侧扭屈曲

什么是侧扭屈曲，其成因是什么？

侧扭屈曲（LTB）是无侧向约束梁在荷载作用下偏离其纵轴的变形——包括侧向位移和扭转。

无约束钢梁是指其受压翼缘可在侧向自由移动（或位移）并可自由转动的梁。若将此理论应用于简支梁，则受压翼缘为上翼缘。当该翼缘发生侧向挠曲时，受拉翼缘试图保持梁的平直，并因梁的侧向弯曲而产生"恢复"力。然而，仅凭这些力无法维持梁的平直。梁对侧扭屈曲的抵抗力由恢复力和受拉翼缘中拉力的侧向分量共同决定。

受压翼缘与受拉翼缘的相互作用迫使无约束梁发生扭转。抵抗扭转的能力取决于梁截面的抗扭刚度。例如，翼缘较厚的梁在相同截面高度下比翼缘较薄的梁具有更大的抗扭刚度。其他截面形式（如RHS/SHS）也能提供更大的抗扭能力，常用于需要较大跨度承受竖向荷载的情况（例如涉及折叠门的开口），这类情况易受平面外力效应的影响。

如需了解侧扭屈曲破坏的发展过程，请观看此视频。

哪些因素影响侧扭屈曲？

主要有三个因素：

1. 荷载作用位置
2. 弯矩分布
3. 端部支撑条件

荷载作用位置

侧扭屈曲效应受荷载作用位置与梁截面剪切中心之间距离的控制。若荷载作用于剪切中心以上，截面更易发生侧扭屈曲；若荷载沿剪切中心作用，效应较小；若荷载作用于剪切中心以下，则梁几乎不会发生侧扭屈曲。

【注】剪切中心是梁截面上的一个点，荷载作用于该点时不会引起截面扭转。它取决于截面形状。对称截面的剪切中心与形心重合；非对称截面的剪切中心与形心可能不重合。计算任意截面的剪切中心需要一定的数学推导，但幸运的是，工程师可以借助软件和参考表格来获取！

弯矩分布

沿长度方向承受均匀弯矩的截面，其屈曲抗力低于其他弯矩分布形式的截面。

端部支撑条件

随着端部支撑约束程度的增加，梁截面的侧扭屈曲抗力也随之提高。试比较搁置在垫石上的梁与浇筑在混凝土墙中的梁：后者端部约束程度高于前者，一个可以自由转动，另一个则不能。

设计考虑

提供有效的侧向约束可显著减小梁的截面尺寸。混凝土楼板的组合作用可实现完全约束；中间梁可实现部分约束；尺寸足够且位置合理的支撑也可用于提供约束。

以上内容对构件设计而言固然重要，但在节点设计中又该如何处理呢？

无论侧扭屈曲约束如何，实际反力保持不变，但由于该约束的存在，构件具有额外的固定度。若忽略这一点，节点设计将会偏于保守。

在新版本的IDEA StatiCa（版本22.0）中，我们引入了一项新操作——侧扭约束（Lateral Torsional Restraint）——以便用户在需要时将其纳入考虑。

了解更多关于侧扭约束功能的信息。该操作可避免节点处构件发生扭转，在保证所需安全性的同时实现更经济的设计。