力法典型方程(三次例子)
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一次超静定结构的力法典型方程在我们生活的这个世界里,结构物无处不在,房子、桥梁、甚至那看似简单的秋千,都跟结构有着千丝万缕的关系。
说到超静定结构,哎呀,这可是一个既神秘又让人抓狂的概念。
你可能会想,什么是超静定?是不是跟超人有关系?其实不是,超静定结构的意思就是,它的稳定性和受力情况并不是那么简单,通过一些力法的经典方程,我们能一探究竟。
想象一下,你的朋友跟你说他要建个大房子,你的第一反应肯定是:这得稳得住呀,风一吹可别塌了。
说到这里,超静定结构就显得尤为重要了。
好了,咱们来聊聊力法,听起来挺高大上的,但其实呢,就是用简单的力的平衡来搞定这些复杂的结构。
想象一下,你在玩积木,拼拼凑凑,突然发现有个地方歪了,这可怎么办?这时候,你得用一些巧妙的办法来调整。
力法的经典方程就像是你的调节工具,它帮助你找出哪些地方受力不均,哪里需要加固。
就像人喝酒,喝多了总得找个地方坐下,太累了可不行。
大家知道吗,超静定结构其实可以用几个基本的力法方程来描述。
我们得了解个基本的概念,结构的自由度。
自由度听起来高深,其实就是结构能在什么情况下发生变形。
就像一只小鸟,想飞就飞,想栖就栖,但超静定结构可没这么容易。
这里有个小诀窍,咱们常用的牛顿第二定律就可以派上用场,这可是万金油,万能的。
简单来说,就是力等于质量乘以加速度,哎,这可真是个简单粗暴的真理。
再说了,力法的方程其实就是在用一些简单的数学式子,来帮我们找出各个构件的受力情况。
你想啊,建筑结构就像一个大家庭,每个成员都有自己的责任和角色。
如果有人分担过多的压力,那家里可就不太平了。
想象一下,家里的洗衣机坏了,大家伙儿都在忙,结果呢,阳台的窗户也跟着受到了影响,哎,这可就麻烦了。
力法就是要确保每个成员都在适当的负荷下,不然可就得重新分配任务了。
你看,在这些方程中,有时候会出现一些神秘的符号,比如力的方向、大小,甚至是一些角度。
这就像打麻将,牌面上的每一张都要考虑清楚。
你不能只想着自己要胡,得看看别人怎么出牌。
1第六章力法2一. 力法的基本未知量和基本体系力法计算的基本思路:把超静定结构的计算问题转化为静定结构的计算问题,即利用已经熟悉的静定结构的计算方法来达到计算超静定结构的目的。
6-1 力法的基本原理3力法思路基本结构待解的未知问题qEI EIqEIX 1基本体系基本未知量01=Δ基本方程41111=+=P ΔΔΔ11111X Δδ=01111=+⋅P ΔX δ力法方程力法方程P 1Δ其中δ11和Δ1P可图乘法获得;由此确定约束力X 1,通过叠加求内力;超静定问题变成静定问题。
q1X Δ11=X 11δqEIqEIX 11=Δ5)力法是将多余未知力作为基本未知量的分析方法。
)将全部多余约束去掉得到的静定结构称力法的基本结构。
)根据原结构的变形条件而建立的位移方程称力法基本方程。
在变形条件成立条件下,基本体系的内力和位移与原结构相同。
1111=+⋅P ΔX δ6基本结构X 1例:基本体系PV ΔB 1==原结构已知的X 1方向的位移原结构70V ΔB 1==基本结构在X 1和外荷载P 分别作用下的变形:X 111ΔPP1Δ原结构已知的X 1方向的位移基本结构在X 1方向的位移1P 11Δ+Δ1P 11Δ+Δ0=11111X Δδ=11=X 11δ01111=Δ+P X δ力法基本方程的物理意义:基本结构在X 1和外荷载P 共同作用下,在B 点的竖向位移之和=原结构已知的在B 点的竖向位移(等于零)。
8一个超静定结构可选的力法基本结构往往不只一种。
X 1表示原结构支座B 截面的弯矩。
基本体系二基本体系二选取:原结构PPX 1基本结构Δ1=原结构在B 点左右两截面的相对转角等于零9基本结构:PX 11PΔ11ΔB11111X δ=Δ0ΔX δ=+1P 111基本体系在X 1 和外荷载P 共同作用下,在B 点左右两截面的相对转角之和=原结构已知的在B 点左右两截面的相对转角(等于零)1P11Δ+Δ0=10(1)(2)(1)基本结构的图和图好绘。
第二节 力法的基本原理及典型方程力法是计算超静定结构的最基本方法。
采用力法求解超静定结构问题时,不能孤立地研究超静定问题,而是应该把超静定问题与静定问题联系起来,即利用已经熟悉的静定结构计算方法来达到计算超静定结构的目的。
一、力法的基本原理这里先用一个简单的一次超静定结构为例来说明力法的基本概念,即讨论如何在静定结构的基础上,进一步寻求计算超静定结构的方法。
1、力法的基本未知量、基本结构和基本体系图7-7(a)所示为一次超静定梁结构,若将B 处支座链杆作为多余约束去掉,则能得到静定的悬臂梁结构(图7-7(b))。
将原超静定结构中去掉多余约束后所得到的静定结构,称为力法的基本结构。
所去掉的多余约束处,以相应的多余未知力1X 来表示其作用,如图7-7(b)所示,这样原结构就相当于基本结构同时受到已知外荷载q 和多余未知力1X 的共同作用。
基本结构在原荷载和多余未知力共同作用下的体系称为力法的基本体系。
在基本体系中,仍然保留原结构的多余约束反力1X ,,只是把它由被动的支座反力改为主动力。
因此基本体系的受力状态与原结构是完全相同的,基本体系完全可以代表原超静定结构。
在基本体系中,只要能够设法求出1X ,则剩下的问题就是静定结构的问题了。
由此可知,力法的主要特点就是把多余未知力的计算问题当作超静定问题的关键问题,把多余未知力当作处于关键地位的未知力,因此多余未知力称为力法的基本未知量,力法这个名称就是由此而来的。
图7-7 力法的基本结构和基本体系(a)原超静定结构 (b)基本结构 (c)基本体系2、力法方程的建立怎样才能求出图7-7(c)中基本未知量1X 呢?在基本体系中,未知力1X 相当于外荷载,因此无论1X 为多大,只要梁不破坏,都能够满足平衡条件,显然不能利用平衡条件求解1X ,必须补充新的条件。
为此,将图7-7(c)中的基本体系与图7-7(a)中的原超静定结构加以比较。
在图7-7(a)所示的原超静定结构中,1X 表示支座B 处的约束反力,它是被动的,是固定值,与1X 相应的位移1 (即B 点的竖向位移)等于零。
力法1概述1.1超静定结构我们学习了各种静定结构的计算方法,它们的支座反力和内力都可以由静力平衡条件全部唯一确定下来。
一个结构,如果它的支座反力和各截面的内力都可以用静力平衡条件唯一的确定,我们就称为静定结构,图1a所示简支梁就是一个静定结构。
一个结构,如果它的支座反力和各截面的内力不能完全由静力平衡条件唯一的确定,我们就称之为超静定结构,图1b所示的连续梁就是一个超静定结构。
(a)(b)图1从几何构造来看,静定结构是没有多余约束的几何不变体系,超静定结构是有多余约束的几何不变体系。
例如图1a所示的简支梁,如果我们去掉一个支杆B,它就变成了几何可变体系。
图1b所示的连续梁,如果我们去掉支杆C,体系仍然是几何不变的,所以,支杆C是多余约束。
而多余约束上产生的反力称为多余力。
可见,超静定结构的基本特点是:内力是超静定的,约束是有多余的。
1.2超静定次数超静定次数就是超静定结构中所具有的多余约束的数目,或者说多余未知力的数目。
在超静定结构中,由于具有多余约束力,使平衡方程的数目少于未知力的数目,所以仅靠平衡条件无法确定全部反力和内力,还必须考虑位移条件以建立补充方程。
一个超静定结构有多少个多余约束,相应的便有多少个多余未知力,也就需要建立同样数目的补充方程,才能求解。
因此,用力法计算超静定结构时,首先必须确定多余约束的数目。
确定超静定次数的方法,就是把给定的超静定结构通过去掉多余约束变为静定结构,所去掉的多余约束的数目就是超静定次数。
如去掉n个约束,就称原结构是n次超静定。
通过前面几何组成分析的学习我们知道:(1)去掉一个链杆支座或切断一根链杆的轴向联系,相当于去掉一个约束。
(2)去掉一个铰支座或去掉一个单铰,相当于去掉两个约束。
(3)去掉一个固定支座或切断一根受弯杆,相当于去掉三个约束。
(4)一个固定支座改为固定铰支座或将一个刚性联结改为单铰,相当于去掉一个约束。
图2 (a)所示连续梁,去掉右边两根链杆支座后,即变为静定结构。