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第4节超静定结构计算
2008年广西人才小高地申报 超静定次数的确定 超静定次数——多余约束的个数,力法的未知量数,也就是使之成为静定结构需要去掉的约束个数; 根据结构的几何组成判断。 力法基本结构的选择 由于从超静定转化为静定,将什么约束看成多余约束不是唯一的,因此力法求解的基本结构也不是唯一的。 最优的体系:弯矩图简单,使系数项为零。 力法基本结构选择 选择最优的基本体系。 写出图示结构及其力法基本体系的力法方程。 超静定结构的位移计算 选择虚设单位力状态,使位移△CH计算最简单。 2008年广西人才小高地申报 2008年广西人才小高地申报 一、位移法基本未知量 基本假定: 弹性小变形,轴向变形忽略不计(除链杆外),认为杆长不变,仍用两点的直线距离代替; 基本未知量:结点位移(包括线位移和转角位移); 位移法最少的未知量:只包含独立的节点位移; 独立结点位移: 不包含支座位移及铰结点的转角位移; 位移法基本未知量确定 角位移: 每一刚结点都有一个转角位移; 角位移数等于刚结点的总数; 转角位移对应的附加约束是刚臂。 二、位移法基本思路 位移法求解图示刚架。 二、位移法基本思路 二、位移法基本思路 位移法基本要点 基本未知量:独立的节点位移(不包含支座结点位移及铰结点转角位移) 。 基本方程:节点位移对应的平衡方程(力矩方程或投影方程); 位移法的适用范围:任意结构(静定和超静定结构)。 三、形常数和载常数 形常数: 单位位移作用产生的杆端力(杆端弯矩和杆端剪力); 也称为杆的刚度系数,即使杆端产生单位位移所需施加的杆端力。杆端弯矩即为杆的转动刚度,杆端剪力即为抗侧刚度; 可根据力法计算;最简单的办法是直接记忆; 用来计算给定位移作用下的杆端力。 载常数: 荷载作用下产生的杆端力(支座反力); 可根据力法计算;最简单的办法也是直接记忆。 等截面直杆的刚度方程 刚度方程:利用形常数和载常数和叠加 四、位移法应用 位移法求解图示刚架。 四、位移法应用 四、位移法应用 把各系数项代入位移法方程: 四、位移法应用 四、位移法应用 用位移法计算图示结构。 2008年广西人才小高地申报 力矩分配法的基本概念 力矩分配法就是仅有结点转角位移的位移法; 特点: 避免求解基本方程,简单易于掌握; 结点的力矩在各杆端是按转动刚度来分配的。 力矩分配法的基本概念 位移法: 力矩分配法的基本概念 力矩分配法: EI 3EI 3EI EI EI EI h h l A P 2P P EI 3EI 3EI EI EI EI A P/2 P P/2 EI 3EI 3EI EI EI EI A P/2 P P P/2 EI 3EI 3EI EI A P/2 P X1 X2 结构对称 对称荷载 无弯矩 反对称荷载 半结构 最少2个未知量 确定图示结构用力法求解最少未知量数目 要计算 + l l EI=常数 P l P P/2 P/2 P/2 P/4 P/4 P/2 P/4 P/4 P/2 P/4 P/4 P/2 P/4 P/4 P/2 P/4 P/4 P/2 P/4 P/4 X1 X1 确定图示结构用力法求解最少未知量数目 对称 反对称 取对称基本体系 对称荷载作用 反对称荷载作用 位移法基本未知量 位移法基本思路 形常数和载常数 位移法应用 4. 位移法 A B D C P 线位移: 线位移的总数等于使每个独立结点不能移动需要添加的链杆总数; 线位移的总数等于对应铰接体系的自由度。 线位移对应的附加约束是链杆。 一个链杆往往能约束一根梁式杆的轴向位移。 EI=∞ 6个 7个 A B C D 如果AB杆EI=∞? 4个未知量 EA=∞ 如果AB杆EA=∞? 6个未知量 A B C D 3个 EI=∞ 8个 如果AB杆EI=∞? 6个未知量 判断位移法基本未知量 A B A C D B E A C D B E 2个转角位移 铰接体系 几何不变 自由度0 无线位移 判断位移法基本未知量 3个转角位移 铰接体系 2个自由度 2个线位移 附加约束1 附加约束2 原结构 1)基本未知量: 基本体系 A B D C P A B D C P A B D C 基本结构 基本体系附加约束的反力: A B D C P A B D C 基本体系 P A B D C 荷载作用 △2作用 = + + A B D C △1作用 由此可得位移法基本方程: 基本体系 P A B D C 原结构 A B D C P 消除基本体系与原结构的差异: 即使附加约束上的反力为0. 实质是平衡方程 力矩方程 水平投影方程 基本体系把结构分划为若干独立的超静定梁,基本方程把它们组合在一起。 等截面直杆的刚度方程(形常数和载常数)是关键。 1 1 1 1 弯矩图 等截面直杆的形常数 转角位移对应的转动刚度:近端
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