1. 精確幾何展開 (Exact Linear Method)
將斷面拆解為平直段與圓角弧長 (r_m = R + t/2):
- r_m = 5.15 mm
- 腹板平段 a = H - 2R - 2t = 87.40 mm
- 總圓角弧長 4u = 32.34 mm
- 總面積 A_g = t × (a + 2b + 2c + 4u) = 510.47 mm²
2. 剪力中心與翹曲常數
利用薄壁剪力流積分,獲得含加勁唇板的精確公式:
- m = [b×t / (12×I_x)] × (6ca² + 3ba² - 8c³)
- 剪力中心 x_0 = -(x_cg + m) = -30.29 mm
- 翹曲常數 C_w = 8.789e+8 mm⁶
- 聖維南扭轉常數 J = (1/3) × A_g × t² = 900.12 mm⁴
3. 整體挫曲強度 (Flexural-Torsional)
依據 AISI 規範,單軸對稱斷面 (X軸) 將發生側向撓曲與扭轉之耦合挫曲,Y軸為解耦。
- F_ex_et = (F_ex + F_et) / 2β × [ 1 - √(1 - 4β F_ex F_et / (F_ex + F_et)²) ]
- 臨界彈性挫曲 F_e = min(F_ex, F_ey, F_ex_et)
- 標稱挫曲應力 F_n = 168.93 MPa
4. 局部挫曲與端加勁互制 (AISI B4.2)
在等壓應力 F_n 下,須計算唇板所能提供之剛度折減 R_I = I_s / I_a。
- 有效翼板寬度 b_e 計算將採用折減後的挫曲係數 k_flg
- 有效斷面積 A_e = 510.47 mm²
- 標稱軸壓強度 P_n = A_e × F_n = 86.23 kN
5. 應力梯度與中性軸疊代 (AISI B2.3 NA Iteration)
受主軸彎矩作用時,腹板存在梯度應力 ψ = f_2/f_1,且有效斷面不再對稱,中性軸將隨加載偏移。系統以兩次疊代替代以致收斂:
- 腹板受彎挫曲係數 k_web = 4 + 2(1-ψ)³ + 2(1-ψ)
- 疊代平行軸定理求得新重心 y_cg_new 與 I_eff
- 有效模數 Z_ex = 16296.84 mm³
- 標稱彎矩 M_nx = Z_ex × F_cx = 3.99 kN-m