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1、第30卷第3期結(jié)構(gòu)工程師V01．30．No．32014年6月StructuralEngineersJun．2014箱形截面扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算方法分析牛金龍金志強(qiáng)(1．上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，上海200032；2．沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司，沈陽110027)摘要在工程應(yīng)用中，采用箱形截面承受外力偶的作用，在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中要對(duì)箱形截面的扭轉(zhuǎn)角及扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力進(jìn)行校核，但箱形截面的抗扭剛度采用經(jīng)典的彈性力學(xué)解析解比較困難。采用有限元軟件ANSYS和彈性力學(xué)薄膜比擬計(jì)算方法及材料力學(xué)簡(jiǎn)化計(jì)算方法分別針對(duì)矩形截面及箱形截面的
2、抗扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行了分析性對(duì)比，并繪出相應(yīng)的曲線圖，相應(yīng)提出了三種計(jì)算方法的使用性范圍，同時(shí)給出了相同厚度條件下ANSYS及彈性力學(xué)解析解計(jì)算扭轉(zhuǎn)剛度比值隨a／b的變化曲線，對(duì)工程的應(yīng)用具有指導(dǎo)性意義。關(guān)鍵詞力偶，箱形截面，抗扭剛度，有限元，薄膜比擬TorsionStl‘圩nessCalculationMethodofaBOXCross．sectionStructuralMemberNIUJinlong，JINZhiqiang(1．ConstructionandTrafficCommitteeofScienceandTechno
3、logyCommitteeofShanghai，Shanghai200032，China；2．ShenyangYuandaAluminumIndustryEngineeringCo．Ltd．，Shenyang110027，China)AbstractInengineeringapplications，boxcross—sectionstructuralmembersareusedtoresistexternalcoupleloads．Thetorsionangleandtorsionalshearstressarecheck
4、edinlimitstatedesign．However．itiSdifficulttocalculateitstorsionalrigiditybyaclassicalanalyticalsolutionofelasticmechanics．Thispapercomparesthreecalculationmethods—thefiniteelementANSYS，themembraneanalogyofelasticmechanics，andthesimpli—fledcalculationforthecalculafi
5、onofthetorsionalrigidityofarectangularsectionandaboxcross．section．TheapplicationlimitationforthreemethodsiSproposed．Thecurveof6一a／biSdrawninthesamethickness．Keywordscoupledmoment，boxcross—section，torsionalrigidity，largedeformation，membraneanalogy到了關(guān)于截面控制線上的剪應(yīng)力分布規(guī)律。
6、尹剛1引言等_3采用加權(quán)殘值解法對(duì)矩形截面進(jìn)行的分析。但由于目前的截面抗扭計(jì)算公式都是采用實(shí)心截在幕墻結(jié)構(gòu)及其建筑結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用中，由于面與現(xiàn)實(shí)箱形截面桿件有所區(qū)別，且按照彈性力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的要求，使矩形截面構(gòu)件承受扭轉(zhuǎn)外學(xué)_4推導(dǎo)的計(jì)算公式計(jì)算比較繁瑣無法運(yùn)用的力偶作用，在對(duì)截面進(jìn)行承載能力極限及使用能實(shí)際的工程中，針對(duì)這些情況，本文結(jié)合工程實(shí)際力極限要求校核時(shí)，要計(jì)算截面的剪應(yīng)力和桿件運(yùn)用中采用彈性力學(xué)解析解法和有限元軟件AN—的扭轉(zhuǎn)角。但矩形截面構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)不同于圓SYS’。及材料力學(xué)簡(jiǎn)化解分別針對(duì)不同的情況柱截面的扭轉(zhuǎn)
7、，由于軸向翹曲變形的存在，使得材進(jìn)行截面抗扭剛度的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比性分析，在料力學(xué)方法在解決問題上遇到了很大的困難。一定條件下采用三種計(jì)算方法都能達(dá)到設(shè)計(jì)精度針對(duì)這些問題，于海洋等利用應(yīng)力函數(shù)法求得的要求，反之采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的變的截面剪應(yīng)力解析解表達(dá)式和運(yùn)用有限元分析得化的關(guān)系，同時(shí)分析了有限元分析方法和彈性力收稿日期：2013—05—20聯(lián)系作者，Email：niu8888@vip．sina．comStructuralEngineersVo1．30，No．3·72·學(xué)的解析解的關(guān)系，在工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中供設(shè)計(jì)者Gb2
8、=一y2一·作為參考的依據(jù)。2經(jīng)典彈性力學(xué)解析解]i喜1∑，3一5．‘．’一——_inchfl】JI(6)按照彈性力學(xué)矩形截面應(yīng)力函數(shù)表達(dá)式為d+。d：一一?2KG(1)v式中卜截面扭轉(zhuǎn)角；G——截面的剪切模量。丁?=()刪一=f[6-而8(b3-C3)曩南]—0應(yīng)力函數(shù)表達(dá)式為—M=2f
