第15章力法.doc.docVIP

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第15章力法.doc

第十五章 力 法 超静定次数的确定 (1)去掉支座处的一根链杆或者切断一根链杆,相当于去掉一个约束,如图15-1(a)(b)所示。 图15-1 (2)去掉一个铰支座或者去掉一个单铰,相当于去掉两个约束,如图15-2(a)(b)所示。 图15-2 (3)去掉一个固定支座或者切断一根梁式杆,相当于去掉三个约束,如图15-3(a)(b)(c)所示。 (a) (b) (c) 图15-3 (4)将一个固定支座改为铰支座或者将一刚性连接改为单铰连接,相当于去掉一个约束,如图15-4(a)(b)(c)所示。 (a) (b) (c) 图15-4 用去掉多余约束的方法可以确定任何超静定结构的次数,去掉多余约束后的静定结构,称为原超静定结构的基本结构。对于同一个超静定结构来说,可以有多种不同的去多余约束的方式,所以最后得到的基本结构也有多种形式。不论是采用哪种,所去掉的多余约束的数目必然是相同的。如图15-5(a)为三次超静定梁,(b)(c)为去掉多余约束的基本结构,一个是梁悬臂,一个是简支梁,都是原结构的基本结构,它们去掉的多余约束都是三个。 (a) (b) (c) 图15-5 这里要强调的是,基本结构必须是几何不变的静定结构,如图15-6(a)所示的刚架,如果去掉一个支座处的链杆,变成图15-6(b)所示的瞬变体系,是不允许的。 图15-6 对于有封闭框格的结构,一个封闭框格切开,相当于去掉一个刚性约束,也就是去掉三个约束,多个封闭框格以此类推。如图15-7(a)所示,需要切开一个框格,为三次超静定结构,(b)需要切开8个框格,为24次超静定结构,(c)切开6个框格,加上顶部去掉两个链杆,为20次超静定结构。 (a) (b) (c) 图15-7 第二节 力法的基本原理-8(a)所示一次超静定梁的分析,来说明力法的基本原理。 图15-8 把支座B链杆当多余约束去掉,得到图15-8(b)所示的静定悬臂梁为基本结构。为保持基本结构受力状态和原结构的一致,B支座处的支座反力用代替,称为基本未知量。同时,基本结构B支座处的几何变形要保持和原来状态一致,即竖向位移为零:。 采取这些步骤以后基本结构和原结构的受力状况是完全一致的,如果能够求出基本结构上的基本未知量,再利用静力平衡方程求出其余的支座反力,则结构的内力也就可以全部求解出,这就是力法分析的基本思路。 下面我们来考虑怎样先求解基本未知量。 利用叠加方法,基本结构中的竖向位移1可以由两部分位移叠加: (15-1) 其中表示基本结构在作用点沿方向由外荷载作用产生的位移,Δ11表示基本结构在作用点沿方向由作用产生的位移,如图15-8(c)(d)所示。 由于结构的变形在弹性变形范围内,不妨假设为基本结构在作用点沿方向由作用产生的位移,则Δ11可以表示为:,代入(15-1)式得到: (15-2) 由于基本结构为静定结构,根据前面静定结构求位移的方法可以利用图乘法求出上式中的Δ1p 和,于是基本未知量可以由上式(15-2)解出。 图15-9(a)(b)所示为基本结构在荷载及单位荷载分别作用下的弯矩图,称为、,Δ1p 和根据图乘法计算如下: 代入式(15-2): 所得结果为正,说明的实际方向与基本结构中假设的方向相同。 求得后,原超静定结构的弯矩图可利用已经绘出的图和图按叠加原理绘出,即 原结构弯矩图如图15-9(c)。 图15-9 综上所述,力法的基本原理就是以多余约束的约束反力作为基本未知量,取去掉多余约束的基本结构为研究对象,根据多余约束处的几何位移条件建立力法基本方程,求解出多余约束反力,然后求解出整个超静定结构的内力。用这一方法可以求解任何超静定结构。 第三节 力法典型方程-10(a)所示为一个三次超静定刚架,荷载作用下结构的变形如图中虚线所示。这里我们取基本结构如图15-10(b)所示,去掉固定支座C处的多余约束,用基本未知量、、代替。 图15-10 C为固定支座,其线位移和转角位移都为零,所以几何位移条件为: 根据叠加原理,上面的几何条件可以表示为: (15-3) 第一式中分别为荷载P及多余未知力、、分别作用在基本结构上沿方向产生的位移,如图15-10(c)(d)(e)(f)所示。如果用、、表示单位力、、分别作用于基本结构上产

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