【功能概述】

美标扭矩是如何考虑的？

【功能详解】

根据AISC 360-10第H3.3节，考虑非HSS截面中因扭转产生的应力。本节规定，非HSS构件的抗扭强度应为根据名义应力下屈服、剪应力下剪切屈服或屈曲极限状态获得的最小值：

ϕt = 0.9 (LRFD), Ωt = 1.67 (ASD)

屈服极限状态的名义应力(H3-7):

Fn = Fy

对剪切屈服剪切应力下的极限状态 (H3-8):

Fv = 0.6Fy

Fv和Fn的计算基于《AISC Design Guide 9 Torsional Analysis of Structural Steel Members》（DG-9）得到。

一般来说，在剪切应力的情况下，Fv将由两个轴的剪切应力、翘曲剪切应力和纯扭转剪切应力组成。在法向应力Fn的情况下，应考虑轴向力产生的应力和绕两个轴弯曲产生的应力。对于某些截面，如单角钢和T形三通，相对于纯扭转应力而言，翘曲引起的构件可以忽略不计（参考设计指南9第4.2节和第4.3节）。

注意：

• STAAD.Pro 中TORSION参数设置位1时候，软件将执行扭转设计检查（默认情况下不检查）。
• 执行扭转检查时，Track 3 可以输出详细的扭转设计检查结果。
• 根据DG-9进行的扭转检查需要进行额外分析，以计算沿构件的13个设计段处的Θ（由于施加的扭转，构件的旋转角；参考以下章节）。因此，每次扭转检查都会花费较长时间。因此，建议仅对必要的构件（而不是所有构件）进行扭转检查。

纯扭剪应力

这些剪应力始终存在于受扭构件的横截面中。它们是沿构件厚度线性变化的平面内剪应力。

τt = GtΘ'

其中：

τt	=	构件边界上的纯扭转剪切应力
G	=	剪切模量
t	=	构件的厚度
Θ'	=	旋转角的一阶导数，表示为局部x的函数（从起点到计算旋转的点的距离）

矩形截面

τt = Tut/J

空心圆形截面或管状截面（内径R）

τt = TuR/J

Tube截面

τt = Tu/(2bht)

其中

Tu

=

任何位置沿梁的扭矩作用

翘曲引起的剪切应力

当构件翘曲受到约束时，会产生沿构件厚度方向恒定但沿构件长度方向变化的平面内剪应力。

τws = -ESwsΘ'''/t

其中，

τws	=	s点处由于翘曲产生的剪切应力
E	=	钢材的弹性模量
t	=	构件的厚度
Sws	=	某一点s的翘曲静力矩
Θ'''	=	旋转角的三阶导数，表示为局部x的函数（从起点到计算旋转的点的距离）

注意：对于角钢、T、Tube或Pipe截面，其由于翘曲引起的剪切应力将被忽略。

翘曲引起的名义应力

当构件中的翘曲受到约束时，会产生垂直于构件横截面的直接应力。这些应力沿横截面保持不变，但沿构件长度变化。

σns = EWnsΘ''

其中

σns	=	s点处翘曲产生的名义应力
E	=	钢材的弹性模量
Wns	=	s点处翘曲名义函数（normalized warping function）
Θ''	=	旋转角的二阶导数，表示为局部x的函数（从起点到计算旋转的点的距离）

注意：s点是指特定截面上的横截面面积，可以参考DG9 中3.2.2节；

轴向应力、弯曲和扭转应力引起的合应力

可以参考DG9的 4.6节内容，包括4.1，4.2，4.3和4.4

fn = σa + σbz + σby + σs

fv = τsz + τsy + τt + τws

这些应力是在沿梁长度的13个截面处计算的。

考虑的荷载

在这些检查中，仅考虑以下类型的构件荷载：

• 集中扭矩（关于局部x轴的力矩）
• 偏心于构件剪切中心的集中力
• 均匀分布扭矩（全部或部分）
• 偏心于构件剪切中心的均匀分布力
• 端部扭矩（仅在端部支架固定时考虑）

扭转检查中不考虑线性变化的扭矩。扭转检查中也不考虑节点荷载。

扭转分析的边界条件和计算旋转及其导数的方法如DG-9所述。

STAAD.Pro计算沿构件长度方向13个不同截面的弯曲、纯扭转和翘曲扭转产生的应力。总应力是每个位置的矢量总和。