1. Y軸對稱與剪力中心漂移
薄壁帽型鋼 (Hat Section) 重心 Y_cg 與剪力中心 y_s 會產生分離:
- x_0 = 0 (完全對稱於 Y 軸)
- 剪力中心偏移 y_0 = y_s - (Y_cg - t/2) = -68.45 mm (形心向下為正)
- 厚板展開翹曲常數 C_w = I_ww - y_s² × I_y = 2.731e+8 mm⁶
2. 弱軸耦合挫曲分析 (Flexural-Torsional)
因 y_0 ≠ 0,受壓時強軸彎曲 (X) 並不會與扭轉耦合;但弱軸彎曲 (Y) 必定伴隨扭轉機制:
- 強軸彎曲解耦 F_ex = π²×E / (K_x×L_x / r_x)²
- 弱軸彎扭耦合 F_ey_et = [(F_ey + F_et) / 2β] × [ 1 - √(1 - 4β F_ey F_et / (F_ey + F_et)²) ]
- 臨界彈性挫曲 F_e = min(F_ex, F_ey_et)
- 標稱挫曲應力 F_n = 62.73 MPa
3. 無加勁底緣與局部有效面積 (AISI B4.1)
帽型鋼兩側延伸的底緣屬於一端不受支撐的「無加勁端板 (Unstiffened Elements)」,挫曲抗力極低:
- 頂緣 (兩側由腹板加勁) k = 4.0
- 底緣外伸 (無端加勁板) k = 0.43
- 經過寬厚比折減後,有效面積 A_e = 636.05 mm²
- 標稱軸壓強度 P_n = A_e × F_n = 39.90 kN
4. 彎矩強度與中性軸疊代 (AISI B2.3 Iteration)
承受 M_x 正彎矩時,頂腹板受壓、兩道底緣受拉,腹板應力梯度導致中性軸向受拉區飄移:
- 腹板受彎抗曲係數 k_web = 4 + 2(1-ψ)³ + 2(1-ψ)
- 兩次疊代平行軸定理求得新重心 y_cg_new 與 I_eff
- 考慮位移後的有效頂緣模數 Z_ex = 16321.92 mm³
- 標稱彎矩 M_nx = Z_ex × F_cx = 4.00 kN-m