侧扭屈曲

什么是侧扭屈曲，其成因是什么？

侧扭屈曲（LTB）是指无约束梁在荷载作用下发生偏离其纵轴方向的变形——包括侧向位移和扭转。

无约束钢梁是指其受压翼缘可以自由侧向移动（或位移）并发生转动的梁。 如果我们将这一理论应用于简支梁，则受压翼缘为上翼缘。当该翼缘发生侧向挠曲时，受拉翼缘会试图使梁保持直线，并由于梁的侧向弯曲而产生"恢复"力。然而，仅靠这些力无法使梁保持直线。梁抵抗侧扭屈曲的能力取决于恢复力以及受拉翼缘中拉力的侧向分量。

受压翼缘与受拉翼缘的相互作用会迫使无约束梁发生扭转。这种抗扭能力取决于梁截面的抗扭刚度。 例如，翼缘厚度较大的梁，相比在相同截面高度下翼缘厚度较小的梁，具有更大的抗扭刚度。 还有一些截面形式（如矩形空心截面/方形空心截面 RHS/SHS）也具有更强的抗扭能力，这些截面常用于需要较大跨度以承受竖向荷载的场合（例如涉及折叠门的洞口），这类场合容易受到平面外力效应的影响。

要了解侧扭屈曲破坏是如何发展的，请观看这个视频。

哪些因素会影响侧扭屈曲？

主要有三个因素：

1. 荷载施加位置
2. 弯矩分布
3. 端部支承条件

荷载施加位置

侧扭屈曲的影响程度取决于荷载施加位置与梁截面剪心之间的距离。 如果荷载施加在剪心以上，截面更容易发生侧扭屈曲。 如果荷载沿剪心施加，则影响较小；如果施加在剪心以下，梁则基本不会发生侧扭屈曲。

[补充说明] 剪心是梁截面上的一个点，在该点施加荷载不会引起截面扭转。 剪心的位置取决于截面形状。 对于对称截面，剪心与形心位置相同。 而对于非对称截面，两者可能并不重合。 计算任意给定截面的剪心涉及一定的数学运算，但幸运的是，工程师可以借助软件，并参考现成的表格！

弯矩分布

与其他弯矩分布相比，沿长度方向弯矩均匀分布的截面具有较低的屈曲承载力。

端部支承条件

随着端部支承约束程度的增加，梁截面的侧扭屈曲承载力也会提高。 比较搁置在垫石上的梁与浇筑于混凝土墙内的梁：后者端部的约束程度高于前者。 一个可以自由转动，另一个则不能。

设计考虑因素

提供有效的侧向约束可以显著减小梁的截面尺寸。约束可以通过混凝土楼板的组合作用完全实现。 也可以通过设置中间梁实现部分约束。 此外，还可以使用尺寸足够且布置合理的支撑。

以上这些对构件设计而言都很好，但对于节点设计又该如何处理呢？

无论是否存在侧扭屈曲约束，实际反力都保持不变，但由于该约束的存在，构件具有额外的转动约束刚度。 如果忽略这一点，则节点设计将会偏于保守（高估内力）。

在新版本的IDEA StatiCa（版本 22.0）中，我们引入了一项新操作——侧向扭转约束（Lateral Torsional Restraint）——使用户可以根据需要考虑这一因素。

了解有关侧向扭转约束功能的更多信息。该操作可避免构件在节点处发生扭转，从而在保证所需安全性的同时实现更经济的设计。