薄壁钢梁广泛应用于土木建筑、机械、海洋工程等领域中。由于其壁厚远远小于构件的其他尺寸,薄壁构件的力学性能与实体构件明显不同。当前对结构构件的分析计算主要有以下四种理论:Euler-Bernoulli梁理论没有考虑剪切变形的影响,Timoshenko梁理论虽然考虑了剪切变形的影响,但仅考虑横向剪切变形且与Euler-Bernoulli梁理论一样适用于实体梁弯曲性能的分析,不能用于薄壁梁的弯曲与扭转分析;Vlasov发展了开口薄壁梁扭转与弯曲相结合的综合理论,但忽略了剪切变形对构件性能的影响;Benscoter梁理论是基于闭口截面的扭转理论。随着国民经济的不断发展,钢结构的应用范围更加广泛。当构件的跨高比较小时,剪切变形的影响将不能忽略。课题组针对薄壁构件的约束扭转问题提出了一阶理论,该理论不仅考虑了翘曲变形的影响,还可以考虑剪切变形的影响。本文在一阶理论和有限单元理论基础上,对开口和闭口截面的约束扭转问题展开深入研究,推导基于解析解的扭转单元刚度矩阵,并分析扭转剪切变形(翘曲扭矩)的影响。本文研究的主要内容如下:(1)开口薄壁构件约束扭转单元推导。单元具有两个节点,每个节点有两个自由度,分别为总扭转角和自由翘曲扭转角扭率。基于一阶扭转理论的微分方程解析解,得到了开口薄壁构件约束扭转单元的精确插值函数。该插值函数中引入扭转剪切系数,考虑了剪切变形的影响,同时避免了单元扭转剪切锁死现象的产生。根据虚功原理求得新单元的单元刚度矩阵。(2)闭口薄壁构件约束扭转单元的推导。推导过程与开口薄壁构件相似,但考虑到闭口薄壁截面的特殊性,在建立单元刚度矩阵时,需要考虑Bredt扭矩M_B和二次约束扭矩M_S的影响。根据虚功原理求得新单元的单元刚度矩阵。(3)扭转单元程序的编写及算例分析。根据新型开口和闭口扭转单元刚度矩阵,利用ABAQUS本身的单元接口UEL进行二次开发。基于UEL程序进行算例分析,验证当前单元的可靠性及剪切变形的影响规律。