下载文档原格式
薄壁截面杆件的自由扭转变形能力比较刘晓红【摘要】近些年建筑行业对薄壁杆件的应用在迅猛增加,冷弯形成的各种杆件以及焊接、热轧薄壁杆件在钢结构中比比皆是.本文进行对比研究相同材料用量下工字形、T形开口薄壁截面杆和圆形、箱型、三角形闭口薄壁截面杆在自由扭转时的变形能力,分析了相同材料用量下工字形、箱形和三角形薄壁截面杆高宽比对截面扭转变形能力的影响.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)008【总页数】3页(P55-57)【关键词】薄壁截面杆件;自由扭转;扭转变形能力;高宽比【作者】刘晓红【作者单位】宁夏建设职业技术学院,宁夏银川 750021【正文语种】中文【中图分类】U442钢结构杆件在满足强度、刚度、稳定性要求的前提下，如能选择最佳截面来减少钢材损耗量、降低造价，将带来良好的经济效益和社会效益。
而薄壁结构杆件恰好具有重量轻、强度大、能充分利用材料的特点，所以各发达国家先后制定了关于薄壁结构的设计规范，我国也于1969年颁布了《弯曲薄壁型钢结构技术规范(草案)》，1975年又颁布了TJ18-75《薄壁型钢结构技术规范》,1987年颁布了GBJ18-87《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和2002年颁布的GB5008-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》共计4个版本。
国家体育场“鸟巢”主结构和次结构均采用焊接扭曲薄壁箱型截面，对此我国专家首次在国内外提出复杂扭曲薄壁箱型构件的设计理论与工程构型方法，可见薄壁杆件应用前景广阔。
扭转是工程中较为常见的一种现象，对薄壁截面扭转性能的研究是在试验和理论分析的基础上发展起来的。
无论是开口截面还是闭合截面，根据支撑情况和加载方式的不同，扭转分为两类：自由扭转(轴向位移是自由的)和约束扭转(轴向位移受到约束)。
针对薄壁杆件自由扭转问题，鲁汉银、郭建华[1] 已经做出了相关研究，本文与其不同之处在于：①鲁汉银等的研究仅限于三种闭合截面薄壁杆件，而本文增加了两种开口截面薄壁杆件工字型截面杆[2-5]和T形截面杆的研究，五种薄壁杆件自由扭转性能形成更鲜明对比；②鲁汉银等的文章从抗扭承载力方面研究薄壁截面杆件的扭转性能，而本文从扭转变形能力方面进行研究，通过变形能力可以使薄壁截面杆件的扭转性能对比更有说服力。
第六讲 薄壁杆件的约束扭转第一节 基本假定薄壁杆件的自由扭转是指杆件受扭时，截面的纵向翘曲位移不受约束，因而纵向翘曲应变和相应的正应力都不存在。
当截面的纵向翘曲位移受到约束时，便产生约束正应力和相应的附加剪应力，这便是约束扭转。
约束扭转的分析，可以从确定截面上纵向翘曲位移着手，进而利用弹性理论的几何方程确定纵向翘曲应变；利用物理方程确定翘曲正应力；最后利用微单元的平衡方程确定相应的翘曲剪应力。
薄壁杆件的约束扭转分析中，除沿用前两章的若干基本假定（包括平面假定、线性假定、小变形假定和周边投影不变形假定）外，补充的基本假定有：1、约束扭转产生的正应力和剪应力沿壁厚均匀分布（参见图5-7），并且杆件纵向纤维不存在正应力。
据此假定，由图3-2所示薄壁单元体s z d d 在z 轴方向的平衡条件，可得到截面正应力和剪应力间的微分关系，即式（3-19）0=∂∂+∂∂zt s q σ（6-1）（3-19） 2、在约束扭转分析中，杆件纵向翘曲位移w 采用自由扭转时的表达式。
根据弹性理论，参照图6-1，薄壁单元体s z d d 的剪切应变为：=γzs w ∂∂+∂∂ξ（6-2）由周边投影不变形假定有：ρφξ=。
这里，φ为扭转角，ρ为扭转中心S 到点P 切线的垂直距离c ρ（见图3-4），于是式（6-2）可写为：=γ+∂∂swφρ' 那么，纵向翘曲位移的一般表达式便可由此积分求得，即⎰⎰+'-=ssw s s w 0d d ρφγ （6-3）式中0w 为s =0处的翘曲位移值。
0)≠γa图6-10)=γb参照第三讲剪力中心推导中关于扇性坐标的定义有：⎰=s s dρω（6-4）（3-30-1）式中ω为自积分起点至扇性零点（s=0，)0=ω到s点所包围的扇性面积的2倍。
于是，纵向翘曲位移的一般表达式（6-3）可写为：d wsw s⎰+'-=ωφγ（6-5）对于开口薄壁杆件，其在中面上的自由扭转剪应变0＝中γ，代入上式便得截面的纵向翘曲位移表达式/ww+-=ωφ（6-6）对于闭口薄壁杆件，其在中面上的自由扭转剪应变0≠中γ，根据虎克定律Gτγ＝，分别按单室或多室闭口截面确定剪应力τ剪应变γ。
