摘要：基于薄壁杆件结构理论，采用有限元FEA分析，并与已有文献中的计算结果相比较，以验证建模数据分析的准确性。分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对剪力流分配的影响，得出对多室薄壁箱梁腹板剪力流分配影响显著的敏感性参数，为多室薄壁箱梁受力分析及截面优化设计提供理论依据。
关键词：薄壁杆件；多室薄壁箱梁；剪力流；有限元；截面参数
大跨度桥梁的建设中，多室薄壁箱梁的应用十分广泛。由于多室薄壁箱梁受力弯曲时各个腹板的剪力流分布存在差异，且分配比例尚不明确，因此有必要对剪力流的分配及其影响参数进行分析，以此来正确掌握薄壁箱梁的受力状况并对多室箱梁截面进行优化设计。本文基于薄壁杆件结构力学理论[1-11]，采用有限元法进行数据建模分析。同时，按一定比例调整箱室截面参数，分析多室箱梁腹板剪力流分配比的变化，以期得出影响多室箱梁剪力流分配的主要参数与次要参数。
1有限元建模分析
利用有限元软件Midas建立该断面的三室有限元分析模型，单元形式为2D板单元，网格线尺寸控制为20 cm，共5085个节点，5041个单元。进行线性静态分析，结果如图1所示。
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图1 弯曲剪力流云
将有限元分析的结果（以下简称“有限元值”）与文献[12]中的计算结果（以下简称“文献值”）进行对比，采用有限元分析结果的弯曲剪力流与文献[12]中的计算结果基本相同，其中有一点最大相对误差虽然达到了10.13%，但这可能是由于本算例中选取的是非对称截面，有限元分析中在截面剪切中心处加载内力时手动添加剪切中心造成的误差，导致有限元计分析时不仅计算了弯曲剪应力还考虑了扭转产生的剪应力。由此可见，本文推导的计算公式有较好的精度。
2 截面参数对剪力流的影响
选取三箱室对称薄壁梁的断面为基础分析截面，断面梁高180 cm，全梁总宽900 cm，三箱室室宽均为300 cm，悬臂板宽为200 cm，悬臂板、各箱室顶底板及腹板厚度均为10 cm。
在分析截面的基础上对截面参数作如下调整：①截面形式调整：有悬臂板和无悬臂板；②截面厚度调整：悬臂板厚度tc与顶板厚度tt比k1、底板厚度td与顶板厚度tt之比k2、中腹板厚度t2与边腹板厚度t1之比k3、边腹板厚度t1与中腹板厚度t2之比k4；③室宽的调整：边室室宽L2与内室室宽L1之比k5；④梁高的调整：调整后的梁高h’与原有断面梁高之比k6。k1～k6取值均为1.0：1，1.1：1，1.2：1，…，2.0：1。
运用仿真分析结论如下：在参数比例调整范围内，k1、k2、k3、k4、k5、k6每增大10%，对应的剪力流分配比变化率分别为-1.5%、-0.7%、+2.6%、-2.3%、-1.3%和-0.5%，可见箱室腹板厚度、悬臂板厚度及箱室室宽对多室薄壁箱梁腹板剪力流分配的影响较大，为确保多室箱梁腹板受力的合理性，须优化设计各箱室腹板的厚度及室宽。
3 结论
在调整比例范围内，腹板厚度对腹板剪力流分配影响较大，k3每增大10%，剪力流分配比变化为2.6%，k4每增大10%，剪力流分配比变化为2.3%，；其次是k1与k5每增大10%，对应剪力流分配比的变化分别为1.5%与1.3%；梁高与底板厚度对剪力分配比有一定影响，k6与k2每增大10%，剪力流分配比变化分别为0.5%与0.7%。腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁腹板剪力流分配比的主要敏感参数，梁高与底板厚度为次要敏感参数。
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作者简介：王强、1991、男、福建福州、助理工程师、桥梁设计
论文作者:王强
论文发表刊物:《建筑模拟》2020年第1期
论文发表时间:2020/3/27
标签：腹板论文; 剪力论文; 薄壁论文; 厚度论文; 截面论文; 悬臂论文; 有限元论文; 《建筑模拟》2020年第1期论文;