第十二章力法

2022-11-19 22:42:03 字數 2772 閱讀 3744

12.1 超靜定結構的概念與超靜定次數的確定

一、超靜定結構的概念

1.超靜定問題的概念

結構無多餘約束或結構未知力個數等於獨立平衡方程數目,則僅由平衡方程即可解出全部未知力,這類問題稱為靜定問題,相應的結構稱為靜定結構.

結構存在多餘約束或結構未知力個數多於獨立的平衡方程數目,則僅由平衡方程無法確定全部未知力,這類問題稱為超靜定問題或靜不定問題,相應的結構稱為超靜定結構或靜不定結構.

由此可見:內力超靜定,約束有多餘,是超靜定結構區別於靜定結構的基本特點。

2.超靜定結構的幾何特性和靜力特性

靜力特性: 僅由靜力平衡方程不能求出所有內力和反力.

幾何特性: 有多餘約束的幾何不變體系。

3.超靜定結構的性質

a.內力與材料的物理性質、截面的幾何形狀和尺寸有關。

b.溫度變化、支座移動一般會產生內力。

與靜定結構相比, 超靜定結構的優點為:

a.內力分布均勻

b.抵抗破壞的能力強

4.超靜定結構的型別

a、超靜定梁

b、超靜定桁架

c、超靜定拱

d、超靜定剛架

e、超靜定組合結構

二、超靜定次數的確定

1、思路

①.從結構的幾何組成特性:

②.從結構的靜力平衡特性:

2、確定超靜定次數的方法

(1)超靜定次數=計算自由度數目(小於零)

(2)超靜定次數=全部未知力數目─獨立平衡方程數目

全部未知力數目 = 5 獨立平衡方程數目 = 3(平面一般力系)

結論:──結構的超靜定次數為 5-3=2 次。

拆去約束要代之以相應的約束反力,反力性質要與約束相對應。

結論:──結構的超靜定次數為6次。

1、 不能將結構拆成可變或瞬變體系

2、 拆除乙個支座約束用乙個多餘未知力代替。撤除乙個內部約束用一對作用力和反作用力代替。

3、 去掉乙個可動鉸支座或切斷一根鏈杆 = 去掉乙個約束

4、 去掉乙個固定鉸支座或去掉乙個鉸=去掉二個約束

5、 去掉乙個固定端或切斷乙個梁式杆=去掉三個約束

6、在梁式杆上加單鉸或將固定端改成定向支座=去掉乙個約束

7、封閉框有三個多餘約束

8、同一結構可用不同的方式撤除多餘約束,但其超靜定次數相同。

12.2 力法的典型方程

一、 求解超靜定結構的方法

a、兩種基本方法:

①、力法——以多餘未知力為基本未知量

②、位移法——以結點位移為基本未知量

b、其他方法:

①、力矩分配法——以位移法為理論基礎的漸近解法

②、矩陣位移法——適於計算機的矩陣表示的位移法

③、混合法——力法與位移法的聯合應用

力法等方法的基本思想:

①、找出未知問題不能求解的原因,

②、將其化成會求解的問題,

③、找出改造後的問題與原問題的差別,

④、消除差別後,改造後的問題的解即為原問題的解

二、 力法的基本概念與基本原理

1、力法基本未知量

12.3 用力法計算超靜定結構

力法的計算步驟:

1)確定超靜定次數,選取力法基本體系;

2)按照位移協調條件,列出力法典型方程;

3)畫基本結構的單位彎矩圖、荷載彎矩圖,按公式求係數和自由項:

4)解方程,求多餘未知力;

5)按疊加求最後彎矩圖

力法計算超靜定排架結構

排架主要分析柱子柱子固定於基礎頂面

不考慮橫樑的軸向變形不考慮空間作用

力法計算超靜定組合結構

12.4 結構對稱性的利用

一、概述

四、對稱性的利用

對稱結構在對稱(或反對稱)荷載作用時的計算要點:

①、選取等代結構;

②、對等代結構進行計算,繪製彎矩圖;

③、利用對稱或反對稱性作原結構的彎矩圖;

對稱結構非對稱荷載作用時的處理方法:

①、在對稱軸上解除多餘約束,取對稱和反對稱未知力直接計算。

②、將荷載分為對稱和反對稱兩組,選等代結構計算,再加。集中結點力作用時常這樣處理。

③、在對稱位置解除約束,將多餘未知力分為對稱和反對稱未知力兩組。

無彎矩狀態的判定:

在不考慮軸向變形前提下,超靜定結構在結點集中力作用下有時無彎矩、無剪力,只有軸力。

常見的無彎矩狀態有以下三種:

1) 一對等值反向的集中力沿一直杆軸線作用,只有該杆有軸力。

利用對稱性取半結構

雙對稱軸取1/4結構

12.5 支座移動和溫度改變時的力法計算

一、支座移動時的計算

特點:靜定結構:在支座移動作用下,只有剛體位移,無彈性變形;不產生反力、內力。

超靜定結構:在支座移動作用下,有彈性變形和位移;有反力和內力(稱自內力)。因為,超靜定結構有多餘約束。

二、溫度改變時的計算

特點:靜定結構:溫度改變時,有變形和位移,但不產生反力和內力。

超靜定結構:溫度改變時,有變形和位移,同時產生反力和內力(稱為自內力)。 其中:均勻溫度改變產生軸向變形; 不均勻溫度改變產生軸向變形和彎曲變形; 無剪下變形。

例求由於支座移動引起的超靜定結構內力,並繪彎矩圖。

一、支座移動時的計算

當取不同的力法基本結構時,力法基本方程的右邊可能不同、另外自由項也可能不同;但結構的最終內力相同且完全由多餘未知力產生,故又稱「自內力」。

支座移動情況下,超靜定結構的內力分布與剛度的絕對值ei成正比。

支座移動情形下力法基本方程的右邊可以不為零,而為乙個已知的支座移動;此外,自由項的計算也不同。

第十二章危險度評價法

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第十二章參考

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