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 不等肢长二板开口薄壁构件约束翘曲的 分析# 余江滔，廖杰洪 5 10 15 20 （同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092） 摘要：针对二板开口薄壁构件的特点，分析了二板与多板构件在约束扭转下的差异，提出了 约束翘曲的三条分析原则，论证了“此类构件扭转中心位于板肢中线交点处”的观点的局限 性，分析了肢长等因素对构件扭转中心位置的影响。最后数值计算了二板开口薄壁构件的次 翘曲下的约束正应力和剪应力，并给出了图形结果。 关键词：薄壁构件；不等肢二板构件；扭转中心；次翘曲；约束扭矩； 中图分类号：TU317+.1 Analysis of Open-Cross Section of Thin-Wall member with unequal-leg on Restrained Warp Yu Jiangtao, Liao Jiehong (The research institute of civil engineering and disaster reduction, Tongji University, Shanghai 200092) Abstract: This thesis studies the unique features of two-Plate thin-wall member with unequal-leg under restrained warp. The torsional center, which was believed to be located at the intersecting point of two central lines of the thin walls, now is deduced to be concerned with the lengths of two-plate thin walls. Equations for calculating the restrained stress have been derived and the distribution maps stress have also been demonstrated by figures. Key words: Thin-wall member, Unequal-leg two-plate member, Torsional center, Secondary warp, Restrained warp torsion 25 0 引言 薄壁构件在实际工程中应用广泛。土木工程中，应用主要集中于以下几方面： 1) 钢结构的各种型钢构件，计算中多考虑为薄壁杆件； 2) 弯曲和扭转共同作用下的闭口薄壁构件的受力和变形计算，如：如桥梁工程和海洋 30 35 40 工程中的箱形、工字形和槽形梁（柱）。计算中多以杆件的形式进行计算模拟； 3) 轴向力、水平力和弯矩共同作用下开口薄壁构件的受力和变形计算，如：高层结构 中的剪力墙体；在通用的结构分析软件中，TBSA 和 TAT 等采用薄壁柱单元，即杆件的方式 进行此类模拟，而 ETABS 和 SATWE 则采用壳元的基础上凝聚而成的墙元模型。 大部分薄壁构件（如 1、2 条列出）的弯、剪、扭计算都有详尽的分析和计算方法[1, 2, 3]， 这些构件主要是闭口和多板开口薄壁构件（三板及三板以上的矩形薄壁板组成的构件），如 工字型、槽形。对于 L 形、T 形和十字形等构件（可以看成是由二个薄壁板组成，后文中简 称为二板构件），由于其截面几何形状的特殊性，造成构件自由扭转和约束扭转下受力反应 与通常的多板构件截然不同，给计算分析带来了一些问题。 对于钢结构和桥梁结构来说，二板开口薄壁构件，如 L 形、T 形和十字形，使用的频 率有限，且一般不承受扭矩。而高层建筑中剪力墙，尤其是近些年比较普及的短肢剪力墙， 基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金（200802471089） -1-  多为开口二板构件，在地震作用下随着建筑物往往会发生幅度不小的扭转。此类构件墙肢的 肢长厚比均不大，一般为 5~8 之间，是一种介于薄壁构件和柱体之间的结构形式[4]。如何准 确地进行此类构件的约束扭转分析是非常有意义的。 1 开口两板薄壁构件计算的两个问题 45 50 55 大部分多板构件（三板以上），可按照常规的柱壳理论进行分析[5]。在扭转荷载作用下, 计算模式较复杂。为了简化计算, 常采用一些假设，对于此类构件而言，现有的方法可以满 足要求。 薄壁构件仅发生弯曲而无扭转的条件是：垂直于轴向的荷载作用点必须通过截面上一 个确定的位置，即扭转中心(又称剪切中心)，否则薄壁构件会同时承受剪力和扭矩，并产生 扭转变形。如果扭转变形受到约束（