地下箱型（共3篇）
地下箱型 篇1
摘要：地下防水混凝土施工, 应严格按《地下防水工程质量验收规范》执行, 做好地下箱型混凝土结构质量控制工作, 特别是对变形缝、施工缝、埋设件、穿墙管道和电缆等构造设置要注意监控, 监理工程师应严格按混凝土施工过程进行质量控制, 对细部构造应全数检查, 严禁出现渗漏。
关键词：地下防水,混凝土,质量控制,渗漏,治理
1 混凝土质量控制的基本要求
1.1 事前控制
监理工程师参加设计图纸会审, 对地下混凝土结构施工组织设计进行认真审查, 重点是对支撑系统的刚度、强度和稳定性, 施工缝留置位置, 分层施工间隔时间, 混凝土浇筑顺序, 分层厚度, 泵车运输路线、停泵位置, 人员分工、组织指挥, 机具设备完好和备用, 防雨措施, 养护措施等方面。
在浇筑砼前, 施工单位需对钢筋、模板、支撑系统、预埋件、对拉螺栓、止水板、止水带、施工缝处截面尺寸、标高、轴线等进行自检、专检, 经监理工程师检查确认合格后, 方可浇筑砼。对于砼的配合比, 水泥、砂、碎石、外加剂的品种、规格, 不同部位对混凝土要求也不一样, 施工单位应事先联系商品混凝土生产厂家, 提前要求并审查混凝土配合比的报告单。
1.2 混凝土浇筑过程控制
混凝土进入现场, 监理工程师审查出场合格证、配合比, 核对混凝土强度, 抗渗等级及坍落度是否符合设计要求, 混凝土浇筑过程, 施工单位应有管理人员和质检员在场, 监理工程师旁站检验, 并随机见证取样, 施工单位制作混凝土抗压、抗渗试块, 抗压强度每100 m3取一组, 抗渗强度每500 m3取一组, 根据拆模安装需要相应做同条件养护试块, 观察坍落度与和易性, 泵送砼坍落度为120 mm, 允许偏差±20 mm, 抽检坍落度, 随时进行, 每班不少于2次。混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间, 现场检查混凝土出厂单的出厂时间, 一般至混凝土入模时间不应超过2小时, 超过的禁止浇筑。
监理工程师检查施工单位是否按照混凝土浇筑施工作业设计中分层厚度和顺序进行, 厚度为振捣棒作用范围的1.25倍, 一般为300 mm～400 mm, 因为混凝土振捣是关键工序, 因此要求施工人员必须经过培训考核合格, 按“快插慢拔”方法进行, 振捣棒应避免碰撞模板、预埋件、螺栓、套管、止水板、止水带等, 防止位移, 并在这些部位仔细振捣密实, 防止漏振。
混凝土浇筑后, 应及时进行机械压光、抹面, 人工配合, 日平均温度5 ℃以上时, 可用草袋麻袋覆盖浇水养护, 或塑料薄膜覆盖养护, 使薄膜内表面结露, 保持混凝土湿度, 一般防水混凝土养护时间不得少于14天。
1.3 事后控制
对防水混凝土必须达到规范要求的强度, 才能进行拆模, 监理工程师对拆模后的混凝土结构断面尺寸、平整度、垂直度及外观检查, 对混凝土表面存在的质量缺陷, 施工单位应在监理工程师检查后再处理, 如出现孔洞、漏筋等严重缺陷, 应报处理方案, 经监理工程师审批后实施。回填时, 应做到对称分层, 防止机械碰撞混凝土或单侧回填挤压, 造成混凝土结构出现变形、位移或开裂。
2混凝土出现渗漏的原因及防治
如果地下箱型结构出现渗漏时, 根据发生的不同部位进行原因分析, 采取有效的治理方法, 并提出相应的预防措施, 以便在今后做好混凝土的质量控制工作。
2.1 底板发生渗漏
(1) 原因分析:
混凝土振捣不密实;预埋件处渗漏、振捣不到位;钢筋固定架、预埋件支架与垫层无隔离垫块。
(2) 预防措施:
施工人员必须经培训上岗, 操作者明确技术要求和振捣要领;混凝土初凝前, 在预埋件处二次振捣;底板钢筋支架设置砼垫块;防水混凝土配合比符合设计要求, 坍落度为100 mm～140 mm, 不得超过140 mm, 每班抽检不少于2次。
(3) 治理方法:
混凝土出现裂缝渗漏, 浅缝应骑缝开凿V型槽, 用水泥砂浆埋嘴封槽注浆, 深缝应骑缝钻孔至裂缝深度, 埋注浆管, 每条裂缝至少2孔, 一注浆, 一排气。采用低压低连注浆0.2 MPa～0.4 MPa, 待裂缝浆液初凝不外流时, 方可拆注浆嘴, 并封口抹平。防水混凝土结构出现宽度小2 mm的裂缝, 应选用化学注浆, 注浆材料宜选用环氧树酯, 聚氨酯, 甲基丙烯酸甲酯等浆液。宽度大于2 mm的裂缝要考虑注浆的补强效果。
2.2 侧墙、顶板发生渗漏
(1) 原因分析:
混凝土振捣不密实;底板与侧墙施工缝未按规范进行凿毛清洗, 未浇筑接浆层, 板缝漏浆;施工缝钢板止水板安装位置不正确, 焊接不严密;混凝土未连续浇筑, 出现冷缝;对拉螺栓止水环未满焊渗水, 螺栓头封堵不密实;侧墙拆模过早, 导致对拉螺栓杆松动引起混凝土细微裂缝;混凝土养护时间短, 未按规范进行保温保湿;外力挤压振动, 如不对称回填, 打桩挤压振动, 重型机械碾压, 顶板集中堆荷载等, 造成混凝土开裂渗漏。
(2) 预防措施:
施工人员应分层、连续浇筑混凝土, 认真振捣, 施工缝模板采取胶条等措施保证缝隙严密、不漏浆, 清理施工缝, 要凿除松散层, 清水冲洗干净, 浇混凝土时无积水, 先浇一层与混凝土同标号的水泥砂浆50 mm～100 mm厚, 用二次支模法, 增加施工缝处水线长度。止水板焊接严密, 安装居中, 上下位置正确, 固定牢固。对拉螺栓止水环满焊, 贴模板两端放20 mm厚小木块, 拆模后及时清除木块, 割掉螺栓头, 用防水砂浆封堵, 并做防腐处理。防水砼养护时间不少于14天, 拆除外模砼强度要达到70%。拆模后应及时回填, 回填必须对称分层夯实, 分层厚度为300 mm, 顶板不得用回填设备碾压, 不得在顶板集中堆周转工具。
(3) 治理方法:
同3.1.3条款内容。
2.3 伸缩缝处发生渗漏
(1) 原因分析:
橡胶止水带材料不合格, 胶结不牢固、出现开裂, 安装不居中、牢固、平顺, 混凝土浇筑中移位变形;伸缩缝处清理不干净或封模不严密、漏浆;油毡、沥青材料不合格, 外防水施工不规范, 外墙清理不干净或潮湿, 油毡未粘牢, 外部砌砖不认真, 使外防水失去作用。
(2) 预防措施:
对橡胶止水带进行材料复检, 使用定型止水带, 橡胶止水带安装正确, 中埋式止水带中心线和伸缩缝中心重合居中, 牢固, 不得偏斜、褶皱、扭曲, 端面模板封闭严密, 不得漏浆。伸缩缝处清理干净, 不得夹渣杂物。外防水两毡三油, 材质符合要求, 基层清理干净, 逐层粘贴牢固严密, 不得空鼓、皱褶、翘边, 经监理工程师检验后, 方可砌砖封闭。
(3) 治理方法:
伸缩缝渗漏除在内部进行堵漏处理外, 按设计和规范做防水, 注意清理基底, 油膏嵌缝严密, 沥青油毡粘接牢固严密, 无空鼓。
2.4 预埋件部位发生渗漏
(1) 原因分析:
预埋件密集处混凝土浇筑困难, 振捣不密实;预埋铁件表面锈蚀层未清楚, 使预埋铁件不能与混凝土粘结严密;预埋件受振松动, 与混凝土间产生缝隙。
(2) 预防措施:
预埋件表面先进行除锈处理, 安装牢固可靠, 加强预埋件周围混凝土的振捣, 做好保护, 避免碰撞。有振动的预埋件, 应事先制成混凝土预制块, 表面做防水抹面处理, 安装位置牢固, 再与混凝土浇筑成一整体。对预埋件尺寸较大的, 应在中间开气孔。
(3) 治理方法:
对预埋件周边出现渗漏, 先将周边剔成环形沟槽, 再按裂缝直接堵塞方法处理。对于因受振而使预埋件周边出现的渗漏, 处理时需将预埋件拆除, 制成预制块, 并凿除凹槽供埋设块用, 埋设前凹槽先嵌入快凝砂浆, 再迅速将预制块填入, 待快凝砂浆具有一定强度后, 周边用胶浆堵塞, 并用素浆嵌实, 然后分层抹防水层。如预埋件密集, 多数呈漏水状态, 剔除埋件后漏水增多, 如修堵困难, 可先用水泥压浆法灌入快凝水泥浆, 待凝固后, 漏水量明显下降时, 再参照上述办法处理。
2.5 管道和电缆穿墙 (地) 部位发生渗漏
(1) 原因分析:
常温管道、热力管道和电缆穿墙 (地) 处是地下防水工程中的薄弱部位, 造成渗漏水的原因, 与预埋件部位相同。
(2) 预防措施:
对管道和电缆穿墙部位的防水处理必须严格细致, 切实确保施工质量, 根据各种管道性能, 选择不同的防水处理方案
(3) 治理方法:
常温管道和电缆穿墙 (地) 部位渗漏水, 根据工程特点和渗漏情况, 选择相应的材料、工艺、机具, 常采用促凝灰浆堵漏法、氰凝灌浆堵漏法、集水井堵漏法。热力管道穿墙部位渗漏水, 穿内墙时可将穿管孔眼剔大, 采用埋设预制半圆混凝土套管法进行处理。穿外墙时, 修复时需将地下水降至管道标高以下, 用设置橡胶止水套的方法处理。
箱型构件连接节点优化设计 篇2
1 箱型构件节点优化的意义
现如今主流的高层钢结构施工特点都是:首先在设计阶段将整体结构分解为梁、柱等不同的段落, 在工厂分别加工成型这些构件之后, 将这些构件分批运送到工地进行安装, 这种加工安装的方式显然非常有利于工程施工。工厂机械化的流水作业有利于对工程质量的控制, 现场可操作性强的螺栓安装操作又十分利于节省工期。但它所暴露出来的缺点也是不容我们忽视的, 那就是现场构件需要通过节点才能结合到一起, 只有通过节点连接之后的结构才能称得上是完整的钢结构。在历史上发生的多次震害[1]、事故中, 钢结构表现出来的破坏有很大一部分都是首先出现在连接节点的位置[2]。可以说, 钢结构节点设计的质量, 直接关系到整个结构的安全性。因此, 高层钢结构的节点设计是整个设计过程中不可或缺的一个环节。甚至可以说是最关键的一个环节。
在设计中发现, 某项超高层钢结构工程结构体系需要牵扯到大量的箱型构件连接问题, 对部分箱型构件采用插接加两面螺栓固定的安装节点[3], 对应另外两面设置手孔, 不进行连接。下面笔者就针对这种类型的连接节点从工期分析、强度分析以及施工方法分析几个方面对这种节点的可行性进行论证。
2 连接节点的工期分析
采用这种插入式双面连接方式的箱型构件, 在加工过程中需要附加一道手孔制作的加工工序。这样做无异于增加了构件的制造周期, 对整体工期不利, 但是此种连接方法可以大量节省现场安装工期。为了给工期分析找到理论依据, 笔者以应用于该工程设计中的每100t实际箱型构件的平均制作安装工期为例, 列表进行了分析, 见表1。
通过以上表格对比, 我们不难发现, 针对工期优化来说, 采用这种箱型插入式节点还是很有效果的。由于在工厂加工制作的环节中增加了手孔加工这一道工序, 使得整体箱体构件加工效率有少许下降———采用插入式箱型节点相比传统箱型节点每100t增加四个工日。但在后期的安装环节, 此节点的优势就很明显了:表格中显示, 采用传统箱型节点安装每100t构件需要60个工日, 而使用插入式连接节点每100t构件只需要45个工日即可。根据以上的分析, 证明采用插入式箱型连接节点使得整体工期节省了11工日, 占总工期的10.7%。同时, 由于单位劳动工日的减少, 施工费用也能够得到一定的节约。笔者认为, 采用此种节点设计方案对于该项目是有一定积极作用的。
3 连接节点的强度分析
采用这种方式制作的构件, 与常规的箱型钢结构连接节点有很大的不同。因为箱型结构四个连接面的其中两个并未直接与结构接触, 无法产生与钢结构面摩擦的摩擦力, 也不会产生与螺栓摩擦的摩擦力。所有的结构荷载, 也就是全部应力都传递到了连接螺栓的两个连接面。使用这种连接方式不可避免地会出现传递剪力的滞后现象。其次, 这种端部开口的设计方式也必须要考虑其对结构的集中应力等不利影响。
在模型建立之前, 为便于操作, 笔者对此种节点进行了一些简化:1) 关于摩擦力做出如下之假定:此力被认为匀称地分布在整个摩擦面范围之内。2) 因为连接位置的刚性所产生的构件端部的弯矩, 致使的一系列受力变化, 不予计算。3) 对于构件本身的重量不予计算。4) 如杆端虽然存在应力集中的现象但其涉及的面积较小, 可以不予计算。
在应用以上的简化后, 仍然能够体现此种连接方式的剪力滞后现象以及端部开孔的效应。所以, 此简化不影响整体节点安全性的分析。
针对实际情况, 笔者选择的程序为MIDAS设计软件。通过软件建模, 建成了箱型构件端部的有限元模型。在构件其中一个端部的两侧摩擦面分别施加一个摩擦力荷载作为此断面的荷载, 反方向的端部设计为:节点模型在此摩擦面范围内固结指向不同的三个自由度———仅平动, 构件总长20m。
为避免其在进行对比时表述不清, 笔者以构件截面的应力和构件的范围, 来代替从螺栓处所传递出来的应力。其中截面的应力取值为132 MPa。
构件螺栓连接一端的螺栓布置范围根据等强连接的螺栓总需求量来确定。这个范围之内的整个节点加载的荷载也就是对应的换算荷载。
箱型构件剖面图如图1所示, 箱型构件插接形式示意图如图2所示。
根据如上定义及假设, 利用有限元软件MIDAS建立有限元分析模型, 笔者通过MIDAS软件的运算分析, 得出了如下的计算结果数据。软件计算结果数据如表2所示。
软件通过有限元分析所得箱形构件连接部位的应力分布图、剪力分布图以及Von-mises应力分布图见图3、图4、图5。
笔者对计算结果进行了全面的统计分析, 并得出了如下所示的设计结论:
因为该次优化的节点采用了插入式箱型构件这种连接方式, 一些特殊部位的杆端轴向应力之名义最大值会与杆端轴向应力实际最大值出现较大较为明显的差别。此项差值范围浮动在1~9 MPa不等, 呈均匀分布。
之后, 笔者据此分析了杆件的最不利位置所在———也就是其正应力最大的位置, 全部显示在连接螺栓的末尾处。笔者发现剪力滞后现象在箱型构件的双面摩擦插入式连接构造下表现得非常显著。对比构件中的正应力实际取值与正应力名义取值后, 发现二者有着一定的差别, 但差别不大。
在与杆件端部相距1~1.2m的最不利点附近, Von-mises应力最大值为202MPa, 剪应力最大值为77MPa。现以杆件中正应力的最大值与最小值的比值来衡量截面特性。在距离杆件端部四米的位置以及杆件中部两个位置取待测截面得出如图6所示。
对比计算数据后得知, 这两个截面的比值数据的最低值分别为0.879及0.970, 此比值数值较大, 且分布比较均匀。在螺栓位置处数值稍有波动, 但对总体趋势影响不大。据此得知此种截面设计的剪力滞后现象不严重。
又有连接结构板分为螺栓连接面翼缘板和非螺栓连接面翼缘板。这两种翼缘板的面积相比, 比值越小, 正应力最大值和正应力名义值相对应的比值就越大。根据这一数据规律, 笔者在设计时有意将螺栓连接面翼缘板的板厚与非螺栓连接钢板板厚之比应该尽量做大一些。以保证结构局部稳定验算的要求。
根据表2数据, 箱型构件的剪应力最大值都分布在限于构件端部1.2m的狭小位置内。并且通过调整翼缘板的板厚、变换截面构造形式等方式, 并不能根本上改变这种剪应力的分布状态及范围。如果螺栓群的总体范围 (长度) 超过了这个限定范围 (1.2m) , 在螺栓阵列末尾———也就是正应力最大的位置, 螺栓连接翼缘板所承担的正应力如果比较少, 非螺栓连接翼缘板所承担的正应力就会相应变多。因此, 如果将箱型构件钢板的厚度增大, 将螺栓布置沿着构件长边的方向增加排数, 沿着短边的方向相应减少排数, 正应力最大值和正应力名义值之比也会相应有所减少[4]。
在项目设计的过程中, 笔者也考虑到了这个因素, 调整了连接螺栓数目及排列状况。将螺栓布置的排数沿着构件长边的方向增加, 沿着短边的方向适当减少, 并且优化选取箱型截面尺寸, 使得螺栓的排列更加合理可行, 保证了整体构件的安全性。
在螺栓阵列的末尾处———也就是最大正应力的位置, 以及构件一端1.2m的位置———上述最大剪应力分布的位置, 出现最大Von-mises应力值的可能性也比较高。通常来讲, 比较厚重的构件钢板最大Von-mises应力值发生在螺栓阵列的末尾的位置;比较轻薄的构件钢板最大Von-mises应力值发生在构件端部1.2m的位置[5]。
考虑到上述因素, 笔者将箱型构件的钢板厚度做了适当提高, 以保证结构的安全性。在某些部位, 出于经济性的考虑, 实在无法增加板厚的情况, 就通过增加等效用构件数量, 降低构件使用效率, 提高安全系数的办法进行处理。
4 连接节点的施工方法分析
采用这种方式制作的构件, 在进行钢结构吊装作业的时候也相比常规方式有着一定的优势。
众所周知, 钢结构吊装作业多数是由特种工人进行高空作业, 危险系数极大。如果采用传统的四面连接方式安装[6], 工人不仅需要高空安装, 还需要进行高空焊接作业。这种高空焊接作业工作周期长、劳动强度大、作业危险性高、对特种作业人员要求比常规的钢结构作业人员还要高。我们在进行结构设计时要尽可能避免现场焊接构件[7]的出现。
采用这种插入式双面连接方式的箱型构件, 为典型的螺栓连接[3]形式节点, 仅适用普通的摩擦性螺栓连接, 作业工人仅需通过手孔进行“临时螺栓固定—安装螺栓—终拧”这样简单的工序操作即可完成安装, 无需复杂的焊接作业, 无需特种焊工操作。对于现场安装施工非常有利。
5 结论
该结构体系需要牵扯到大量的箱型构件连接问题, 对部分箱型构件采用插接加两面螺栓固定的安装节点, 对应另外两面设置手孔, 不进行连接。
a.在进度控制方面:笔者通过列表, 对比了采用传统方式和此种插入式箱型连接节点的工期区别, 每100t可以节约工期11d, 占总工期的10.7%。论证了采用此节点对于节省工期可以起到一定作用。
b.在安全性方面:经过分析, 笔者认为采用这种连接方法的箱形构件连接部分, 开孔处的剪力滞后现象影响不大, 在采取了适当加大翼缘板厚度、调整螺栓阵列的布局等措施后, 结构安全性可以得到保障。
c.在施工方法方面:此种节点无需复杂的焊接作业, 无需特种焊工操作。施工费用也能够得到一定的节约。
综上所述, 采用此种节点设计方案在满足安全性、经济性的同时, 使得工期节约了10.7%, 有一定的价值。
摘要：针对工程工期紧的特点, 采用一种插接加螺栓固定的连接节点代替传统焊接节点。阐明了此节点的基本结构形式, 并通过软件建立构件的有限元模型, 分析此种节点的应力情况, 以此确定方案的可行性。使用这种节点使得整体工期节省了10.7%。
关键词：钢结构,抗震分析,箱型构件,节点优化
参考文献
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箱型梁剪力滞的研究综述 篇3
1 箱型梁剪力滞的研究方法
1.1 卡曼理论
卡曼理论是1924年弗·卡曼[1]提出的。假定荷载对称的作用在各跨, 翼缘的厚度与梁高度相比相当小, 因而可以忽略板的挠曲刚度 (即:板在其自身中和轴的情况下, 不承受弯矩, 只承受轴力) , 然后用逆解法求解应力函数, 用最小势能原理确定各待定常数, 从而导出了翼缘板的应力分布图像及其有效分布宽度的表达式。SONGQi-gen根据一些合理的假定, 用平面弹性应力为I型、T型以及箱形横截面梁在翼缘中应力发展了一种调谐剪滞分析, 并导出了简化的计算公式。
1.2 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Scordelis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。
1.3 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[2]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。
1.4 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, 即
式中:u (x, y) ——翼板的纵向位移;
w (x) ——梁的竖向挠度;
U (x) ——翼板纵向位移差函数;
b——翼缘板宽度的一半;
hi——上、下翼板中面至梁中性轴的距离。
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[3]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。文献[4]应用能量变分法进一步研究了压弯箱形结构的剪力滞, 并探讨了轴向力对剪力滞的影响。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[5]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。
1.5 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[5]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。
1.6 状态空间法
采用近代控制理论的空间状态法能够简化有限元计算的复杂性, 剪力的状态方程抛弃了关于位移和应力分布的假定, 直接由状态方程求解各物理量, 较好地解决了上述问题。由于不将状态方程的解式用初始函数表示, 因而无需处理无穷阶的偏微分方程问题, 不存在因误差截断而导致的方程之间互不相容。计算精度取决于需要, 计算误差是可以人为控制的。目前这一研究工作正在进行之中。
1.7 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。
模型试验是一门古老的技术, 对结构工程的技术的发展仍起到了应有的作用。但是桥梁模型试验一方面要花费大量的人力和物力;另一方面诸多因素在实验中仍具有不可模拟性和不可控制性, 所以单纯依赖实验手段将不可避免地有很大的局限性。
2 结语
近几年随着对薄壁箱梁剪力滞越来越广泛、深入的研究和相关论文的大量发表。其理论逐渐成熟起来。笔者对其以后发展提出以下几点建议:
(1) 纵向发展。既简化剪力滞的计算方法和提高其计算精度, 尽可能多地去掉人为假设, 如直接用状态空间法建立方程, 用精细积分法求解, 可避免计算机误差。
(2) 横向发展。既考剪力滞在曲线梁、变截面梁、斜拉桥、混合材料梁上的应用。和多种方法结合使用, 如半离散发, 结合各种方法的优点整体考虑。
参考文献
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