箱形截面扭转刚度的计算方法分析.pdf

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1、第30卷第3期结构工程师V01．30．No．32014年6月StructuralEngineersJun．2014箱形截面扭转刚度的计算方法分析牛金龙金志强(1．上海市城乡建设和交通委员会科学技术委员会，上海200032；2．沈阳远大铝业工程有限公司，沈阳110027)摘要在工程应用中，采用箱形截面承受外力偶的作用，在极限状态设计中要对箱形截面的扭转角及扭转剪应力进行校核，但箱形截面的抗扭刚度采用经典的弹性力学解析解比较困难。采用有限元软件ANSYS和弹性力学薄膜比拟计算方法及材料力学简化计算方法分别针对矩形截面及箱形截面的

2、抗扭转刚度进行了分析性对比，并绘出相应的曲线图，相应提出了三种计算方法的使用性范围，同时给出了相同厚度条件下ANSYS及弹性力学解析解计算扭转刚度比值随a／b的变化曲线，对工程的应用具有指导性意义。关键词力偶，箱形截面，抗扭刚度，有限元，薄膜比拟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到了关于截面控制线上的剪应力分布规律。

6、尹刚1引言等_3采用加权残值解法对矩形截面进行的分析。但由于目前的截面抗扭计算公式都是采用实心截在幕墙结构及其建筑结构工程应用中，由于面与现实箱形截面杆件有所区别，且按照弹性力结构设计上的要求，使矩形截面构件承受扭转外学_4推导的计算公式计算比较繁琐无法运用的力偶作用，在对截面进行承载能力极限及使用能实际的工程中，针对这些情况，本文结合工程实际力极限要求校核时，要计算截面的剪应力和杆件运用中采用弹性力学解析解法和有限元软件AN—的扭转角。但矩形截面构件的自由扭转不同于圆SYS’。及材料力学简化解分别针对不同的情况柱截面的扭转

7、，由于轴向翘曲变形的存在，使得材进行截面抗扭刚度的结果进行了对比性分析，在料力学方法在解决问题上遇到了很大的困难。一定条件下采用三种计算方法都能达到设计精度针对这些问题，于海洋等利用应力函数法求得的要求，反之采用简化计算方法会产生错误的变的截面剪应力解析解表达式和运用有限元分析得化的关系，同时分析了有限元分析方法和弹性力收稿日期：2013—05—20联系作者，Email：niu8888@vip．sina．comStructuralEngineersVo1．30，No．3·72·学的解析解的关系，在工程设计应用中供设计者Gb2

8、=一y2一·作为参考的依据。2经典弹性力学解析解]i喜1∑，3一5．‘．’一——_inchfl】JI(6)按照弹性力学矩形截面应力函数表达式为d+。d：一一⋯2KG(1)v式中卜截面扭转角；G——截面的剪切模量。丁⋯=()删一=f[6-而8(b3-C3)曩南]—0应力函数表达式为—M=2f