剪力滯後效應

剪力滯後在結構工程中是一個普遍存在的力學現象，小至一個構件，大至一棟超高層建築，都會有剪力滯後現象。剪力滯後有時也叫剪下滯後，具體表現是，在某一局部範圍內，剪力所能起的作用有限，所以正應力分布不均勻，把這種正應力分布不均勻的現象叫剪下滯後。例如在牆體上開洞以後，由於橫樑變形使剪力傳遞存在滯後現象，使柱中正應力分布呈拋物線狀，稱為剪力滯後效應。

基本介紹

• 中文名：剪力滯後效應
• 外文名：shear-lag effect
• 原理：剪力滯後效應的概念是在箱
• 事故：忽略剪力滯效應的影響

原理

在對稱均勻荷載作用下，如果箱梁具有初等彎曲理論中所假定的無限抗剪剛度（及時變形的平截面假定），那么彎曲正應力沿梁寬方向是均勻分布的。但是，箱梁產生的彎曲的橫向力（壓應力）通過肋板傳給翼板，而剪應力在翼板上的分布是不均勻的，在交接處最大，離開肋板逐漸減小，因此剪下變形沿翼板分布是不均勻的，從而引起彎曲時遠離肋板的翼板的縱向位移滯後於肋板附近的縱向位移，所以

其彎曲正應力的橫向分布呈曲線形狀，這種現象工程界稱之為“剪力滯效應”。

剪力滯後效應的概念是在箱梁中提出的。剪力滯後效應在T型、工型和閉合薄壁結構中（如筒結構和箱梁）表現得較為典型，在這些結構中通常把整體結構看成一個箱形的懸臂構件。當結構處於水平力作用下時，剪下變形，由此引起彎曲時遠離肋板的翼板的縱向位移滯後於肋板附近的縱向位移，當翼板與腹板交接處的正應力大於按初等梁的計算值，稱為正剪力滯，反之為負剪力滯。

事故

忽略剪力滯效應的影響，就會低估箱梁腹板和翼板交接處的撓度和應力，：如1969－1971年在歐洲不同地方相繼發生了四起箱梁失穩或破壞事故。事故發生後，許多橋樑專家對橋樑的設計和計算方法進行了研究和分析，提出這四座橋的計算方法存在嚴重缺陷，其中一項就是設計中沒有認真對待“剪力滯後效應”，因此導致應力過分集中造成橋樑的失穩和局部破壞。又如廣東省的佛陳大橋、樂從立交橋、江灣立交橋、順德立交橋、文沙大橋等出現橋樑翼板橫向裂縫，據資料顯示其主要原因是未考慮剪力滯，致使實際應力大於設計應力，不能滿足翼板承載力的要求而出現裂縫。

規範

英國規範和德國工業標準規範中通過翼緣有效寬度的折減來考慮剪力滯的影響，但是我國現行橋規中僅提及可參照“T”形梁的規定辦理，沒有箱梁有效寬度的具體規定，因此按初等梁計算在靜、動載作用下縱向彎曲的應力無折減或增長係數可依。目前對於複雜受力的大跨徑橋樑，我國設計人員僅憑模型試驗或大型有限元技術進行剪力滯分析，如我國的錢塘江二橋、上海南浦大橋、銅陵長江公路大橋等，花費了大量人力物力。但對於一般的工程設計，卻忽略剪力滯的影響，致使不斷有一些寬箱梁橋出現橫向裂縫。

寬度

在箱梁中，肋處的剪力流向板中傳遞過程，有剪力滯後現象，稱之為剪力滯效應，剪力滯概念與有效分布寬度相同，前者用不均勻應力表示，後者用一等效板寬表示。其實，剪力滯效應和T型梁的有效分布寬度是同一回事，都是由於腹板的剪力流使得上翼緣的應力分布不均勻。只是T型梁用有效寬度來簡化這一現象。在橋樑的箱型截面中這一現象較突出，但當跨寬比較小（寬短梁）或者截面腹板慣性矩與翼緣慣性矩之比較小時尤其嚴重，一定要考慮。高層和這個類似，高層倒小與橋樑的箱型截面其實一回事。有效分布寬度用於開口截面，剪力滯多用於封閉截面。剪力滯有正剪力滯與負剪力滯之分。剪力滯影響結構設計，需將設計值提高。

剪力滯的概念是一般狹窄翼緣的剪下扭轉變形不大，其受力性能接近於簡單梁理論的假設，而寬翼緣因這部分的變形的存在，而使遠離梁肋的翼緣不參予沉彎工作，也即受壓翼緣上的壓應力隨著離梁肋的距離增加而減少，這種現象就成為“剪力滯後”，簡稱剪力滯效應。

為了使簡單梁理論能夠用於寬翼緣梁的分析，故對翼緣定出個“有效翼緣寬度”翼緣的有效寬度為假設的翼緣寬度，沿其寬度上受均勻壓縮，其壓縮值如同在同樣的邊緣剪力作用下的實際翼緣的受載邊緣數值一樣。另外，有效寬度可以視為理論的翼緣寬度，該理論翼緣承受具有均勻應力的壓力。該均勻應力與原型寬翼緣處的應力峰值相等，而且總壓力值相等。

剪力滯後效應通常出現在T型、工型和閉合薄壁結構中如筒結構和箱梁，在這些結構中通常把整體結構看成一個箱形的懸臂構件。當結構水平力作用下，從而引起彎曲時遠離肋板的翼板的縱向位移滯後於肋板附近的縱向位移，從而使得翼緣框架中各柱子的軸力不相等：遠離腹板框架的柱軸力越來越小，翼緣框架中各柱軸力呈拋物線形，同時腹板框架中柱子的軸力也不是線性規律。這就是一種剪力滯後效應。

影響

1、剪力滯現象越嚴重，框筒結構的整體空間越弱。

2、剪力滯的大小與梁的剛度、柱距、結構長寬比等有關，梁的剛度越大，柱距越小，結構長寬比越小，剪力滯越小。

3、框筒結構的整體空間作用只有在結構高寬較大時才能發揮出來。