一招轻松搞定工字形截面梁的扭转验算
打怪兽的索菲娅
2024年03月22日 13:49:20
只看楼主

开口薄壁截面构件的抗扭性能差,但是规范没有验算方法。在《如何简单地验算薄壁截面构件的扭转强度:开口截面》一文中小编提出了一种简单的计算方法,在此基础上,本文进行了扩展和简化。考虑到自由扭转剪应力和约束扭转剪应力对强度的影响很小,因此本文主要关注翘曲正应力的影响。 等效方法 以跨中作用集中扭矩的两端简支梁为例,外扭矩等效为作用于上、下翼缘的一对水平荷载,荷载等 效方法如下图 所示:

开口薄壁截面构件的抗扭性能差,但是规范没有验算方法。在《如何简单地验算薄壁截面构件的扭转强度:开口截面》一文中小编提出了一种简单的计算方法,在此基础上,本文进行了扩展和简化。考虑到自由扭转剪应力和约束扭转剪应力对强度的影响很小,因此本文主要关注翘曲正应力的影响。

等效方法

以跨中作用集中扭矩的两端简支梁为例,外扭矩等效为作用于上、下翼缘的一对水平荷载,荷载等 效方法如下图 所示:

图1 外扭矩等效方法示意

在等效水平荷载作用下,即可以得到上、下翼缘沿跨度的绕 y 轴弯矩   。然后,就可以求解得到任意位置(纵坐标 z )截面的最大翘曲正应力(翼缘边缘位置):

     

不同荷载、边界条件下方法汇总

对几种典型的荷载和边界条件下的求解方法进行了汇总,列于表1.

计算结果比较

  6   种不同的算例进行了计算和比较:
  1   简支梁作用跨中集中荷载: 截面为 H600x400x8/16 ,长度为 10m ,跨中作用一集中荷载大小为 200kN ,偏心距为 100mm
  2   简支梁作用均布荷载: 截面为 H600x400x8/16 ,长度为 10m ,梁上作用均布荷载大小为 40kN/m ,荷载相对截面形心的偏心距为 100mm
  3   固支梁作用跨中集中荷载: 两端固支(平面内弯曲和扭转均固支)工字形梁,截面为 H600x400x8/16 ,长度为 10m ,梁上作用跨中集中荷载大小为 400kN ,荷载相对截面形心的偏心距为 100mm
  4   固支梁作用均布荷载: 两端固支(平面内弯曲和扭转均固支)工字形梁,截面为 H600x400x8/16 ,长度为 10m ,梁上作用跨中均布荷载大小为 60kN/m ,荷载相对截面形心的偏心距为 100mm
  5   悬臂梁自由端作用集中荷载: 工字形悬臂梁截面为 H600x400x8/16 ,长度为 5m ,自由端作用集中荷载大小为 100kN ,荷载相对截面形心的偏心距为 100mm
  6   单轴对称截面简支梁作用跨中集中荷载: 两端简支单轴对称工字形截面梁,截面腹板为 576x8 ,上翼缘 320x14 ,下翼缘 220x10 ,跨度为 6m ,跨中作用一集中荷载设计值为 300kN ,偏心距为 20mm

结论

本文对工字形截面梁在不同边界条件、截面对称性和荷载条件下的扭转应力进行了研究,通过本文研究,可以得到下面几个结论:  
  1     相比于弯曲正应力,即使在偏心很小的情况下,扭矩引起的翘曲正应力依然可能对截面的承载能力具有显著的影响,因此实际工程中需要考虑其影响;    
  2     本文提出将外扭矩等效为工字形截面上下翼缘的水平荷载的方法,可以精确求解得到约束扭转剪应力和翘曲正应力,在计算过程中无需求解微分方程,且无需获得截面的翘曲面积矩和主扇形惯性矩等较为复杂的参数,可以大大简化求解过程;    
  3     根据本文对简支梁、固支梁、悬臂梁、集中荷载、均布荷载以及单轴对称截面梁的计算可以看出,本文提出的方法适用范围广;    
  4     其它荷载或者边界条件可以按照本文的方法进行求解。    

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雪菲力1
2024年07月31日 08:58:33
3楼

很好的资料!

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