受扭杆件设计

摘要

介绍了AISC 360-16《建筑钢结构标准》(简称《美国钢标》)受扭杆件设计方法。《美国钢标》的受扭杆件计算只考虑闭口截面,计算公式采用自由扭转形式并考虑约束扭转的有利因素。杆件的扭转分自由扭转和约束扭转。对于开口截面,自由扭转和约束扭转的正应力和剪应力都比较大,而对于闭口截面,自由扭转起控制作用,约束扭转不大。因此,《美国钢标》的闭口截面扭转设计,首先假定扭矩全部由自由扭转即纯扭转剪应力承受(也即通常所说的圣维南扭转应力),之后根据约束情况加以修正。纯扭转剪应力沿截面均匀分布,其值等于扭矩除以扭转常数C。考虑屈曲影响,扭矩能力为扭转常数乘以临界剪应力F_(cr)。圆管和矩形管的扭转设计强度Φ_(T)T_(n)由扭转屈服和扭转屈曲临界力确定,即:T_(n)=F_(cr)C(F_(cr)为临界剪应力;C为扭转常数);受扭抗力系数Φ_(T)=0.9。不同构件F_(cr)取值不同。1)长圆管的扭转局部屈曲临界应力不受端部约束条件的影响,并考虑了一定的初始缺陷。中长管和短管的端部约束会提高局部屈曲临界力。2)矩形管临界应力具有与G章弯曲剪切应力相同的剪切屈曲系数k_(v)=5.0。矩形管长边扭转剪应力分布与I形梁腹板中的剪应力是一致的。外扭矩由自由扭转抗力和约束扭转抗力组成抵抗矩。开口截面的这两个抗力都很小,因此《美国钢标》只考虑闭口截面受扭,在实际应用时,对于开口截面应采取构造措施防止受扭。