[工学]建筑力学第五章_静定结构位移计算.ppt

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[工学]建筑力学第五章_静定结构位移计算

* 第五章 静定结构的位移计算 一、位移的概念 C P A B C θ 结构上某点位置的改变称为位移,结构的位移有两大类:线位移和角位移。 截面的移动称为线位移;截面的转动称为角位移。 计算位移的目的 1、校核结构的刚度,保证结构的正常使用。 2、为超静定结构的内力计算打下基础。 产生位移的主要因素 (1)荷载作用; (2)温度变化和材料胀缩; (3)支座沉降和制造误差。 虚功和虚功原理 功、广义力、广义位移 物理上定义:W = F·S F—集中力;S—线位移 现在将此式的定义扩大: W = P? 式中: W—广义功; P—广义力; ?— 与P相应的广义位移 功的正负号规定:当力P与相应位移Δ方向一致时,功为正;两者方向相反时,功为负。 虚功 1、 定义:凡力在其它因素引起的位移上所做的功,称为虚功。 其它因素一般指温度变化、支座的移动或另外的荷载等。 二、位移计算的一般公式 虚功的表达式: W = PΔ 注意: (1)力P与Δ位移必须是相应的。 (2)力P与位移Δ是互相独立,彼此无关的,即无因果 关系。 (3)虚功的正负号规定与前面相同。 P1 A B P2 Δ1 Δ2 Δ3 虚功:W = P1Δ2 “虚”字是强调位移和做功的力无关的特点! 变形体体系的虚功原理 变形体体系在任意平衡力系作用下,体系上所有外力 在体系几何可能位移和变形上所作的虚功恒等于体系上所 有内力所作的虚功。 W外= W内 即: 单位荷载法 虚拟单位荷载的建立 (1) 欲求A点的水平线位移时,在A点沿水平方向加一单位集中力如图(b)所示; (2) 欲求A点的角位移,在A点加一单位力偶如图(c)所示; (3) 欲求A、B两点的相对线位移,在A、B两点沿AB连线方向加一对反向的单位集中力,如图(d)所示; (4) 欲求A、B两截面的相对角位移,在A、B两截面处加一对反向的单位力偶,如图(e)所示。   位移状态(实际) Δ C C P 力状态(虚设) 如果在需求位移处沿位移方向虚设一个相应的单位力P=1 ,由虚功原理可得: = 1 正负号规定:当力和位移方向一致时,乘积为正,反之为负。所以,由上式求得Δ的如果是正值,说明位移Δ的方向与所设单位荷载方向一致;反之,则相反。 结构位移计算的一般公式 如果结构只有荷载作用,因支座位移为零,则可得 由材料力学公式,实际荷载下杆件内力MP、FQP、FNP作用下所引起的相应变形dθ、dη、dλ分别为: 1、荷载作用下位移的计算公式 M, FQ, FN — 虚设单位荷载引起的内力 MP , FQP , FNP — 实际荷载引起的内力 k — 剪力不均匀系数 正负号规定: 轴力 — 以拉力为正 剪力— 以顺转 为正 弯矩 — 只规定乘积的正负号,同侧受拉时乘积MPM取正,反之为负。 2、各类结构的位移计算公式 1、梁和刚架 2、桁架 3、组合结构 (梁式杆) (链杆) 荷载作用下位移计算的步骤 1、沿需求位移的位置和方向虚设相应的单位荷载; 2、根据静力平衡条件,列出在单位荷载作用下各杆段内力 方程; 3、列出实际荷载作用下各杆段内力方程; 4、将各内力方程分别代入公式,分段积分后再求和即可计算出所求位移。 四、图乘法求静定结构的位移 1)图乘法的应用条件 1、杆件为直杆; 2、各杆段的EI分别等于常数; 3、M、MP图中至少有一个是直线图形。 2)图乘法的计算公式 Δ = Σ ωi yi EI ?为任一弯矩图(直线或曲线均可)的面积 y为面积为?的弯矩图图形的形心对应的直线弯矩图的纵坐标,即y必须在直线图上量取。 公式正负号规定:若?与y 在杆件的同一侧时,乘积取正值,反之,则取负值。 A B A B ω y 形心 1、图乘法公式 3)几种常见图形的面积和形心位置 注意:在应用抛物线图形公式时,必须为标准抛物线,即顶点在中点或端点的抛物线。 顶点指其切线平行于底边的点,即在顶点处Q = 0。 顶点 顶点 顶点 2、图乘分段和叠加 1、分段 (1)一个图形是曲线,另一个图形是由直线组成的折线,则应分段计算。如: ω1 ω2 ω3 y3 y1 y2 (2)杆件各段有不同的EI,则应在EI变化处分段,分段进行图乘。如: EI1 EI2 EI1 EI2 ω1 ω1 y1 y2 2、叠加 在图形的面积的计算或形心位置的确定比较复杂时,可将复杂图形分解为计算简单的图形,叠加计算。 (1)两个图形都是梯形 a b c d ω1 ω2

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