积等于实际加劲杆，而等效的薄板仅承受水平剪力。通过理想化加劲杆的内力来确定每块板的剪力滞。最早是Younger，他提出了“加劲薄板理论”，即用等厚连续薄板来代替离散的纵向加劲肋，并假设由它承受所有的轴向荷载。后英国学者Evans 和Taherian 作了进一步的改进，提出了“三杆比拟法”理论，使之更适用于一般矩形箱梁结构的剪力滞分析。国内学者程翔云教授等在上述研究的基础上，提出了用样条函数逼近法求解高阶微分方程组。比拟杆法通过一些基本假设，简化了力学模型，方便了计算，但它只适合于等截面箱梁，对于一些复杂力系和复杂结构的剪力滞分析仍然有一定的困难。
3.3 能量变分法
能量变分法是从假定箱梁翼板的纵向位移模式出发，以梁的竖向位移和描述翼板剪力滞的纵向位移转角差的广义位移函数为未知数，应用最小势能原理，建立控制微分方程，从而获得应力和挠度的闭合解。能量变分法最早由Reisser提出，他假设翼板的纵向位移沿横向按二次抛物线分布，然后根据最小势能原理，导出了梁的微分方程，第一次成功地应用能量变分法分析了双轴对称矩形箱梁剪力滞问题。国内学者郭金琼教授等在Reisser微分方程的基础上，将翼板纵向位移沿横向分布函数修改为三次抛物线，并用模型试验和数值分析加以验证。韦成龙利用传递矩阵法实现了变截面梁的解析解。近几年来，能量变分法又被推广应用于曲线箱梁和复合材料箱梁的剪滞效应分析，并获得了良好结果。能量变分法可以获得闭合解，不仅能描绘出任意截面剪滞效应的函数图像，而且还可以定性地分析每种不同
参数的影响情况，这种方法在桥梁初步设计中，颇受工程师的欢迎，是最为广泛应用的一种方法。
3.4 数值解法
（1）有限单元法。有限单元法是解决各种复杂工程问题的一种行之有效的数值分析法，它能用来分析等截面或变截面梁桥的剪力滞问题。它是由计算机模拟完成的能获得较全面而准确的应力分布图像，但它所花的机时和贮存量太大，一般难以满足实用要求，尤其在初步设计阶段，工程一般采用简捷方法。一般只作为一种数值验证的方法。
（2）有限条法。有限条法是从有限单元法发展出来的一种半解析方法，与有限单元法相比，它具有简单、计算量小的优点。此法是分析等截面简支梁桥的有效方法。目前国内外许多学者采用了这种方法分析箱形梁的剪力滞。
（3）有限差分法。有限差分法是一种传统的方法，此法是在能量变分法所求得的剪滞微分方程组基础上，给出相应的有限差分格式，进行变截面箱梁桥的剪滞分析。张士铎教授用此法对直线变截面悬臂梁的剪力滞进行了分析，并探讨了负剪力滞规律。
（4）有限段法。有限段法也是从有限单元法发展出来的一种半解析法。罗旗帜教授提出了一种分析剪滞效应的有限段法，该法以剪力滞微分方程的齐次解为位移模式，建立了平面梁单元的半解析有限段模型，将三维空间问题简化为一维空间，实现了在结构分析中自动计入剪滞效应的功能。该法又被推广应用于斜拉桥、变截面箱梁桥及曲线箱梁桥的剪力滞分析。
3.5 模型试验
科学试验是重大工程建设中必不可缺的一环，是为结构分析提供数据和结论的主要手段之一，也是检验数值理论和解析理论正确性的主要依据。近几年来，随着大跨径桥梁的迅速发展，为确保工程的安全性和可靠性，设计人员常采用模似实桥进行试验研究。结构模型试验因不受简化假定的影响，能更实际地反映结构的各种物理现象、规律和量值。对于一些复杂的结构和复杂状况用计算机来完全模拟还有困难，而模型试验却可清晰且直观地展示这种情况下整个结构从受载直到破坏的全过程。
4 箱梁剪力滞亟待解决的若干问题及展望
4.1 负剪力滞效应的产生机理和分析方法的研究
剪力滞效应可分为正剪力滞效应和负剪力滞效应，若翼缘与腹板交界处的正应力小于初等梁理论的计算值，则称为负剪力滞。负剪力滞效应常被认为是一种反常的力学现象，目前对负剪力滞效应产生的机理还没有一个确切的解释，其全面解释还有待于进一步的研究和探讨。
4.2 箱梁剪力滞效应分析的综合理论和分析方法的建立
针对混凝土箱梁剪力滞效应的研究大多局限在某一领域，还没有一个综合性的精确的求解理论和方法。这些局限了剪力滞理论在更广泛的结构形式和体系范围内的应用。
目前对剪力滞问题的研究多停留在弹性范围内，也有学者开始探讨考虑几何非线性的剪力滞问题，但结合混凝土材料非线性特征的剪力滞研究还几乎没有涉及。大部分的分析理论和方法忽略了预应力对截面产生的正应力的剪力滞效应。预应力是桥梁结构中的一种特殊外荷载，它必然也存在剪力滞问题，影响箱梁结构应力分布，这种影响随着腹板的变薄和翼缘悬臂的增大而更加明显。而对于预应力引起的剪力滞问题，各国规范都没有明确的规定和相应条款，也没有定量的依据。另外，混凝土箱梁上作用的荷载多样化、复杂化，而当前的理论求解大多只考虑集中荷载或均布荷载等简单荷载形式。因此，如何建立一个精确考虑结构几何和材料非线性、各种荷载形式及超宽、超高等因素共同作用的综合性的混凝土箱梁剪力
滞分析理论和计算方法，是当前剪力滞效应研究发展的一个主要方向。
4.3 曲线箱梁桥的剪力滞效应的研究
随着城市和山区立交桥、高架桥的修建，曲线箱梁势必得到越来越多的应用，而曲线箱梁的预应力对剪力滞效应的影响必然与直线箱梁有所区别，如果采用能量变分法或者有限段法、有限差分法等半解析法，则必须要提出一个合理有效的位移函数假定; 如果采用有限元方法，则如何考虑几何和材料非线性，提高分析效率，减低模型分析误差，得到最优解; 这些问题都有必要进行深入研究。
4.4 剪力滞效应分析方法的实用化
当前很多理论计算和分析方法非常复杂，或需借助于有限元分析，这些方法在实际工程中的应用将导致效率低下，不经济。那么将当前剪力滞分析理论得出的主要成果进一步深化、简化和实用化，在实际工程中推广应用，将是剪力滞效应研究方向之一。
参考文献
[1]何光宇.箱梁剪力滞效应的研究与影响因素分析[D].南京水利科学研究院,2005.
[2]罗旗帜,吴幼明.薄壁箱梁剪力滞理论的评述和展望[J].佛山科学技术学院学报,2001, 19(3):29-35.
[3]邹毅松,李成君,易祥军.薄壁箱梁剪力滞效应计算方法研究[J].交通标准化,2012,(5)93-98.
[4]王子健.薄壁箱梁剪力滞效应研究[D].西南交通大学,2004.
[5] 蔺鹏臻.混凝土箱梁剪力滞效应的分析理论与应用研究[D].兰州交通大学,2011.
[6]向桂兵,邓小康,胡斯亮.混凝土箱梁桥剪力滞效应分析[J].西部交通科技,2011,(9):53-57.
[7] 陈鸿鸣,乔静宇.混凝土箱梁桥剪力滞研究现状与发展[J].结构工程师,2011,27(1):161-166.
[8] 周世军.箱梁的剪力滞效应分析[J].工程力学,2008,25(2):204-208.
[9] 胡欣.箱梁的剪力滞效应研究综述[J].科技信息,2010,(23):853 868.
[10]田建辉.箱形截面梁的剪力滞效应[J].中国新技术新产品,2010,(9):94-95.
[11]秦少卿,聂继超.箱型梁剪力滞的研究综述[J].福建建材,2011,(1):42-43.
Discussion about shear lag effect in box girders
Y
Abstract: Box girders are commonly used as main girders for simply supported girder bridges, continuous girder bridges, continuous rigid frame bridges, rigid tied arch bridges and concrete cable-stayed bridges, thus the spatial mechanic performance of box girders is focused on，one of the most important aspects is shear lag effect．This paper describes the causes and influencing factors of shear lag effect and introduces several commonly analysis methods for shear lag effect. In the end，some problems on shear lag are pointed to be solved and it provides some important information for future research.
Key words: box girder; shear lag; causes; influencing factors; prospect
桥梁概念设计与分析理论 一：桥梁属性与结构形式 1.1桥梁的属性 科学：分析实验 桥梁工程{ 技术：研发应用 艺术：创造美学 1.2 桥梁结构的分类 用途：人行桥，公路桥，铁路桥，公铁两用桥，城市桥，管道桥，明渠桥 材料：石桥，木桥，钢桥，混凝土桥，预应力混凝土桥（主跨90米，在中小跨度范围内已占绝对有优势，在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。它主要承重结构用预应力钢筋混凝土结构的桥梁。附加预应力混凝土：预应力混凝土，为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。）钢——混凝土组合结构桥 结构形式：梁桥拱桥斜拉桥悬索桥组合桥斜拉—悬
索协作体系 规模跨径：小桥(8~30米) 中桥(30~100) 大桥(100~1000) 特大桥(大于1000) 1.3桥梁结构形式与合理跨度范围 (1)梁桥 简支梁桥的跨度一般不超过70M，最有竞争力的跨度范围50M以下 等截面连续桥梁的合理跨度范围在30~110M，优势跨度范围50~80 变截面连续桥梁或连续钢结构桥的合理跨度50~350M，最有竞争力的跨度范围100~300M (2)~ （3）拱桥合理跨度范围600M以下，最有竞争力40~450M （4）系杆拱桥合理40~800M 最有竞争力150~1200M （5）斜拉桥合理80~1500M 最有竞争力150~1200M （6）悬索桥合理200以上，500以上最有竞争力 二：桥梁设计准则 2.1 桥梁设计的基本目标 安全实用经济美观 2.2安全性和试用性 （1）承载能力极限状态 1 结构或构件达到材料极限强度
（shear-lag effect）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。剪力滞后有时也叫剪切滞后，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。例如在墙体上开洞以后，由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象，使柱中正应力分布呈抛物线状，称为剪力滞后效应。 剪力滞后效应的概念是在箱梁中提出的。剪力滞后效应在T型、工型和闭合薄壁结构中（如筒结构和箱梁）表现得较为典型，在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件。当结构处于水平力作用下时，主要反应是一种应力不均匀现象，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，由此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，当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。 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。为了使简单梁理论能够用于宽翼缘梁的分析，故对翼缘定出个“有效翼缘宽度”翼缘的有效宽度为假设的翼缘宽度，沿其宽度上受均匀压缩，其压缩值如同在同样的边缘剪力作用下的实际翼缘的受载边缘数值一样。另外，有效宽度可以视为理论的翼缘宽度，该理论翼缘承受具有均匀应力的压力。该均匀应力与原型宽翼缘处的应力峰值相等，而且总压力值相等。 在框筒结构中，结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件。在水平力作用下，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。这就是一种剪力滞后效应。
结构功能主义 现代西方社会学中的一个理论流派。它认为社会是具有一定结构的系统，社会的各组成部分以有序的方式相互关联，并对社会整体发挥着必要的功能. 现代社会学中的结构功能主义就是在以往的功能主义的思想基础上形成和发展起来的。20世纪40年代，美国社会学家帕森斯提出了结构功能主义这一名称，他为结构功能主义的形成作出了很大努力，并成为这一学派的领袖人物。帕森斯认为，社会系统是行动系统的4 个子系统（有机体系统、人格系统、文化系统和社会系统）之一。在社会系统中，行动者之间的关系结构形成了社会系统的基本结构。社会角色，作为角色系统的集体，以及由价值观和规范构成的社会制度，是社会的结构单位。社会系统为了保证自身的维持和存在，必须满足4种功能条件：（1）适应；（2）目标达成；（3）整合；（4）潜在模式维系。在社会系统中，执行这4种功能的子系统分别是经济系统、政治系统、社会共同体系统和文化模式托管系统。这些功能在社会系统中相互联系。社会系统与其他系统之间、社会系统内的各亚系统之间，在社会互动中具有输入—输出的交换关系，而金钱、权力、影响和价值承诺则是一些交换媒介。这样的交换使社会秩序得以结构化。帕森斯认为，社会系统是趋于均衡的，四种必要功能条件的满足可以使系统保持稳定性。 冲突理论 20世纪50年代中、后期形成的西方社会学流派。以率先反对当时占主导地位的结构功能主义而著称。它强调社会生活中的冲突性并以此解释社会变迁。 作为社会生活中普遍存在的冲突现象，曾受到19世纪末20世纪初许多社会理论家的广泛关注。20世纪40年代中期以后，以T.帕森斯为代表的结构功能主义，强调社会成员共同持有的价值取向对于维系社会整合、稳定社会秩序的作用，将冲突视作健康社会的“病态”，努力寻求消除冲突的机制。50年代中、后期，随着第二次世界大战后短暂稳定的消退和冲突现象的普遍增长，一些社会学家开始对帕森斯理论的精确性产生怀疑。他们吸取古典社会学家，特别是K.马克思、M.韦伯、G.齐美尔等人有关冲突的思想，批评和修正结构功能主义的片面性，逐渐形成继结构功能主义学派之后有重大影响的社会学流派之一。主要代表人物有：美国的L.A.科瑟尔、L.柯林斯，德国的R.达伦多夫，英国的J.赖克斯等。
1、剪力滞后效应 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，都会有剪力滞后后现象。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。 : 剪力滞效应的概念是在箱梁中提出的。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.
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。其实，剪力滞效应和T型梁的有效分布宽度是同一回事，都是由于腹板的剪力流使得上翼缘的应力分布不均匀。只是T型梁用有效宽度来简化这一现象。在桥梁的箱型截面中这一现象较突出，但当跨宽比较大或者截面腹板惯性矩与翼缘惯性矩之比较小时尤其严重，一定要考虑。高层和这个类似，高层倒小与桥梁的箱型截面其实一回事。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，需将设计值提高。
剪力滞的概念是一般狭窄翼缘的剪切扭转变形不大，其受力性能接近于简单梁理论的假设，而宽翼缘因这部分的变形的存在，而使远离梁肋的翼缘不参予沉弯工作，也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离增加而减少，这种现象就成为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。
在框筒结构中，结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件。在水平力作用下，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。这就是一种剪力滞后效应。 剪力滞后效应事实存在，很难消除，只能通过其他手段考虑该影响。 如：在结构设计中往往全长加密角柱箍筋，目的之一就是增加角柱的抗剪能力，增加延性。 1、剪力滞后现象越严重，框筒结构的整体空间作用越弱；
桥梁结构分析 桥梁结构分析 摘要：设计桥梁可有多种结构形式选择：石料和混凝土梁式桥只能跨越小河；若以受压的拱圈代替受弯的梁，拱桥就能跨越大河和峡谷；若采用钢桁架可建造重载铁路大桥；若采用主承载结构受拉的斜拉桥和悬索桥，不仅轻巧美观，而且是飞越大江和海峡特大跨度桥梁的优选形式。 关键词：梁式桥，拱式桥，悬索桥，桁架桥，斜拉桥 著名桥梁专家潘际炎说：“海洋，是孕育地球生命的产床；河流，是孕育人类文明的摇篮；而桥，则是联系人类文明的纽带。”这纽带越来越宏伟，越来越精致，越来越艺术！建国以
来中国的桥梁工程事业飞速发展。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求，对“适用、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广阔。通过半个学期的结构力学的学习，我对桥梁结构及他们的受力特点有了一定的认识。理论联系实际，我通过对各种结构的对比分析，进一步加深了印象，对以后的学习奠定了基础。 1.梁式桥 工程实例——洛阳桥，又称万安桥，在福建泉州市区东北郊洛阳江入海处，该桥是举世闻名的梁式海港巨型石桥,为国家重点文物保护单位，为国家重点文物保护单位。 梁式桥的主梁为主要承重构件，受力特点为主梁受弯。梁式桥的上部结构在铅垂荷载作用下，支点只产生竖向反力，支座反力较大，桥的跨中处截面弯矩很大。所以由于这种特性，梁式桥的跨度有限。简支梁桥合理最大跨径约20 米，悬臂梁桥与连续梁桥合宜的最大跨径约60-70 米。采用钢筋砼建造的梁桥能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。但是由于制造梁式桥的材料多为石料与混凝土，随跨度的增加其自重的增加也比较显著。因此梁式桥广泛用于中、小跨径桥梁中。 结构本身的自重大，约占全部设计荷载的30%至60%，且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。随着跨度的增大，桥的内力也会急剧增大，混凝土的抗弯能力很低，较难满足强度要求。弯矩产生的正应力沿横截面高度呈三角分布，中性轴附近应力很小，没有充分利用材料的强度。 2.拱式桥 工程实例——赵州桥，坐落在河北省赵县洨河上。建于隋代，由著名匠师李春设计和建造，距今已有约1400年的历史，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。1961年被国务院列为第一批全国重点文物保护单位。因赵州桥是重点文物，通车易造成损坏，所以不允许车辆通行。 拱式桥拱肋为主要承重构件，受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。从几何构造上讲，拱式结构可以分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。分析三角拱的受力特点，在竖向荷载下，三角拱存在水平推力，因此，三角拱横截面的弯矩小于简支梁的弯矩。弯矩的降低，拱能更充分的发挥材料的作用，当跨度较大、荷载较重时，采用拱比采用梁更为经济合理。
T型悬臂梁剪力滞效应研究 一、问题简述 本例采用T型悬臂梁来研究刚度对剪力滞的影响，采用的是钢材Q345B跨度为5米，采用ansys进行分析，采用实体单元进行研究。通过设置界面的不同尺寸来改变截面的刚度，进而分析对剪力滞的影响。 二、剪力滞效应描述 初等梁理论中,我们假定离中性轴同一距的截面我们假定离中性轴同一距的截面在弯矩作用下,沿宽度方向截面的正应力是相等。实际上带翼缘板T梁和箱形截面梁，在对称垂直力作用下翼缘板上的正应沿宽度方向呈不均匀的分布状态。这种由于腹板处剪力流向翼缘板中传递的滞后而导致翼缘板正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象，称为“剪而导致翼缘板正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象，称为“剪滞效应”。剪力滞效应大小的程度用剪力滞系数λ表示，剪力滞系数λ表示为截面应力σ与初等梁理论计算所得应力σ之比。 三、荷载和工况设置 本例通过设置4个工况来研究T型梁不同刚度对剪力滞效应的影响，本例汇总采用均布荷载集度为q=2500N/m，现将工况设置列表如下： 表 1
其中，B1为翼缘板宽度，H1为整个截面高度，B2为腹板厚度，H2为翼缘板高度。 四、计算结果 本例通过ansys建立模型，通过剪力滞理论并结合绘图软件得出以下结果:
五、分析感悟 剪力滞效应是由于腹板在受剪的过程中将剪力传递给翼缘，从而造成翼缘正应力分布不均匀的现象，桥梁结构中的一种重要的现象。由于剪力滞效应的影响，桥梁结构中的应力呈现铰复杂的分布，在腹板附近使得按照初等梁理论的桥梁结构应力小于实际值，如果不考虑剪力滞效应的影响很有可能会低估该部分位置的应力，使得桥梁结构的设计偏于危险。在复杂的桥梁结构特别是翼缘较宽时应该考虑剪力滞的影响，从而对桥梁结构进行设计。
箱梁剪力滞效应求解与应用 摘要:剪力流在横向传递过程中有滞后的现象，称为剪力滞效应。 剪力滞效应带来的应力分布不均匀，应力集中效应，应给予足够的重视。 本文主要通过介绍了薄壁箱梁剪力滞效应及常用求解方法 , 通过对一具体例题的有限元求解 , 详细阐述了剪力滞现象的存在。剪力滞后现象使翼缘有效分布宽度的确定成为正截面承载力计算的关键 , 结合现行规范 , 对考虑箱梁有效宽度后的应力计算结果与有限元求解结果进行了对比。 关键词 :薄壁 ;箱梁 ;剪力滞 ;有效宽度 ;应力 随着箱形梁桥向长悬臂板、大肋间距的简洁型单箱单室截面方向发展，其剪力滞效应日益受到人们关注。然而, 梁弯曲初等理论的基本假定是变形的平截面假定, 它不考虑剪切变形对纵向位移的影响, 因此不再适用于扁平的薄壁箱梁。目前, 国内外均建造了大量的箱形薄壁梁桥, 对高跨比较大、宽高比较突出的箱形梁桥, 其剪力滞效应相当严重, 如果忽略剪力滞的影响, 势必导致结构失稳或破坏。箱形梁的受力是一个复杂结构空间分析问题，对箱形梁进行受力分析时，往往采用一些假定和近似处理方法，将作用于箱形梁上的偏心荷载分解成对称荷载与反对称荷载对称荷载作用时，按梁的弯曲理论求解；反对称荷载作用时，按薄壁杆件扭转理论分析，按叠加原理将计算结果叠加而得。箱形梁在偏心荷载作用下将产生纵向弯矩、扭转、畸变及横向挠曲四种基本状变形态。
1箱梁剪力滞及其求解方法 1.1剪力滞 根据初等梁理论中的平截面假定，不考虑剪切变形效应对纵向位移的影响，箱梁的两腹板处在对称竖向荷载作用下，沿梁宽度方向上、下翼板的正应力是均匀分布的。但由于在宽翼箱梁中沿翼缘板宽度方向剪切变形的非均匀分布，引起弯曲时腹板的翼板纵向位移滞后于近肋板处的翼板纵向位移，而弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。这种由翼缘板的剪切变形造成沿宽度方向弯曲正应力的非均匀分布，在美国称为“剪力滞效应”，英国则称为“弯曲应力离散”。靠近腹板处的纵向应力若大于靠近翼缘板中点或悬臂板边缘处的纵向应力，称为“正剪力滞”；反之，则称为“负剪力滞”。剪力滞效应常用剪力滞系数λ来衡量, λ的经典定义为: σ λ = σ- σ：实际截面上发生的应力 σ-:初等梁理论算出的应力
第九讲结构功能主义 一，结构功能主义的特征及其思想渊源结构功能主义是二战后在美国崛起的最重要的社会学流派。从战后一直到60年代在美国社会学一直居于主导地位。 （一）结构功能主义的主要特征 结构功能主义这一名称是由美国社会学家塔尔科特·帕森斯于1945年首先提出来的。在他的倡导下，结构功能主义在美国得到广泛的传播，逐渐为人们所接受。结构功能主义者尽管在一些基本问题上分歧很大，但还是有一些共同的特征。 1. 在研究层次上，结构功能主义通过强调 “系统”范畴而将社会结构和社会整体 作为基本的分析单位，把研究重点放在 社会上。结构功能主义继承了杜尔干的 整体优先于个体的立场。 2. 在研究方向上，结构功能主义代表着一 种与历史进化论和传统因果分析论不 同的研究取向。在解释社会现象时，结
构功能主义强调和侧重的是社会系统 的现存结构及其在维护系统生存中所 发挥的社会效果。 3. 在研究主题上，结构功能主义致力于回 答的最基本问题就是，一个社会系统为 了维护其存在，有哪些基本条件必须得 到满足以及是如何满足的。 凡是有助于系统存在的因素、机制和过程都得到突出的强调和优先考虑，经 常使用的概念有：秩序、均衡、适应、 稳定、整合等，而相反的概念比如冲突、 压力、失调等，都未给予重视。有维护 现状的保守倾向。 4. 功能分析方法。 （二）思想渊源 1. 早期社会学家的影响 孔德、斯宾塞、涂尔干 2. 英国文化人类学家的影响 马林诺夫斯基（1884-1942） 马林诺夫斯基认为，文化现象最终根源于个人的那些长期存在和经常需要的生理和
心理需求。社会文化中的风俗、习惯、制度、观念、信仰以及物质设施都与某项确定的需求相对应，是人们为满足特定的需求而创作出来的。在此基础上，他提出了功能普遍性和功能不开缺少性两个假设。即功能普遍地存在于任何文化现象中，任何文化都发挥着不能为其它文化要素所代替的必不可少的功能。 布朗（1881-1955） 布朗师承涂尔干，强调社会的整体形状，认为功能分析不能脱离结构分析。布朗把功能活动定义为文化活动在整个社会生活中所起的作用及其对维持社会结构的存续所作出的贡献。因而文化现象所具体的功能不是满足了个人的需求，而是表现为它满足了社会整体的需求。布朗提出了功能统一性的假设。即社会整体是一个功能统一体，组成整体的各个部分相互配合，协调一致，不会产生不可调节的冲突。 马林诺夫斯基和布朗所提出的三条假设成为了结构功能主义的基本前提。 二，帕森斯的理论学说
有限元原理在桥梁结构分析中的应用 在过去的30年里，有限元法作为一种通用工具在物理系统的建模和模拟仿真领域已经得到了广泛的接受。在许多学科它已经成为至关重要的分析技术，例如结构力学、流体力学、电磁学等等。 一、有限元原理 将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。 二、结构有限元求解问题 依据有限元法的基本思想，结构有限元求解问题可以分解为两个问题，即单元分析和单元集合问题。 （1）单元分析 所谓单元分析就是对某一复杂求解的结构取微小单元进行分析，依据其力学物理特性寻找描述该单元特性的数学函数。即通常说的描述该单元变形的形函数。 （2）单元集合 按照单元之间的联结方式，对整个求解问题系统进行整合。在弹性力学中利用单元的内部势能力与外部作用势能一起守恒，建立内部单元与外界作用之间的联系。 （3）问题的求解 获得内部单元与外界作用之间的联系，即系统的总刚度矩阵。要对问题的求解，则需要依据系统的外部条件求解出各个内部单元的变形状态，依据内部单元的变形，确定内部单元的应力。 因此，有限元法是最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。
三、梁结构的有限元分析 1. 有限元程序分析的过程 有限元程序分析的过程大致分为三个阶段： （1）建模阶段 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。 但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。 （2）计算阶段 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 （3）后处理阶段 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是结构有限元分析的目的所在。 2、建立有限元模型的一般过程 有限元分析中建模过程有下面7个步骤： （1）分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型。 总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a）结构类型； b）分析类型； c）分析内容； d）计算精度要求； e）模型规模；
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ff5535143.html, 箱形截面梁的剪力滞效应 作者：田建辉 来源：《中国新技术新产品》2010年第09期 摘要:随着交通事业的发展以及城市化速度的加快,桥梁在日益繁忙的公路和城市交通中显得越来越重要。许多新的桥型、大跨宽桥以及特宽桥相继出现,各种桥梁截面形式纷纷被采用,其中箱形截面形式就是常被采用的形式之一。剪力滞效应分析是箱形截面分析的重要组成部分。本文主要阐述了剪力滞效应的概念、影响因素及其计算理论。 关键词:剪力滞;箱形截面 1 剪力滞效应的概念及其所引起的问题 1924年卡曼(T.V.Karman)对宽翼缘的T梁探讨有效分布宽度的问题时涉及了剪力滞效应的问题,一般情况下,狭窄翼缘的剪切扭转变形不大,其受力性能接近于简单梁理论的假定,即平截面假定,而宽翼缘因这部分变形的存在,而使远离梁肋的翼缘不能参与承弯工作,也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离的增加而减小,这个现象就称为“剪力滞后”,简称剪力滞效应。箱梁在对称荷载作用下的弯曲也同样存在这种剪力滞现象,特别是大跨度预应力混凝土桥梁中所采用 的宽箱梁,由于箱梁上下翼板的剪切扭转变形使翼缘板远离箱肋板处的纵向位移滞后于肋板边 缘处,因此产生较为明显的剪力滞效应,且在翼缘板内的弯曲应力呈曲线分布。近几年相继建造了大量的箱形薄壁梁桥, T构、刚构、斜拉桥,特别是一些宽跨比较大,宽高比也较为突出的桥,这些桥的剪力滞效应是较为严重的。 2 剪力滞效应的计算理论 2.1 弹性理论解法 弹性理论解法有板壳理论(J.E.Gibson、M.H.Mitwally)、正交异性板法(Abdel-Sayed)和弹性折板理论法(Goldberg、Leve)。弹性理论解法是以经典的弹性理论为基础,其优点是能获得较精确的解答,能够很好的解决简单的力学模型,经常用于等截面简支梁的剪力滞问题求解。其中,弹性折板法运用谐波分析的方法,可以求解各种支承条件的梁。用该方法研究悬臂箱梁是一个由 板件构成的实际的空间体系,分析时比应用有限元法能大大节约时间,况且它是一种精确解。但是,弹性理论解法由于分析和计算公式的繁琐,很难应用于实际的工程问题,无法用于复杂结构问题的分析。 2.2 比拟杆法
结构功能主义(structural functionalism) 现代西方社会学中的一个理论流派。它认为社会是具有一定结构或组织化手段的系统，社会的各组成部分以有序的方式相互关联，并对社会整体发挥着必要的功能。整体是以平衡的状态存在着，任何部分的变化都会趋于新的平衡。结构功能主义,名谓主义,从某种意义上说实为一种广义的方法，这种方法只不过是社会学早已存在的对社会所做的普遍的、明确的科学分析的同义语,而这种科学分析方法,可以从功能主义开始说起。 一、理论发展： （一）早期理论渊源 功能主义的基本原则是从生物学占据统治地位的19世纪发展起来的。那时有关人体、微生物以及遍布全球的动植物的知识不断增长。孔德和斯宾塞提出了功能主义的最基本原则：社会与生物有机体在许多方面是相似的。这一观念中包含了三个要点： 第一，社会与生物有机体一样都具有结构。一个动物由细胞、组织和器官构成；与其类似，一个社会由群体、阶级和社会设置构成。 第二，与生物有机体一样，一个社会要想得以延续就必须满足自身的基本需要。例如，一个社会必须要有能力从周围的环境中获得食物和自然资源，并且将它们分配给社会成员。 第三，与构成生物有机体的各个部分相似，社会系统中的各个部分也需要协调地发挥作用以维持社会的良性运行。受意大利社会学家帕累托的影响，斯宾塞和他的追随者们都坚持任何系统都会自然地趋向均衡或稳定的观点，同时，社会中的各部分对社会的稳定都发挥了一定的功能。因此，从功能主义的视角来看，社会是由在功能上满足整体需要从而维持社会稳定的各部分所构成的一个复杂的系统。 后来的一些学者吸收了“社会与生物有机体相似”这一功能主义的基本思想，并且对其进行了提炼和补充。从不严格的意义上可以说,孔德、斯宾塞开创了结构功能主义的先河。 （二）传统功能主义 1、强调社会的整体性质,即通过揭示带有整体性的“社会事实”研究各种人的行为和社会现象,而且他还把社会组织和价值系统对应起来,研究社会组织与价值系统的在联系。 2、杜尔克姆社会学的一个重点是社会团结和社会整合问题,他对社会团结和社会秩序的强调被后来的结构功能主义所继承。 3、杜尔克姆是第一个将因果分析方法和功能分析方法严格加以区分的人。杜尔克姆指出了功能关系和因果关系的不同,用实际研究和统计分析证明功能分析的重要性。 杜尔克姆的功能主义又影响了两个社会人类学家马林诺夫斯基和拉德克利夫·布朗,他们二人给社会学提供了新的概念和分析方法,马林诺夫斯基和拉德克利夫·布朗在对土著部落社会中创造性地运用了结构——功能分析，为后来帕森斯的结构功能主义的发展奠定了基础。
框筒结构有单筒和束筒之分，单筒是梁柱在平台内侧形成的闭合体，束筒是在平台内侧形成的多个闭合体。无论单筒和束筒，腹板框架承担绝大部分剪力而翼缘框架承担绝大部分弯矩，它们之间通过框筒束联系，如果角柱很弱，则达不到上述效果。由于梁的弹性变形，在侧向荷载的作用下，截面并不保持为平面，角柱处轴向变形为最大，离角柱越远的各柱轴向变形为最小，这种现象称为剪力滞后，如图所示。 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，都会有剪力滞后后现象。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。 剪力滞后后效应通常出现在T型、工型和闭合薄壁结构中如筒结构和箱梁，在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件。当结构水平力作用下，主要反应是一种应力不均匀现象，柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形，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，从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小，翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形，同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律。这就是一种剪力滞后后效应。当翼板与腹板交接处的正应力大于按初等梁的计算值，称为正剪力滞后，反之为负剪力滞后。 忽略剪力滞后效应的影响，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“剪力滞后效应”，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
桥梁结构健康监测
目录 1. 桥梁结构健康监测的概念 0 2. 桥梁结构健康监测系统 0 2.1. 监测内容 0 2.2. 数据传输 (1) 2.3. 数据分析处理和控制 (2) 2.4. 大型桥梁结构健康监测系统 (2) 2.5. 桥梁结构健康监测的现状与发展方向 (3) 3. 桥梁结构健康监测系统的意义 (4) 3.1. 桥梁结构健康监测系统的主要作用包括： (4) 3.2. 桥梁健康监测意义 (4) 4. 现有桥梁结构监测系统存在的问题 (5) 5. 结语 (6)
桥梁结构健康监测 1.桥梁结构健康监测的概念 交通是社会的经济命脉，桥梁是交通的咽喉，交通不畅会制约社会的经济发展，所以保障桥梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至关重要。为保证桥梁安全运行、避免严重事故发生,对桥梁结构进行健康监测应运而生，桥梁结构健康监测是以科学的监测理论与方法为基础，采用各种适宜的检验、检测手段获取数据，为桥梁结构设计方法、计算假定、结构模型分析提供验证；对结构的主要性能指标和特性进行分析，及早预见、发现和处理桥梁结构安全隐患和耐久性缺陷，诊断结构突发和累计损伤发生位置与程度，并对发生后果的可能性进行判断与预测。通过对桥梁结构健康状态的监测与评估，为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理措施提供依据，并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏，保障和延长桥梁的使用寿命的目的。 2.桥梁结构健康监测系统 2.1.监测内容 数据采集与测量的内容主要为：变形(沉降、位移、倾斜)、应力、动力特性、温度、外观检测等。 1)变形监测 采取适宜的测量手段，对桥梁主体结构关键部位的沉降、位移、倾斜量进行监测。常用监测变形的方法有：导线测量法、几何水准测量法、GPS测定三维位移量法、自动极坐标实时差分测量法和自动全站仪三维坐标非接触量测等。 2)应力监测 桥梁运营状态中主体结构的应力变化是由于主体结构的外部条件和内部状态变化引起
剪力滞后效应知识科普 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.剪力滞后有时也叫剪切滞后,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.例如在墙体上开洞以后,由于横梁变形使剪力传递存在滞后现象,使柱中正应力分布呈抛物线状,称为剪力滞后效应. 剪力滞后效应的概念是在箱梁中提出的.剪力滞后效应在T 型、工型和闭合薄壁结构中（如筒结构和箱梁）表现得较为典型,在这些结构中通常把整体结构看成一个箱形的悬臂构件.当结构处于水平力作用下时,主要反应是一种应力不均匀现象,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,由此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,当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. 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.为了使简单梁理论能够用于宽翼缘梁的分析,故对翼缘定出个“有效翼缘宽度”翼缘的有效宽度为假设的翼缘宽度,沿其宽度上受均匀压缩,其压缩值如同在同样的边缘剪
力作用下的实际翼缘的受载边缘数值一样.另外,有效宽度可以视为理论的翼缘宽度,该理论翼缘承受具有均匀应力的压力.该均匀应力与原型宽翼缘处的应力峰值相等,而且总压力值相等. 在框筒结构中,结构整体可以看成一个箱形的悬臂构件.在水平力作用下,柱子之间的横梁会产生沿着水平力方向的剪切变形,从而使得翼缘框架中各柱子的轴力不相等：远离腹板框架的柱轴力越来越小,翼缘框架中各柱轴力呈抛物线形,同时腹板框架中柱子的轴力也不是线性规律.这就是一种剪力滞后效应.
高等桥梁结构理论课程作业参考答案（2014版） 【作业1】 如图1所示薄壁单箱断面，试分别计算：（1）该截面在竖向弯矩m kN M x ?=100作用下的正应力（注：平截面假定成立。）；（2）该截面在竖向剪力kN Q y 100=通过截面中心作用下的剪应力分布。 图1 薄壁单箱断面几何尺寸（单位：cm ） 【参考答案】 由于该截面关于y 轴对称，故需要确定主轴ox 轴的位置，假定ox 轴距离上翼缘中心线为a ，由0=x S ，得 0)2(2 1 2)2(0.3212)5.20.35.2(22=-?--?-?+?++δδδδa a a a 即 04.01.04.03.06.01.08.022=+--+-+a a a a a 0.15.1=a ，即m a 667.0= 由ANSYS 计算截面几何特性参数，计算结果如图2所示。具体几何特性计算结果为： 竖向抗弯惯性矩为)(064.1)(10064.1448m cm I x =?=, 横向抗弯惯性矩为)(370.5)(10370.5448m cm I y =?=， 扭转常数为：)(470.1)(1047.1448m cm I y =?=， 截面几何中心至顶板中心线距离为)(667.0m a =。 （1）截面在竖向弯矩m kN M x ?=100作用下，由初等梁理论可知，截面正应力分布由下式 计算，即
y y y I M x x z 96.93984064 .1000 ,100=== σ（Pa ） （m y m 667.0333.1≤≤-），具体截面正应力分布如图3所示。 X Y O Sig1=62688Pa Sig2=125282Pa 图2截面在竖向弯矩m kN M x ?=100作用下正应力分布图 （2）截面在竖向剪力kN Q y 100=作用下，闭口截面弯曲剪应力计算公式可知，截面剪应力为 ????? ? ?? +-= ??δδds ds S S I Q q x x x y 划分薄壁断面各关键节点如图3（a ）所示。将截面在1点处切口，变为开口截面，求x S 、 ?δ ds 和 ?ds S x δ 。作y 图如图3（b ）所示。 （a ）薄壁断面节点划分图（单位：cm ）
第19卷第3期 佛山科学技术学院学报(自然科学版) Vol.19No.3 2001年9月 Jo urnal o f Foshan Univer sity(Natural Science Editio n)Sep.2001 文章编号:1008-0171(2001)03-0029-07 薄壁箱梁剪力滞理论的评述和展望 罗旗帜1,吴幼明2 (1.佛山科学技术学院教务处,广东佛山528000;2.佛山科学技术学院数学系,广东 佛山528000) 摘要:介绍了国内外近几十年来有关薄壁箱梁剪力滞的研究成果,综述了所获成果的研究理 论和方法,评述了各种理论和方法的适用性和局限性,提出了今后有待进一步研究的方向。 关键词:薄壁箱梁;剪力滞;评述;展望 中图分类号:U448.213 文献标识码:A 在20世纪60年代末至70年代初,奥地利、英国、澳大利亚及德国相继发生了四起大跨径钢箱梁的重大事故,据各国专家分析,造成重大事故的直接原因是设计理论上的失误,其中重要一项就是对剪力滞未加考虑。近几年来,宽翼薄壁箱梁在我国大跨径桥梁、城市立交桥和高架桥中得到广泛的应用。但是我国现行桥梁设计规范中缺乏关于确定箱梁剪力滞效应的具体规定。所以在一般工程设计中忽视了这一问题,从而造成一些箱梁桥不断地发现有横向裂缝[1]。因此,箱梁的剪力滞问题引起各国桥梁专家的高度重视。近几十年来,国内外许多学者致力于该课题的研究,分别从解析理论、数值解法和模型试验等方面对剪力滞问题提出了许多新设想和新理论,并获得了许多的研究成果,部分成果已纳入规范之中,如英国规范[2]和德国工业标准规范[3]等。本文介绍了国内外有关薄壁箱梁剪力滞的研究成果,从理论和实际应用上评述了各种理论和方法的适应性和局限性,并提出了今后研究的方向。 1 解析理论 1.1 弹性理论解法 (1)调谐函数法 调谐函数法是以肋板结构为基础,取肋板和翼板为隔离体,肋板由初等梁理论分析,而翼板由平面应力分析,用逆解法求解应力函数,然后根据肋板和翼板之间的静力平衡条件和变形条件,建立方程组,求出未知数,从而导得翼板的应力和挠度解。早在1924年,弗?卡门[4]就利用该方法解决了无限宽翼缘板的应力分布及其有效分布宽度问 收稿日期:2001-03-05 作者简介:罗旗帜(1955-),男,浙江温州人,佛山科学技术学院教务处处长,教授,主要从事桥梁工程与交通工程教学与科研工作。
结构功能主义的主要特征： 1、在研究层次上，结构功能主义通过强调“系统”范畴而将社会结构和社会整体作为基本的分析单位，把研究重 点放在社会上，坚持社会优先于个体的立场，认为个体的社会人格是由社会赋予和塑造的，个体参与社会活动的动机也是社会价值系统的反应，并将个体活动与其行动的有社会意义的后果加以区分，以后这为研究重点。 2、在研究方向上，结构功能主义代表着一种与历史进化论和传统因果论不同的研究取向。在解释社会现象时，结 构功能主义强调和侧重的是社会系统的现存结构，而非其产生的历史过程；是其在维持系统生存中所发挥的社会效果，而不是决定论意义上的原因；把“适者生存”这一进化规律作为不言而喻的前提，侧重考查其所以能继续维持生存的各种机制；对于社会系统的内部组成部分，将其视为某种既成事实，侧重考察它们在维持系统功能中所作出的贡献。 3、在研究主题上，结构功能主义致力于回答的最基本问题是：一个社会系统为了维持其存在，有哪些条件必须得 到满足一己这些条件是如何得到满足的？对于结构功能主义而言，任何现存社会都具有以邪恶基本的制度模式（结构），而这些制度模式发生着相互支持的关系（功能），从而保证了社会系统的生存。即凡是有助于系统存在的因素、机制和过程都得到突出的强调和优先考虑。因此，一般认为结构功能主义具有一种维护现存体制的保守倾向。 4、统一结构功能主义流派的基本特征与其说是一些共有的概念范畴和理论模式，不如说是一种共有的功能分析方 法。
社会行动理论（帕森斯早期阶段）
社会系统的模式变量（帕森斯后期阶段） 主要问题：社会价值体系是如何通过影响行动者的主观取向而导致行动者之间相互依赖和相互结合的。 1、行动系统与社会系统 帕森斯认为，行动理论的分析重点不是各个单位行动，而是行动系统，因为任何单位行动都是在特定的行动系 帕森斯吧一般行动系统区分为四个附属系统：文化系统、社会系统、人格系统、行为有机体。各个附属系统按其所在的等基层层次同其他附属系统进行
结构功能主义 一、结构功能主义简要脉络 功能主义是20世纪初期逐渐形成的社会理论，目的是从系统的、联系的视角，对社会的行动、仪式等宏观或微观的现象做出解释。 早期的功能主义起源于——19世纪的社会学创始人斯宾塞和涂尔干等人。他们用生物学和进化论的理论来解释社会。社会是一个有机体，他的不同部分就像生物体的不同器官，满足着整个生物体的需求，维持着系统的平衡。 “功能主义”概念的提出——人类学家马林诺夫斯基。他在《文化论》中论述了人类学研究中的功能主义视角。 功能主义进入社会学——美国学者塔科特·帕森斯的结构-功能主义《现代社会的结构与功能》AGIL模型，“功能主义”成为20世纪中期非常著名的社会学范式。 功能主义对大众传播的功能研究的启发——1948年拉斯韦尔《社会中传播的结构与功能》；1948年拉扎斯菲尔德与默顿（帕森斯的弟子）《大众传播、大众品味与有组织的社会行动》 二、帕森斯的结构功能主义 第二次世界大战后直至20世纪60年代，在西方社会学界，帕森斯的结构功能主义一直处于主导地位。他的结构功能分析模型，从功能分化的角度，将社会结构概念发展成一种庞大的旨在解释一切人类行动的系统理论。 1、结构表现为一种功能 帕森斯认为所谓社会结构是具有不同基本功能的、多层面的次系统所形成的一种“总体社会系统”，包含执行“适应(A)”、“目的达成(G)”、“整合(I)”和“模式维护(L)”四项基本功能的完整体系。这个完整体系被划分为四个了系统，分别对应四项基本功能:“经济系统”执行适应环境的功能;“政治系统”执行目标达成功能;“社会系统”执行整合功能;“文化系统”执行模式维护功能。 帕森斯认为，这是一个整体的、均衡的、自我调解和相互支持的系统，结构内的各部分都对整体发挥作用;同时，通过不断的分化与整合，维持整体的动态的均衡秩序。在这里，结构表现为一种功能。 2、结构是一种互动关系模型
第五届大学生结构设计竞赛 桥梁结构设计理论方案 作品名称平波桥 参赛队员邵明帅、温雯、文月桂、胡红亮 专业名称土木茅以升、车辆詹天佑、土木茅以升、土木茅以升、土木茅以升 指导教师张雪珊 大连交通大学结构设计竞赛组委会
二〇一三年 作品简介总言：桥梁是我们生活中很常见的一种交通方式，许多有河流的地方就有桥梁的身影，从很简陋的独木桥，到如今气势恢宏的跨海大桥，桥梁的建造技术在飞速的发展着，随着材料科学的发展，各种新型的材料也在不断运用到桥梁建造中来，但总体有一个原则“稳定性好，材料省”。一般现在的桥梁形式可分为“拱，吊，桁架”三种。 我们的理念：考虑到拱桥较难制作，且较易出现应力集中现象，所以我们选择了桁架和吊桥的结合形式来制作我们的作品，桁架结构具有制作简便，刚度大，几何特性好，扩大了粱式结构的适用跨度等优点，本次制作的桥梁长度为2010mm,是一种大跨的结构，而吊桥的优点就是受拉好，自重轻，跨径大，在支座承压方面，我们采用了增加横杆的方式，一方面增大了它的承压面积，另一方面使支座受力均匀，在主梁上，我们采用工字梁的方式来增加梁的抗弯能力，在整个梁的受力方面，我们尽量都是让力均匀分布的方式进行。这样可以减少挠度。 我们的特色： 1.梁的横截面： 目的：增大梁的抗弯能力。 效果图 2.腹梁的承压结构 目的：降低挠度 3．吊桥的受拉结构 目的：适合大跨径受拉结构
注：作品简介应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明（可加页）。 结 构 承 重 验 算 1.结构选型：我们所设计桥是以空间组合形式，结构是以梁承受抗弯，以 腹杆承受抗压，以吊索承受拉力来支撑桥面的载重。 2.荷载分析：将小车在车轮与桥面接触点简化成2个集中荷载同时车辆 通过速度可控制所以在任意时刻可以按静载处理。这样每条主梁同时 受均布力及两个集中荷 3.计算简图 4. 5内力分析：结构力学求解器分析图 位移计算 杆端位移值 ( 乘子 = 1) ----------------------------------------------------------------------------- ------------------ 杆端 1 杆端 2 ---------------------------------------- ------------------------------------------