剪力滯後

剪力滯後效應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，有時也叫剪切滯後，從力學本質上説，是聖維南原理，它嚴格地符合彈性力學的三大方程，即幾何方程、物理方程、平衡方程。具體表現是，在某一局部範圍內，剪力所能起的作用有限，所以正應力分佈不均勻，把這種正應力分佈不均勻的現象叫剪切滯後。

框筒設計概念於20世紀60年代中期提出，並首次應用於美國芝加哥市的一棟44層的鋼筋混凝土高層公寓，後來推廣應用於紐約世界貿易中心等一些鋼結構超高層建築中，隨着混凝土技術的不斷髮展，鋼筋混凝土筒體結構、混合筒體結構得到了較大的發展 ^[1]  。

框筒結構有單筒和束筒之分，單筒是樑柱在平台內側形成的閉合體，束筒是在平台內側形成的多個閉合體。無論單筒和束筒，腹板框架承擔絕大部分剪力而翼緣框架承擔絕大部分彎矩，它們之間通過框筒束聯繫，如果角柱很弱，則達不到上述效果。由於梁的彈性變形，在側向荷載的作用下，截面並不保持為平面，角柱處軸向變形為最大，離角柱越遠的各柱軸向變形為最小，這種現象稱為剪力滯後。

簡單的説的話，牆體上開洞形成的空腹筒體又稱框筒。剪力滯後現象使框筒結構的角柱應力集中。

在對稱彎曲荷載作用下，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），那麼彎曲正應力沿梁寬方向是均勻分佈的。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佈是不均勻的，在交接處最大，離開肋板逐漸減小，因此剪切變形沿翼板分佈是不均勻的，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佈呈曲線形狀，這種現象工程界稱之為“剪力滯後效應”。

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，剪切變形，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。

1、剪力滯後現象越嚴重，框筒結構的整體空間作用越弱；

2、剪力滯後的大小與梁的剛度、柱距、結構長寬比等有關。梁剛度越大、柱距越小、結構長寬比越小，剪力滯後越小；

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。

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，主要反應是一種應力不均勻現象，柱子之間的橫樑會產生沿着水平力方向的剪切變形，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。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。

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，從而導致不安全：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。