我們知道，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的宏觀受力可分為：拉壓、剪、彎和扭。通常情況下，拉壓、彎產(chǎn)生正應(yīng)力；剪和扭產(chǎn)生剪切應(yīng)力（可能吧？）。但要注意：扭矩作用下的應(yīng)力計(jì)算，其實(shí)遠(yuǎn)比我們想象中要復(fù)雜。
鋼梁扭轉(zhuǎn)的計(jì)算，正式版的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》一直沒(méi)給出過(guò)實(shí)用計(jì)算公式。新版鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范征求意見(jiàn)稿倒是曾給出過(guò)公式，具體如下：
但你如果真拿這個(gè)公式去算，會(huì)發(fā)現(xiàn)困難重重�？纯催@幾個(gè)參數(shù)吧，雙力矩、主扇形坐標(biāo)、扇形慣性矩、約束扭轉(zhuǎn)力矩和自由扭轉(zhuǎn)力矩，扇形靜矩，會(huì)不會(huì)望而生畏？
我工作第二年的時(shí)候，領(lǐng)導(dǎo)曾給我布置了一個(gè)任務(wù)，即“工字鋼梁抗扭計(jì)算”，同時(shí)告訴我，公式就在征求意見(jiàn)稿上。
看起來(lái)很簡(jiǎn)單，照著公式算嘛。但為了找到這幾個(gè)參數(shù)的表達(dá)式，我可費(fèi)了一番周折。
幸運(yùn)的是，這個(gè)問(wèn)題有理論解。我給出了一份完整的算例，這個(gè)問(wèn)題也相應(yīng)地告一段落。
但在后面工作過(guò)程中，經(jīng)常有同事/朋友遇到相同的問(wèn)題。我索性把這份算例放到網(wǎng)上，并留下了聯(lián)系方式，希望大家可以共同交流。
你現(xiàn)在在百度文庫(kù)中搜索“工字型鋼梁抗扭計(jì)算”，依然可以看到這份資料。到目前為止，這份（苦澀的）資料閱讀量已接近7k�？梢�(jiàn)，結(jié)構(gòu)師朋友苦鋼梁扭轉(zhuǎn)計(jì)算久矣。
這份資料發(fā)布之后，有不少陌生朋友加我QQ，希望獲得更多的參考資料。這次，我索性把所有的參考資料都打包，包括Excel計(jì)算表格，放到微信公眾號(hào)（JIE構(gòu)生活）學(xué)習(xí)資料里面，供感興趣的朋友獲取。（在該公眾號(hào)主頁(yè)回復(fù)：學(xué)習(xí)資料）
越過(guò)了這座小山，另一座巍峨的大山矗立在眼前。 矩形管的抗扭怎么計(jì)算呢？
對(duì)于等直非圓桿，其橫截面在桿扭轉(zhuǎn)變形后將發(fā)生翹曲而不再保持平面。這意味著，我們最熟悉的平截面假定，徹底失靈。
說(shuō)到等直非圓桿的扭轉(zhuǎn)，我們有必要再理解一下自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)。不然總是有人叫囂，扭轉(zhuǎn)只會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力。
自由扭轉(zhuǎn)（純扭轉(zhuǎn)）:等直桿在兩端受外力偶作用，且端部可以自由翹曲，此時(shí)桿件所受的扭轉(zhuǎn)就是自由扭轉(zhuǎn)。由于相鄰兩橫截面的翹曲程度完全相同，橫截面上只有切應(yīng)力而沒(méi)有正應(yīng)力。約束扭轉(zhuǎn)：桿的兩端受到約束而不能自由翹曲。此時(shí)，相鄰兩橫截面的翹曲程度不同，將在橫截面中引起附加的正應(yīng)力。
由約束扭轉(zhuǎn)所引起的附加正應(yīng)力，在一般實(shí)體截面桿中通常均很小，可略去不計(jì)。但在薄壁桿件中，這一附加正應(yīng)力則成為不能忽略的量。
為何鋼筋混凝土梁可以給出扭轉(zhuǎn)計(jì)算公式，而鋼梁卻不能？上面這兩句話是否能解開你的疑惑？注意，在我給出的工字鋼梁抗扭算例中，支座位置，正應(yīng)力是剪應(yīng)力的17倍！
曾經(jīng)有一段時(shí)間，我踏上了尋找矩形鋼管扭轉(zhuǎn)（實(shí)用）理論計(jì)算公式的漫漫路途，基本都是無(wú)功而返。
有一天，某大佬告訴我，他有個(gè)插件，可以計(jì)算矩形管的扭轉(zhuǎn)。我喜出望外，戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地拜讀該插件給出的計(jì)算公式，讀到：
淚奔！這簡(jiǎn)直是欺負(fù)人！
尋找矩形鋼管扭轉(zhuǎn)（實(shí)用）理論計(jì)算公式的偉大事業(yè)，卒！
當(dāng)然，這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有自動(dòng)消失。作為勇猛的結(jié)構(gòu)工程師，我們不能輕易說(shuō)自己不行。
當(dāng)我們告訴甲方，此處扭矩比較大，截面可能扛不住，甲方朋友會(huì)無(wú)奈地說(shuō)，好吧，那就不要用工字鋼了，改矩形管吧。
偷偷告訴大家一個(gè)神奇的現(xiàn)象，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，扭矩不可避免要被承擔(dān)的時(shí)候，矩形管就像一劑強(qiáng)心針，只要用了矩形管，大家就認(rèn)為沒(méi)問(wèn)題了。這是一個(gè)謊言。
某一天，由建筑效果所限，我們?cè)O(shè)計(jì)了一條很大的鋼梁，在鋼梁上有很多單向懸挑，所以這根大梁承受很大的扭矩，當(dāng)大梁碰上大扭矩的時(shí)候，我們?cè)撓嘈耪l(shuí)呢？是鋼梁大還是扭矩大？
作為一名專業(yè)的工程師，當(dāng)大家都在談概念的時(shí)候，我們恰恰應(yīng)該學(xué)會(huì)如何量化。經(jīng)歷過(guò)很多次量化之后形成的概念，才是真概念。
其實(shí)，放下尋求理論公式的執(zhí)念，一切都簡(jiǎn)單了。ABAQUS、ANSYS就不用說(shuō)了，像SAP2K、Midas都可以算。
最后要提醒一點(diǎn)，如果我們按桿單元計(jì)算，由于規(guī)范公式?jīng)]有考慮扭轉(zhuǎn)，所以我們看到的應(yīng)力比也沒(méi)考慮扭轉(zhuǎn)，不要看到應(yīng)力比較小，就認(rèn)為很安全。這是另一個(gè)謊言。
