扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程一、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程概述

扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程是指在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對構(gòu)件承受扭矩作用時的力學(xué)行為、計(jì)算方法、構(gòu)造措施等方面所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作指南。其主要目的是確保結(jié)構(gòu)在承受扭轉(zhuǎn)荷載時具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。本規(guī)程適用于各類建筑、橋梁、塔桅等工程結(jié)構(gòu)中的受扭構(gòu)件設(shè)計(jì)。

二、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)基本原理

（一）扭轉(zhuǎn)荷載分類

1.平面扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面重合的扭轉(zhuǎn)。

(1)均布扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向均勻分布。

(2)線性扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向呈線性變化。

2.空間扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面不平行的扭轉(zhuǎn)。

（二）扭轉(zhuǎn)內(nèi)力計(jì)算方法

1.等截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)彈性扭轉(zhuǎn)：采用經(jīng)典扭轉(zhuǎn)理論計(jì)算，適用于材料彈性范圍內(nèi)。

(2)剪切扭轉(zhuǎn)：考慮材料塑性變形的影響。

2.變截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)分段計(jì)算法：將構(gòu)件分為若干段，每段采用簡化模型計(jì)算。

(2)積分法：通過積分方程求解扭矩分布。

三、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)步驟

（一）扭轉(zhuǎn)效應(yīng)判斷

1.計(jì)算構(gòu)件承受的扭矩設(shè)計(jì)值。

(1)根據(jù)荷載類型和分布，確定扭矩計(jì)算公式。

(2)考慮荷載組合系數(shù)，確定設(shè)計(jì)扭矩。

2.判斷是否需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

(1)當(dāng)扭矩設(shè)計(jì)值超過規(guī)范規(guī)定的限值時，需進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。

(2)對于某些構(gòu)件（如箱形截面），即使扭矩較小也可能需要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（二）截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.選擇合適的截面形式。

(1)矩形截面：適用于短構(gòu)件或次要構(gòu)件。

(2)箱形截面：抗扭性能優(yōu)良，適用于重要受扭構(gòu)件。

2.計(jì)算截面抗扭性能指標(biāo)。

(1)抗扭慣性矩：反映截面抵抗扭轉(zhuǎn)的能力。

(2)扭轉(zhuǎn)常數(shù)：用于計(jì)算純扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的應(yīng)力。

（三）構(gòu)造措施要求

1.螺栓連接構(gòu)造：

(1)確保螺栓間距滿足抗扭要求。

(2)控制螺栓孔洞對截面剛度的削弱。

2.焊接連接構(gòu)造：

(1)采用連續(xù)焊縫或角焊縫，保證連接強(qiáng)度。

(2)控制焊縫長度和厚度，避免應(yīng)力集中。

（四）驗(yàn)算與調(diào)整

1.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算最大扭矩作用下的剪應(yīng)力。

(2)與材料抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較。

2.扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)角。

(2)與規(guī)范規(guī)定的容許扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較。

3.根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，對截面尺寸或構(gòu)造措施進(jìn)行調(diào)整。

四、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）材料選擇

1.優(yōu)先選用延性較好的材料，如Q235鋼、HRB400鋼筋等。

2.對于高強(qiáng)度材料，需考慮其脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

（二）施工質(zhì)量控制

1.確保構(gòu)件制作精度，避免尺寸偏差過大。

2.控制焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)裂紋等缺陷。

（三）荷載考慮

1.對于動態(tài)扭轉(zhuǎn)荷載，需考慮疲勞效應(yīng)。

2.考慮溫度變化引起的附加扭矩。

（四）試驗(yàn)驗(yàn)證

1.對于重要結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

2.通過試驗(yàn)確定關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

**一、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程概述**

扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程是指在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對構(gòu)件承受扭矩作用時的力學(xué)行為、計(jì)算方法、構(gòu)造措施等方面所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作指南。其主要目的是確保結(jié)構(gòu)在承受扭轉(zhuǎn)荷載時具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。本規(guī)程適用于各類建筑、橋梁、塔桅等工程結(jié)構(gòu)中的受扭構(gòu)件設(shè)計(jì)，特別是在存在較大偏心荷載、風(fēng)荷載、地震作用或特定工藝設(shè)備產(chǎn)生的扭矩等情況下。

二、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)基本原理

（一）扭轉(zhuǎn)荷載分類

1.平面扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面重合的扭轉(zhuǎn)。

(1)均布扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向均勻分布，常發(fā)生在簡支的懸臂梁或板式結(jié)構(gòu)邊緣受集中力的情況。計(jì)算時，扭矩值T=F*a，其中F為集中力，a為力作用點(diǎn)到支座的距離。

(2)線性扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向呈線性變化，可能由分布荷載的偏心或兩端不同扭矩作用引起。計(jì)算時需對長度進(jìn)行積分，T=∫M(x)dx，其中M(x)為距某端的彎矩。

2.空間扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面不平行的扭轉(zhuǎn)，或同時存在繞主軸的彎扭組合。這種情況在異形截面構(gòu)件或荷載方向傾斜的結(jié)構(gòu)中較為常見，需要采用更復(fù)雜的應(yīng)力分析理論。

（二）扭轉(zhuǎn)內(nèi)力計(jì)算方法

1.等截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)彈性扭轉(zhuǎn)：采用經(jīng)典扭轉(zhuǎn)理論計(jì)算，適用于材料彈性范圍內(nèi)、截面形狀簡單（如矩形、圓形）的構(gòu)件。核心公式為T=GJθ或τ=Tω/J，其中T為扭矩，G為剪切模量，J為扭轉(zhuǎn)慣性矩，θ為單位長度扭轉(zhuǎn)角，τ為最大扭剪應(yīng)力，ω為截面核心點(diǎn)到計(jì)算點(diǎn)的距離。對于矩形截面，J=(b3h)/12-(b-t)(h-t)3/12（b、h為截面長寬，t為壁厚）。

(2)剪切扭轉(zhuǎn)：考慮材料塑性變形的影響，當(dāng)扭矩較大時，截面外緣進(jìn)入塑性，應(yīng)力不再均勻分布。此時需采用塑性扭轉(zhuǎn)理論，計(jì)算塑性扭矩和屈服扭矩，并考慮翹曲變形。設(shè)計(jì)時通常采用塑性極限分析方法。

2.變截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)分段計(jì)算法：將構(gòu)件分為若干段，每段采用簡化模型計(jì)算。例如，對于階梯狀變截面梁，需在截面突變處重新計(jì)算內(nèi)力和應(yīng)力，并驗(yàn)算該處的連續(xù)性和強(qiáng)度。

(2)積分法：通過積分方程求解扭矩分布。對于復(fù)雜截面或變截面構(gòu)件，可建立包含扭矩、剪力、彎矩關(guān)系的微分方程，通過積分求解。這種方法通常需要借助計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行。

三、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)步驟

（一）扭轉(zhuǎn)效應(yīng)判斷

1.計(jì)算構(gòu)件承受的扭矩設(shè)計(jì)值。

(1)根據(jù)荷載類型（如集中力、分布力、風(fēng)力、設(shè)備振動等）和分布情況，確定扭矩計(jì)算公式。需考慮荷載標(biāo)準(zhǔn)值、組合值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)等。

(2)考慮荷載組合，計(jì)算不同工況下的扭矩設(shè)計(jì)值。通常需比較最不利荷載組合下的扭矩。

2.判斷是否需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

(1)查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)構(gòu)件類型、使用環(huán)境、荷載性質(zhì)等，確定是否需要按受扭構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，某些規(guī)范規(guī)定矩形截面當(dāng)長寬比大于一定值時可不考慮扭轉(zhuǎn)。

(2)初步估算構(gòu)件承受的扭矩大小，若遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，則可能僅需按構(gòu)造要求處理。

（二）截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.選擇合適的截面形式。

(1)矩形截面：計(jì)算簡單，經(jīng)濟(jì)性較好，但抗扭性能相對較差，適用于短而粗的構(gòu)件或次要構(gòu)件。需注意長寬比的影響，長寬比過大時抗扭能力顯著下降。

(2)箱形截面：抗扭性能優(yōu)良，接近閉口截面，適用于重要受扭構(gòu)件、橋梁主梁、塔桅結(jié)構(gòu)等。設(shè)計(jì)時需注意焊縫質(zhì)量、角部加強(qiáng)等細(xì)節(jié)。

(3)T形、L形、I形截面：抗扭性能介于開口和閉口之間，需仔細(xì)計(jì)算各部分對整體抗扭的貢獻(xiàn)，特別是翼緣和腹板的有效寬度。

2.計(jì)算截面抗扭性能指標(biāo)。

(1)抗扭慣性矩（StiffnessParameter）：反映截面抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。對于閉口截面，通常用J表示；對于開口截面，通常用扭轉(zhuǎn)常數(shù)（TorsionConstant,C）表示。設(shè)計(jì)時需確保計(jì)算值滿足強(qiáng)度和剛度要求。

(2)扭轉(zhuǎn)常數(shù)（TorsionConstant,C）：用于計(jì)算開口截面純扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的應(yīng)力。其計(jì)算公式復(fù)雜，需考慮各肢的尺寸和相對位置。

(3)扭轉(zhuǎn)半徑（TorsionalRadius,ρ）：與抗扭慣性矩相關(guān)，ρ=√(J/A)，其中A為截面面積。用于估算扭轉(zhuǎn)角。

3.截面尺寸優(yōu)化：根據(jù)計(jì)算得到的扭矩設(shè)計(jì)值和所選材料強(qiáng)度，計(jì)算所需的最小截面尺寸或抗扭性能指標(biāo)。可通過試算或迭代方法確定經(jīng)濟(jì)合理的截面尺寸。

（三）構(gòu)造措施要求

1.螺栓連接構(gòu)造：

(1)確保螺栓間距滿足抗扭要求：螺栓的最大間距、邊距需符合相關(guān)規(guī)范，以控制螺栓孔對截面剛度和強(qiáng)度的削弱程度。

(2)控制螺栓孔洞對截面剛度的削弱：對于受扭構(gòu)件，螺栓孔洞會顯著降低截面的抗扭性能，設(shè)計(jì)時需通過加大螺栓孔直徑、采用補(bǔ)強(qiáng)板或調(diào)整孔位等方法補(bǔ)償剛度損失。

2.焊接連接構(gòu)造：

(1)采用連續(xù)焊縫或角焊縫，保證連接強(qiáng)度：焊縫設(shè)計(jì)需滿足承載力要求，焊腳尺寸、焊縫長度需根據(jù)計(jì)算確定。

(2)控制焊縫長度和厚度，避免應(yīng)力集中：焊縫應(yīng)連續(xù)均勻，避免出現(xiàn)缺口、棱角等應(yīng)力集中源。對于變截面或應(yīng)力集中部位，可采取加大焊腳尺寸、增加過渡圓弧等措施。

3.支撐和約束：合理設(shè)置構(gòu)件的支撐點(diǎn)，限制構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)，提高抗扭能力。例如，在梁端設(shè)置可靠的支座，防止梁端發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

（四）驗(yàn)算與調(diào)整

1.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算最大扭矩作用下的剪應(yīng)力：τ=Tω/J（開口截面）或τ=Tρ/J（閉口截面），其中ω/J或ρ/J為截面應(yīng)力分布系數(shù)。需計(jì)算截面最大剪應(yīng)力位置。

(2)與材料抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較：τ≤f<0xE2><0x82><0x97>，其中f<0xE2><0x82><0x97>為材料抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。需考慮是否需要進(jìn)行抗剪強(qiáng)度折減（如考慮非彈性變形）。

2.扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)角：θ=TL/GJ（彈性扭轉(zhuǎn)），需計(jì)算跨中最大扭轉(zhuǎn)角或特定位置的扭轉(zhuǎn)角。

(2)與規(guī)范規(guī)定的容許扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較：θ≤[θ]，其中[θ]為容許扭轉(zhuǎn)角。容許扭轉(zhuǎn)角通常與構(gòu)件的跨度和使用要求有關(guān)。

3.根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，對截面尺寸或構(gòu)造措施進(jìn)行調(diào)整：若驗(yàn)算不滿足要求，需增大截面尺寸、改變截面形狀、增加支撐約束或采取其他構(gòu)造加強(qiáng)措施，然后重新進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算，直至滿足所有要求。

四、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）材料選擇

1.優(yōu)先選用延性較好的材料，如低碳鋼（Q235）、鋁合金（如6061-T6）等，以保證構(gòu)件在受扭破壞前有足夠的變形能力，避免脆性斷裂。

2.對于高強(qiáng)度材料，需考慮其脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)時應(yīng)采用保守的應(yīng)力計(jì)算模型，并確保構(gòu)件具有足夠的厚度，以避免應(yīng)力集中。

3.注意材料各向異性對扭轉(zhuǎn)性能的影響。對于復(fù)合材料或?qū)訝畈牧?，其抗扭性能與材料鋪層方向密切相關(guān)，需進(jìn)行專門分析。

（二）施工質(zhì)量控制

1.確保構(gòu)件制作精度，避免尺寸偏差過大：構(gòu)件的實(shí)際尺寸（如截面尺寸、螺栓孔位）應(yīng)與設(shè)計(jì)要求一致，偏差需在規(guī)范允許范圍內(nèi)。尺寸偏差過大會直接影響抗扭性能和應(yīng)力分布。

2.控制焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)裂紋等缺陷：焊接是影響結(jié)構(gòu)抗扭性能和耐久性的關(guān)鍵因素。應(yīng)采用合適的焊接工藝、焊材，并進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)（如外觀檢查、無損檢測），確保焊縫飽滿、無裂紋、未熔合等缺陷。

3.涂層和防護(hù)：對于暴露在環(huán)境中的受扭構(gòu)件，需進(jìn)行有效的防腐涂層處理，避免環(huán)境因素（如銹蝕）導(dǎo)致截面削弱或連接失效，從而影響抗扭性能。

（三）荷載考慮

1.對于動態(tài)扭轉(zhuǎn)荷載，需考慮疲勞效應(yīng)：某些構(gòu)件（如橋梁、起重機(jī)梁）承受反復(fù)的扭轉(zhuǎn)荷載，可能引發(fā)疲勞破壞。設(shè)計(jì)時需進(jìn)行疲勞分析，確定疲勞壽命，并采取防疲勞措施（如避免應(yīng)力集中）。

2.考慮溫度變化引起的附加扭矩：溫度變化會導(dǎo)致構(gòu)件膨脹或收縮，若約束條件限制，會產(chǎn)生附加的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。設(shè)計(jì)時需對溫度效應(yīng)進(jìn)行分析，必要時進(jìn)行預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)或調(diào)整約束。

3.考慮偶然荷載或異常工況：雖然不常見，但需考慮構(gòu)件可能承受的意外沖擊或偏心荷載，評估其對扭轉(zhuǎn)性能的影響。

（四）試驗(yàn)驗(yàn)證

1.對于重要結(jié)構(gòu)或新型結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)：通過制作試件，在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際受力條件進(jìn)行加載試驗(yàn)，實(shí)測構(gòu)件的扭矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系、應(yīng)力分布、破壞模式等，驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.通過試驗(yàn)確定關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：試驗(yàn)結(jié)果可以揭示理論計(jì)算中未考慮的因素（如材料非線性、缺陷影響），為優(yōu)化設(shè)計(jì)模型、完善設(shè)計(jì)規(guī)程提供依據(jù)。

3.建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫：積累不同條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

一、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程概述

扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程是指在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對構(gòu)件承受扭矩作用時的力學(xué)行為、計(jì)算方法、構(gòu)造措施等方面所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作指南。其主要目的是確保結(jié)構(gòu)在承受扭轉(zhuǎn)荷載時具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。本規(guī)程適用于各類建筑、橋梁、塔桅等工程結(jié)構(gòu)中的受扭構(gòu)件設(shè)計(jì)。

二、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)基本原理

（一）扭轉(zhuǎn)荷載分類

1.平面扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面重合的扭轉(zhuǎn)。

(1)均布扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向均勻分布。

(2)線性扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向呈線性變化。

2.空間扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面不平行的扭轉(zhuǎn)。

（二）扭轉(zhuǎn)內(nèi)力計(jì)算方法

1.等截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)彈性扭轉(zhuǎn)：采用經(jīng)典扭轉(zhuǎn)理論計(jì)算，適用于材料彈性范圍內(nèi)。

(2)剪切扭轉(zhuǎn)：考慮材料塑性變形的影響。

2.變截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)分段計(jì)算法：將構(gòu)件分為若干段，每段采用簡化模型計(jì)算。

(2)積分法：通過積分方程求解扭矩分布。

三、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)步驟

（一）扭轉(zhuǎn)效應(yīng)判斷

1.計(jì)算構(gòu)件承受的扭矩設(shè)計(jì)值。

(1)根據(jù)荷載類型和分布，確定扭矩計(jì)算公式。

(2)考慮荷載組合系數(shù)，確定設(shè)計(jì)扭矩。

2.判斷是否需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

(1)當(dāng)扭矩設(shè)計(jì)值超過規(guī)范規(guī)定的限值時，需進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。

(2)對于某些構(gòu)件（如箱形截面），即使扭矩較小也可能需要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（二）截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.選擇合適的截面形式。

(1)矩形截面：適用于短構(gòu)件或次要構(gòu)件。

(2)箱形截面：抗扭性能優(yōu)良，適用于重要受扭構(gòu)件。

2.計(jì)算截面抗扭性能指標(biāo)。

(1)抗扭慣性矩：反映截面抵抗扭轉(zhuǎn)的能力。

(2)扭轉(zhuǎn)常數(shù)：用于計(jì)算純扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的應(yīng)力。

（三）構(gòu)造措施要求

1.螺栓連接構(gòu)造：

(1)確保螺栓間距滿足抗扭要求。

(2)控制螺栓孔洞對截面剛度的削弱。

2.焊接連接構(gòu)造：

(1)采用連續(xù)焊縫或角焊縫，保證連接強(qiáng)度。

(2)控制焊縫長度和厚度，避免應(yīng)力集中。

（四）驗(yàn)算與調(diào)整

1.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算最大扭矩作用下的剪應(yīng)力。

(2)與材料抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較。

2.扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)角。

(2)與規(guī)范規(guī)定的容許扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較。

3.根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，對截面尺寸或構(gòu)造措施進(jìn)行調(diào)整。

四、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）材料選擇

1.優(yōu)先選用延性較好的材料，如Q235鋼、HRB400鋼筋等。

2.對于高強(qiáng)度材料，需考慮其脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

（二）施工質(zhì)量控制

1.確保構(gòu)件制作精度，避免尺寸偏差過大。

2.控制焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)裂紋等缺陷。

（三）荷載考慮

1.對于動態(tài)扭轉(zhuǎn)荷載，需考慮疲勞效應(yīng)。

2.考慮溫度變化引起的附加扭矩。

（四）試驗(yàn)驗(yàn)證

1.對于重要結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

2.通過試驗(yàn)確定關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

**一、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程概述**

扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)規(guī)程是指在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對構(gòu)件承受扭矩作用時的力學(xué)行為、計(jì)算方法、構(gòu)造措施等方面所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作指南。其主要目的是確保結(jié)構(gòu)在承受扭轉(zhuǎn)荷載時具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。本規(guī)程適用于各類建筑、橋梁、塔桅等工程結(jié)構(gòu)中的受扭構(gòu)件設(shè)計(jì)，特別是在存在較大偏心荷載、風(fēng)荷載、地震作用或特定工藝設(shè)備產(chǎn)生的扭矩等情況下。

二、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)基本原理

（一）扭轉(zhuǎn)荷載分類

1.平面扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面重合的扭轉(zhuǎn)。

(1)均布扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向均勻分布，常發(fā)生在簡支的懸臂梁或板式結(jié)構(gòu)邊緣受集中力的情況。計(jì)算時，扭矩值T=F*a，其中F為集中力，a為力作用點(diǎn)到支座的距離。

(2)線性扭矩：扭矩沿構(gòu)件長度方向呈線性變化，可能由分布荷載的偏心或兩端不同扭矩作用引起。計(jì)算時需對長度進(jìn)行積分，T=∫M(x)dx，其中M(x)為距某端的彎矩。

2.空間扭轉(zhuǎn)：荷載作用面與構(gòu)件截面平面不平行的扭轉(zhuǎn)，或同時存在繞主軸的彎扭組合。這種情況在異形截面構(gòu)件或荷載方向傾斜的結(jié)構(gòu)中較為常見，需要采用更復(fù)雜的應(yīng)力分析理論。

（二）扭轉(zhuǎn)內(nèi)力計(jì)算方法

1.等截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)彈性扭轉(zhuǎn)：采用經(jīng)典扭轉(zhuǎn)理論計(jì)算，適用于材料彈性范圍內(nèi)、截面形狀簡單（如矩形、圓形）的構(gòu)件。核心公式為T=GJθ或τ=Tω/J，其中T為扭矩，G為剪切模量，J為扭轉(zhuǎn)慣性矩，θ為單位長度扭轉(zhuǎn)角，τ為最大扭剪應(yīng)力，ω為截面核心點(diǎn)到計(jì)算點(diǎn)的距離。對于矩形截面，J=(b3h)/12-(b-t)(h-t)3/12（b、h為截面長寬，t為壁厚）。

(2)剪切扭轉(zhuǎn)：考慮材料塑性變形的影響，當(dāng)扭矩較大時，截面外緣進(jìn)入塑性，應(yīng)力不再均勻分布。此時需采用塑性扭轉(zhuǎn)理論，計(jì)算塑性扭矩和屈服扭矩，并考慮翹曲變形。設(shè)計(jì)時通常采用塑性極限分析方法。

2.變截面構(gòu)件扭轉(zhuǎn)：

(1)分段計(jì)算法：將構(gòu)件分為若干段，每段采用簡化模型計(jì)算。例如，對于階梯狀變截面梁，需在截面突變處重新計(jì)算內(nèi)力和應(yīng)力，并驗(yàn)算該處的連續(xù)性和強(qiáng)度。

(2)積分法：通過積分方程求解扭矩分布。對于復(fù)雜截面或變截面構(gòu)件，可建立包含扭矩、剪力、彎矩關(guān)系的微分方程，通過積分求解。這種方法通常需要借助計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行。

三、扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)步驟

（一）扭轉(zhuǎn)效應(yīng)判斷

1.計(jì)算構(gòu)件承受的扭矩設(shè)計(jì)值。

(1)根據(jù)荷載類型（如集中力、分布力、風(fēng)力、設(shè)備振動等）和分布情況，確定扭矩計(jì)算公式。需考慮荷載標(biāo)準(zhǔn)值、組合值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)等。

(2)考慮荷載組合，計(jì)算不同工況下的扭矩設(shè)計(jì)值。通常需比較最不利荷載組合下的扭矩。

2.判斷是否需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

(1)查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)構(gòu)件類型、使用環(huán)境、荷載性質(zhì)等，確定是否需要按受扭構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，某些規(guī)范規(guī)定矩形截面當(dāng)長寬比大于一定值時可不考慮扭轉(zhuǎn)。

(2)初步估算構(gòu)件承受的扭矩大小，若遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，則可能僅需按構(gòu)造要求處理。

（二）截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.選擇合適的截面形式。

(1)矩形截面：計(jì)算簡單，經(jīng)濟(jì)性較好，但抗扭性能相對較差，適用于短而粗的構(gòu)件或次要構(gòu)件。需注意長寬比的影響，長寬比過大時抗扭能力顯著下降。

(2)箱形截面：抗扭性能優(yōu)良，接近閉口截面，適用于重要受扭構(gòu)件、橋梁主梁、塔桅結(jié)構(gòu)等。設(shè)計(jì)時需注意焊縫質(zhì)量、角部加強(qiáng)等細(xì)節(jié)。

(3)T形、L形、I形截面：抗扭性能介于開口和閉口之間，需仔細(xì)計(jì)算各部分對整體抗扭的貢獻(xiàn)，特別是翼緣和腹板的有效寬度。

2.計(jì)算截面抗扭性能指標(biāo)。

(1)抗扭慣性矩（StiffnessParameter）：反映截面抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。對于閉口截面，通常用J表示；對于開口截面，通常用扭轉(zhuǎn)常數(shù)（TorsionConstant,C）表示。設(shè)計(jì)時需確保計(jì)算值滿足強(qiáng)度和剛度要求。

(2)扭轉(zhuǎn)常數(shù)（TorsionConstant,C）：用于計(jì)算開口截面純扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的應(yīng)力。其計(jì)算公式復(fù)雜，需考慮各肢的尺寸和相對位置。

(3)扭轉(zhuǎn)半徑（TorsionalRadius,ρ）：與抗扭慣性矩相關(guān)，ρ=√(J/A)，其中A為截面面積。用于估算扭轉(zhuǎn)角。

3.截面尺寸優(yōu)化：根據(jù)計(jì)算得到的扭矩設(shè)計(jì)值和所選材料強(qiáng)度，計(jì)算所需的最小截面尺寸或抗扭性能指標(biāo)?？赏ㄟ^試算或迭代方法確定經(jīng)濟(jì)合理的截面尺寸。

（三）構(gòu)造措施要求

1.螺栓連接構(gòu)造：

(1)確保螺栓間距滿足抗扭要求：螺栓的最大間距、邊距需符合相關(guān)規(guī)范，以控制螺栓孔對截面剛度和強(qiáng)度的削弱程度。

(2)控制螺栓孔洞對截面剛度的削弱：對于受扭構(gòu)件，螺栓孔洞會顯著降低截面的抗扭性能，設(shè)計(jì)時需通過加大螺栓孔直徑、采用補(bǔ)強(qiáng)板或調(diào)整孔位等方法補(bǔ)償剛度損失。

2.焊接連接構(gòu)造：

(1)采用連續(xù)焊縫或角焊縫，保證連接強(qiáng)度：焊縫設(shè)計(jì)需滿足承載力要求，焊腳尺寸、焊縫長度需根據(jù)計(jì)算確定。

(2)控制焊縫長度和厚度，避免應(yīng)力集中：焊縫應(yīng)連續(xù)均勻，避免出現(xiàn)缺口、棱角等應(yīng)力集中源。對于變截面或應(yīng)力集中部位，可采取加大焊腳尺寸、增加過渡圓弧等措施。

3.支撐和約束：合理設(shè)置構(gòu)件的支撐點(diǎn)，限制構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)，提高抗扭能力。例如，在梁端設(shè)置可靠的支座，防止梁端發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

（四）驗(yàn)算與調(diào)整

1.扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算最大扭矩作用下的剪應(yīng)力：τ=Tω/J（開口截面）或τ=Tρ/J（閉口截面），其中ω/J或ρ/J為截面應(yīng)力分布系數(shù)。需計(jì)算截面最大剪應(yīng)力位置。

(2)與材料抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較：τ≤f<0xE2><0x82><0x97>，其中f<0xE2><0x82><0x97>為材料抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。需考慮是否需要進(jìn)行抗剪強(qiáng)度折減（如考慮非彈性變形）。

2.扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算：

(1)計(jì)算構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)角：θ=TL/GJ（彈性扭轉(zhuǎn)），需計(jì)算跨中最大扭轉(zhuǎn)角或特定位置的扭轉(zhuǎn)角。

(2)與規(guī)范規(guī)定的容許扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較：θ≤[θ]，其中[θ]為容許扭轉(zhuǎn)角。容許扭轉(zhuǎn)角通常與構(gòu)件的跨度和使用要求有關(guān)。

3.根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，對截面尺寸或構(gòu)造措施進(jìn)行調(diào)整：若驗(yàn)算不滿足要求，需增大截面尺寸、改變截面形狀、增加支撐約束或采取其他構(gòu)造加強(qiáng)措