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申请/专利权人：浙江工业大学

摘要：一种薄壁梁在弯扭组合荷载作用下极限强度计算方法，根据荷载的不同和截面中扶强材和纵骨构件的位置，建立薄壁梁截面单跨计算模型；施加给薄壁梁一个弯矩，计算截面惯性矩，根据平截面假设，计算截面中各单元的正应力分布计算得到考虑正应力后的扭转极限剪应力；以计算得到的扭转极限剪应力，计算各板格的宽厚比，构建扭转过程中剪应力与剪应变的关系曲线；对薄壁梁施加一个扭转角，计算各板格的剪应变，根据剪应力应变关系计算板格的剪应力，合计每一块板格对扭矩的贡献计算得到扭矩，增加扭转角进行迭代计算，以迭代过程中扭矩的最大值作为考虑剪力作用后的极限扭矩。本发明计算简单、精确且高效。

主权项：1.一种薄壁梁在弯扭组合荷载作用下极限强度计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1，根据荷载的不同和截面中扶强材和纵骨构件的位置，将薄壁梁截面离散成一系列独立无相互作用的板格，建立薄壁梁截面单跨计算模型，输入截面材料的基本材料属性，所述基本材料属性包括屈服强度、弹性模量和泊松比；步骤S2，施加给薄壁梁一个弯矩，计算截面惯性矩，根据平截面假设，计算截面中各单元的正应力分布；步骤S3，对各单元的正应力进行判断，若受压区单元的正应力超过屈曲应力和受拉区单元的应力超过屈服应力，则单元失效不参与扭矩的计算，其余单元参与扭转计算；步骤S4，将其余单元的正应力带入组合应力作用下板格极限状态方程中，计算得到考虑正应力后的扭转极限剪应力；步骤S5，以计算得到的扭转极限剪应力，计算各板格的宽厚比，构建扭转过程中剪应力与剪应变的关系曲线；步骤S6，对薄壁梁施加一个扭转角，计算各板格的剪应变，根据剪应力应变关系计算板格的剪应力，合计每一块板格对扭矩的贡献计算得到扭矩；增加扭转角进行迭代计算，以迭代过程中扭矩的最大值作为考虑剪力作用后的极限扭矩；所述步骤S2中，施加给薄壁梁一个弯矩，计算截面惯性矩，根据平截面假设，计算截面中各单元的正应力分布： 其中，σx表示单元的正应力，y表示单元到中和轴的垂向距离，I为截面的惯性矩；所述步骤S3中，对各单元的正应力进行判断：若受压区单元的正应力超过屈曲应力或受拉区单元的应力超过屈服应力，则单元失效不参与扭矩的计算，其余单元参与扭转计算；单元的屈服应力取材料的屈服强度，单元弯矩作用下的屈曲极限强度计算公式为： 其中，E为材料弹性模型，Nmm2，L为扶强材计算长度，即一跨长度，mm，AE为扶强材横截面面积，mm2，IE为扶强材惯性矩，mm4；所述步骤S4中，将其余单元的正应力带入组合应力作用下板格极限状态方程中，计算得到考虑正应力后的极限剪应力τcr，组合应力作用下板格极限转态方程为： 对于σx≥0 对于σx＜0其中，σx≥0表示单元受压，σx＜0表示单元受拉，β宽厚比计算公式如下所示： 其中，β为板格的宽厚比；ReH-P为板格的材料屈服强度，Nmm2；E为弹性模量，Nmm2；t为板格厚度，mm；b为板格短边长度，mm；对于四边简支的板格极限剪应力τC，计算公式如下： 式中，τC为板格的极限剪切强度；Cτ为屈曲折减因子，有： λ为板格的参考长细比，有： K为屈曲因子，有： σE为板格的参考应力，Nmm2； 其中，E为材料弹性模量，Nmm2；t为板格净厚度，mm；a、b分别为板格长度和宽度，mm；σcx为板的极限正应力计算公式为：σcx＝CxReH其中，ReH为材料屈服强度，Nmm2；Cx为折减因子，计算公式 ψ为应力比，取1，λ为板格的参考长细比，λc计算公式为： 所述步骤S5中，以计算得到的扭转极限剪应力τcr，计算各板格的宽厚比，构建扭转过程中剪应力与剪应变的关系曲线；根据板宽厚比这一属性，构建板格扭转过程中剪应力与剪应变的曲线关系，如下所示： 其中，γE为单元应变，γy为单元达到屈服时的应变，由下式确定： 其中，ReH-P为板格的材料屈服强度，Nmm2，G为剪切模量；所述步骤S6中，给薄壁梁一个初始扭转角，根据板格到截面形心的距离，计算在初始扭转角下每一块板格的应变，根据剪应力与剪应变关系求出每一块板格的剪应力，乘以板格面积得到每一块板格的剪力，再乘以板格对横截面形心的距离得到力矩，累计所有板格的力矩，得到在初始扭转角下薄壁梁截面约束扭转的扭矩；增加初始扭转角，进行迭代计算，以迭代过程中扭矩的最大值作为考虑剪力作用后的极限扭矩。

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