基于修正翘曲位移函数的单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应分析

作     者：郭向荣 张文格 崔睿博 李夏元 邹欣杭 

作者机构：东南大学交通学院 中南大学土木工程学院 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(U1934207) 

主　　题：薄壁箱梁 单箱双室 剪力滞效应 弯曲剪力流零点 初始剪切转角 

摘      要：为完善单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应理论研究，基于弯曲剪力流零点位置分布确定翼缘板宽度划分原则，考虑剪切变形对弯曲曲率的影响，引入内力平衡因子，利用纵向翘曲位移横向分布连续性条件，对翼缘板纵向翘曲位移函数进行修正。同时，考虑悬臂翼缘板端部自由状态，提出初始剪切转角的概念，以解释悬臂板端部理论应力高于真实应力的现象，并明确初始剪切转角对纵向翘曲位移函数的影响机理。采用无量纲法，统一翼缘板纵向翘曲位移滞后函数的关系，理论推导纵向翘曲位移横向分布函数的合理形式。基于能量变分原理，建立了单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应控制微分方程，并给出了位移边界条件。以单箱双室薄壁简支箱梁满布均布荷载为例，采用本文提出的分析方法对算例进行了理论求解，并利用ABAQUS有限元软件建立了相应的力学模型，将本文理论解析解与有限元数值结果进行比较分析。研究结果表明：根据弯曲剪力流零点位置确定单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应翼缘板宽度划分是合理可行的。本文理论分析方法（考虑初始剪切转角和翼缘板应力修正）计算的翼缘板应力和挠度值与有限元数值结果吻合良好，最大误差不超过2%，不仅验证了选用余弦函数作为纵向翘曲位移横向分布函数的合理性，还表明了理论分析方法和理论推导的正确性。