摘要：本文主要针对新型波形钢腹板结合梁的剪力滞效应进行研究，采用能量变分法，得出了集中荷载和均布荷载工况下结合梁的剪力滞系数计算表达式;通过实验室制作的结合梁试验模型，研究了简支梁在不同荷载工况下的剪力滞效应，认真分析实验数据，得到结合梁跨中、1/4、支座附近截面剪滞系数分布特征并将理论计算值与试验值进行对比分析，研究结果表明:简支梁在集中荷载工况下，跨中截面的剪力滞现象明显，上翼缘板的剪力滞系数大于下翼缘板的剪力滞系数;在均布荷载工况下的剪力滞效应比集中荷载工况下的剪力滞效应明显减弱;本文计算理论为结合梁剪力滞效应的研究提供了理论支撑。
关键词：波形钢腹板;钢底板;结合箱梁;剪力滞效应;实验分析;
将传统波形钢腹板结合梁的混凝土底板替换为钢底板，即为新型波形钢腹板结合梁，此种新型结合梁自重小，跨越能力大，可实现快速施工，结构受力更加合理。目前国内外对波形钢腹板结合梁的剪力滞效应，从理论、试验、模拟等方面均有了较大突破。但对新型波形钢腹板结合梁弯曲时，对顶、底板的应力分布特点缺乏理论及试验支撑。因此，本文对该类型新型结合梁的剪力滞效应理论与试验进行了分析研究，对该类结构的设计及应用具有重要意义。
1主要研究内容本文以某匝道桥为算例，对单箱单室新型波形钢腹板结合梁的剪力滞效应进行理论和试验分析，其分析结果对该桥设计和施工起指导作用。采用能量变分法，得到简支梁在均布、集中荷载两种工况下的剪力滞系数表达式;然后以实际的桥梁真型，按照相似原理制作1∶5的缩尺模型(图1)，进行荷载试验，测得跨中截面的应力，得出剪力滞系数试验值;最后对新型结合箱梁剪力滞系数的试验值与理论值对比，以验证计算表达式的正确性。
图1新型波形钢腹板结合梁构造图下载原图
2变分法求解剪力滞系数2.1基本假定根据新型波形钢腹板结合梁的受力特性，提出如下假定:腹板在竖向荷载作用下，顶、底板服从“拟平面假定”，箱梁变形均在弹性范围内，混凝土顶板和钢底板承担弯曲应力，钢腹板全部用来抗剪，翼板计算时仅考虑εx、εy影响。
图2新型波形钢腹板结合梁截面构造图下载原图
2.2微分方程的推导为了精确表达其位移模式，在选用箱梁ω(x)的前提下，引入纵向位移函数U(x,y,z)，表达式如下所示:
式中:f(y,z)为结合梁剪力滞翘曲位移函数，选取3次抛物线形式;b为箱梁两腹板间距的一半;u(x)为最大纵向位移差函数;hi为翼板距形心轴的距离;顶板、底板、悬臂板应变表达式为:
新型波形钢腹板结合梁的应变势能分别为:
(1)顶板的应变势能为:
其中:令I=2tuhu2b
(2)悬臂板应变能为:
其中:令I=2tuhu2αb
(3)底板的应变能为:
其中:令I底=2tbhb2b
(4)腹板的应变能为:
(5)外力势能
其中:
为弯曲势能，
为剪力外力势能。式中:Ec为混凝土弹性模量;Es为钢底板弹性模量;Gc为混凝土剪切模量;Gs为钢底板剪切模量;Gw为波纹性钢腹板的等效剪切模量;I、I、I底分别为结合梁顶板、悬臂板、底板惯性矩;则结合梁的总势能Π为:
令H1=EcI+EcI+EsI底，H2=GcI+GsI底，H3=GcI悬
化简后可得:
由最小势能原理，即δΠ=0
利用分部积分公式:
，整理并简化得:
解得:微分方程的一般解形式为:
式中:u*为与方程右端项有关的特解;C1,C2为通解中的系数，由边界条件确定。
边界条件
反映了翼缘板应力与弯矩在x1,x2之间需要满足的关系。
图3结合梁集中力工况下载原图
图4结合梁均布荷载工况下载原图
2.3简支结合梁集中力工况下的剪力滞效应如图3所示，根据材料力学知识，得出
(1)当0≤x≤a时，微分方程表达式为:
一般解的形式为:
(2)当a≤x≤l时，剪力滞微分方程为:
一般解形式为:
纵向位移函数为:
剪力滞系数为:
2.4简支结合梁均布荷载工况下的剪力滞效应如图4所示，微分方程为:
微分方程的一般解为:
纵向位移函数为:
剪力滞系数为:
3模型试验计算的结合梁剪力滞系数目前多数学者对于箱梁剪滞效应研究和计算，通过理论推导和有限元模型来求解箱梁剪滞效应解析解和数值解。在实际工程中，由于施工工艺更原因，其箱梁剪力滞效应与理论存在一定的偏差，本文以实桥为真型，制作1∶5的缩尺模型，于室内对模型进行加载测试，对测得数据进行分析得出关键截面剪力滞系数，以真实可靠的实验分析数据反映实桥的受力情况，验证本文解析法的准确性。将计算的理论值与试验值列于表1所示。
由表1可知，简支结合梁在集中荷载工况下剪力滞现象突出，上翼缘板剪力滞效应比下翼缘板剪力滞效应明显;在均布荷载工况下比集中荷载工况下的剪力滞效应明显减弱。该工况下，由跨中截面到支座截面剪力滞效应逐渐加强。
表1剪力滞系数对比表下载原图
模型中均设置钢横隔板，但在采用能量变分法推导时，未考虑钢横隔板，导致解析解偏大，从而证明钢横隔板可以有效削弱了剪力滞效应。
简支梁在集中荷载、均布荷载作用下，能量变分法计算值均大于实测值，但二者变化趋势吻合良好。可见本文计算、试验是可靠的。
4结论本文以能量变分法求得新型波形钢腹板结合梁在集中荷载和均布荷载两种工况下的剪力滞系数表达式;以实桥为真型，于室内对1∶5的缩尺模型进行加载测试，分析得出关键截面剪力滞系数，对两种方法得出的剪力滞系数验证分析得出:本文计算理论为结合的研究提供了理论支撑。
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