《反弯点法》例题详解复习课程
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反弯点法计算步骤反弯点法计算步骤一、概述反弯点法是在结构力学中应用广泛的一种计算方法,特别适用于弹性梁的挠度计算。
其原理是通过不同截面的变形条件和内力平衡条件导出梁的弯曲方程,然后利用反弯点的概念求解该方程。
本文将详细介绍反弯点法的计算步骤,以供学习和应用。
二、弯曲方程的推导考虑梁在x方向上的弯曲,假设其截面形状为y=f(x),则从其左侧到右侧,任一长度为dx的梁段的弯曲弧长为ds=√(1+(dy/dx)²)dx,其曲率半径为R=ds/θ,其中θ为梁的倾角。
根据力学平衡条件,我们可以得到M(x)=EI(d²y/dx²),其中M(x)为梁在x处的弯矩,EI为梁的弯曲刚度(E为弹性模量,I为截面惯性矩)。
这样,就可以得到弯曲方程为d²y/dx²=M(x)/EI。
三、反弯点的定义反弯点是指梁在x处的弯矩M(x)等于零的点,即M(x)=0。
在反弯点左侧和右侧,梁的弯矩符号相反,因此反弯点可以看做是两个弯矩符号变化的分界点。
在反弯点处,梁的倾角θ必须是连续的,因为θ=dy/dx,dy/dx在反弯点左右两侧不同但符号相反,因此它在反弯点处必须是零。
四、计算步骤由于弯矩图和倾角图是梁力学计算中的基本图形,因此我们可以通过弯矩图和倾角图来计算反弯点位置和梁的挠度等参数。
计算步骤如下:1.求取弯矩图和倾角图:从左端开始,根据结构布置等条件,按照梁load分布,用结构分析或转换法求出弯矩图和倾角图。
2.确定反弯点位置:根据弯矩图的特点,判断弯矩的正负号变化,找到第一个从正变负的弯矩点,即为反弯点。
3.计算反弯点处的小段梁长及半径:根据弯曲方程可知,反弯点处梁的弯曲半径为R(x)=M(x)/EI,在反弯点处,弯矩为零,因此弯曲半径为∞。
但为了计算反弯点附近的梁的挠度,我们需要选择一个适当的小段梁长(例如10cm),计算出反弯点左侧和右侧各自的半径。
4.计算反弯点附近的梁的挠度:反弯点左侧和右侧的梁都是简支梁,因此可以采用简支梁的弯曲方程y=(wx²)/(24EI)(6L²-4Lx+x²),其中w为单位长度荷载,L 为梁的长度。
《反弯点法》例题详解在数学中,反弯点法是一种求函数曲线的凹凸性质的方法。
通过求函数的导数和二阶导数,可以确定函数的凹凸区间和反弯点。
下面我们以一个例题来详细介绍反弯点法的具体步骤和求解过程。
例题:已知函数f(x) = x^3 - 3x^2 + 2x - 1,求函数的凹凸区间和反弯点。
步骤一:求函数的一阶导数f'(x)。
f'(x) = 3x^2 - 6x + 2步骤二:求函数的二阶导数f''(x)。
f''(x) = 6x - 6步骤三:求f''(x) = 0的解,即求二阶导数的零点。
6x - 6 = 0x = 1步骤四:求f''(x)在x < 1和x > 1两个区间的符号。
当x < 1时,取一个小于1的数代入f''(x),比如x = 0,计算得f''(0) = -6,符号为负。
当x > 1时,取一个大于1的数代入f''(x),比如x = 2,计算得f''(2) = 6,符号为正。
步骤五:根据f''(x)的符号确定函数的凹凸性质。
当f''(x) > 0时,函数在该区间上凹。
当f''(x) < 0时,函数在该区间上凸。
根据步骤四的计算结果,可以得出以下结论:当x < 1时,函数在该区间上凸。
当x > 1时,函数在该区间上凹。
步骤六:求函数的反弯点。
根据步骤三的计算结果,x = 1是函数的一个反弯点。
综上所述,函数f(x) = x^3 - 3x^2 + 2x - 1在x < 1时凸,在x > 1时凹,且有一个反弯点x = 1。
通过以上例题的详细解答,我们可以了解到反弯点法的求解过程和应用方法。
通过求函数的导数和二阶导数,我们可以确定函数的凹凸区间和反弯点,从而更好地理解和分析函数的性质。
土木1204班组员:卢焕然邵明明胡伟卢鼎刘杰张辉周敏
题目:试分别用反弯点法和D 值法计算下图1-1所示框架结构的内力(弯矩、剪力、轴力)
和水平位移。
图中在各杆件旁标出了线刚度,其中2600i kN m =?。
图1-1:
(1)反弯点法: 解:顶层柱反弯点位于柱中点22h ,底层柱的反弯点位于柱高123
h 处,在反弯点处将柱切开,脱离体如图2、图3所示。
图1-2顶层脱离体:
图1-3底层脱离体:
(1)求各柱剪力分配系数k k i k k μ=
∑, 顶层:20.286223
GD IF μμ==
=⨯+ 底层:
(2)计算各柱剪力:
(3)计算杆端弯矩,以节点E 为例说明杆端弯矩的计算
杆端弯矩:
2 3.33.42kN 5.64kN m 22EH QHE h M F m =-⨯=-⨯=-⋅(反弯点位于22h 处) 1
3.610kN 12kN m 33EB QBE h M F m =-⨯=-⨯=-⋅(反弯点位于柱123
h 处) 计算梁端弯矩时,先求出节点柱端弯矩之和为:
按梁刚度分配:
图1-4是刚架弯矩图:
图1-4弯矩图(单位kN m ⋅):
(2)D 值法:
①求各柱的剪力值:
②求个柱反弯点高度yh :
第二层:
第一层:
④绘制各横梁与柱的弯矩图:。
水平荷载作用下的反弯点法1.受力特点风荷载或水平地震对框架结构的作用,一般可简化为作用于框架节点上的水平集中力,在此荷载的作用下,框架结构上的弯矩特征如图3-2-7所示,变形如图3-2-8所示。
其受力与变形具有如下特点(1)各杆的弯矩为直线分布,且每个杆均有一个零弯矩点即反弯点;(2)在固定端处,角位移为零,但上部各层节点均有转角存在,节点的转角随梁柱线刚度比的增大而减小;(3)如忽略梁的轴向变形,同层内各节点具有相同的侧向位移,同层各柱具有相同的层间位移。
2.解题思路鉴于框架结构在水平荷载作用下具有上述受力变形特点,如能求出各柱的反弯点位置及反弯点处的剪力,就可以利用静力平衡条件求出各杆件的内力。
因此解题的关键是确定各柱反弯点的位置及反弯点处的剪力。
3.基本假定由受力特点可知,框架受力后节点会产生转角和侧移,但根据分析,当梁与柱的线刚度之比大于3时,节点转角很小,对内力影响不大,故可忽略即转角 =0(图3-2-9),实际上这等于是把框架梁简化为一刚性梁。
基本假定如下:(1)在求各柱子的剪力时,假定梁与柱的线刚度比为无穷大,即各节点转角为零;(2)在确定柱的反弯点位置时,假定除底层以外的其余各柱,受力后上下两端转角相同;(图3-2-10)(3)梁端弯矩可按梁的线刚度进行分配。
4.柱的反弯点高度——反弯点高度,指反弯点至柱下端的距离。
对于底层以上的各层柱,根据假定(2),各柱的上下端转角相等,则柱的上下端弯矩也应相同,所以反弯点在柱中部。
对于底层柱,当柱脚固定时,柱下端转角为零(图3-2-11(a)),上端转角为,因此柱上端弯矩比下端弯矩小,其反弯点则偏离柱中点而向上移,可取在层高处。
各柱反弯点的高度为:底层柱其余各柱5.各柱反弯点处的剪力设框架结构共有n层,每一层有m 个柱子,框架节点上作用有水平荷载、……,如图3-2-12(a)所示。
(1)第j层所受到的总剪力将框架沿第j层各柱的反弯点处切开,代以剪力和轴力,如图3-2-12(b)所示,本层总剪力为。
选择题
在反弯点法中,关于框架柱的反弯点位置,以下说法正确的是:
A. 总是位于柱的中点
B. 与楼层高度无关
C. 与梁柱线刚度比有关(正确答案)
D. 总是位于柱的顶端
反弯点法主要用于计算哪种结构的侧移?
A. 剪力墙结构(正确答案)
B. 框架结构
C. 筒体结构
D. 悬挑结构
反弯点法中,对于多层框架,哪一层的侧移通常最大?
A. 顶层
B. 底层(正确答案)
C. 中间层
D. 所有层侧移相同
在反弯点法中,框架柱的剪切变形与哪项因素有关?
A. 柱的长度
B. 梁的线刚度
C. 柱的线刚度(正确答案)
D. 楼层数
反弯点法中,若某框架柱的反弯点位于柱高的0.4倍处,则该柱的哪部分主要承受弯矩?
A. 上部0.6倍柱高处
B. 下部0.6倍柱高处(正确答案)
C. 柱中点
D. 整个柱均匀分布
对于高层剪力墙结构,采用反弯点法计算时,哪一层的反弯点位置最高?
A. 顶层(正确答案)
B. 底层
C. 中间层
D. 所有层反弯点位置相同
在反弯点法中,框架结构的整体侧移主要由什么引起?
A. 柱的轴向变形
B. 梁的弯曲变形
C. 柱的弯曲变形(正确答案)
D. 梁的剪切变形
使用反弯点法计算框架结构的侧移时,通常假设框架柱的哪一部分刚度为无穷大?
A. 柱顶
B. 柱底
C. 反弯点以上部分(正确答案)
D. 反弯点以下部分。
例:用反弯点法计算图1所示刚架,并画出弯矩图。
括号内数字为杆件线刚度的相对值。
图1解:顶层柱反弯点位于柱中点22h ,底层柱的反弯点位于柱高123h 处,在反弯点处将柱切开,脱离体如图2、图3所示。
F QIFQHE QGD图2 顶层脱离体F QAD F QBE F QCFGIFED817图3 底层隔离体(1)求各柱剪力分配系数kk ik k μ=∑ 顶层:20.286223GD IF μμ===⨯+30.428223HE μ==⨯+底层:30.3324DA FC μμ===⨯+40.4324EB μ==⨯+(2)计算各柱剪力:0.2868kN 2.29kN QGD QIF F F ==⨯= 0.4288kN 3.42kN QHE F =⨯= 0.325kN 7.5kN QAD QCF F F ==⨯= 0.425kN 10kN QBE F =⨯=(3)计算杆端弯矩,以节点E 为例说明杆端弯矩的计算 杆端弯矩:2 3.33.42kN 5.64kN m 22EH QHE h M F m =-⨯=-⨯=-⋅(反弯点位于22h 处)1 3.610kN 12kN m 33EB QBE h M F m =-⨯=-⨯=-⋅(反弯点位于柱123h 处) 计算梁端弯矩时,先求出节点柱端弯矩之和为:17.64kN m EH EB M M M =+=-⋅按梁刚度分配:1217.647.84kN m 27ED M =⨯=⋅ 1517.649.8kN m 27EFM =⨯=⋅ 图3是刚架弯矩图。
8173.782.51 5.643.783.133.783.783.78912.785.649.87.841212.783.781824189图3 弯矩图(单位kN m ⋅)。
例:用反弯点法计算图1所示刚架,并画出弯矩图。
括号内数字为杆件线刚度的相对值。
图1解:顶层柱反弯点位于柱中点22h ,底层柱的反弯点位于柱高123h 处,在反弯点处将柱切开,脱离体如图2、图3所示。
F QIF图2 顶层脱离体F QAD F QBE F QCFGIFED817图3 底层隔离体(1)求各柱剪力分配系数kk ik k μ=∑ 顶层:20.286223GD IF μμ===⨯+30.428223HE μ==⨯+底层:30.3324DA FC μμ===⨯+40.4324EB μ==⨯+(2)计算各柱剪力:0.2868kN 2.29kN QGD QIF F F ==⨯= 0.4288kN 3.42kN QHE F =⨯= 0.325kN 7.5kN QAD QCF F F ==⨯= 0.425kN 10kN QBE F =⨯=(3)计算杆端弯矩,以节点E 为例说明杆端弯矩的计算 杆端弯矩:2 3.33.42kN 5.64kN m 22EH QHE h M F m =-⨯=-⨯=-⋅(反弯点位于22h 处)1 3.610kN 12kN m 33EB QBE h M F m =-⨯=-⨯=-⋅(反弯点位于柱123h 处) 计算梁端弯矩时,先求出节点柱端弯矩之和为:17.64kN m EH EB M M M =+=-⋅按梁刚度分配:1217.647.84kN m 27ED M =⨯=⋅ 1517.649.8kN m 27EFM =⨯=⋅ 图3是刚架弯矩图。
8173.782.51 5.643.783.133.783.783.78912.785.649.87.841212.783.781824189图3 弯矩图(单位kN m ⋅)。
《反弯点法》例题详
解
例:用反弯点法计算图1所示刚架,并画出弯矩图。
括号内数字为杆件线刚度的相对值。
图1
解:顶层柱反弯点位于柱中点
22h ,底层柱的反弯点位于柱高12
3
h 处,在反弯点处将柱切开,脱离体如图2、图3所示。
F QIF
图2 顶层脱离体
F QAD F QBE F QCF
G
I
F
E
D
8
17
图3 底层隔离体
(1)求各柱剪力分配系数k
k i
k k μ=∑ 顶层:
2
0.286223
GD IF μμ==
=⨯+
3
0.428223
HE μ=
=⨯+
底层:
3
0.3324
DA FC μμ===⨯+
4
0.4324
EB μ=
=⨯+
(2)计算各柱剪力:
0.2868kN 2.29kN QGD QIF F F ==⨯= 0.4288kN 3.42kN QHE F =⨯= 0.325kN 7.5kN QAD QCF F F ==⨯= 0.425kN 10kN QBE F =⨯=
(3)计算杆端弯矩,以节点E 为例说明杆端弯矩的计算 杆端弯矩:
2 3.33.42kN 5.64kN m 22EH QHE h M F m =-⨯
=-⨯=-⋅(反弯点位于22
h 处)
1 3.610kN 12kN m 3
3EB QBE h M F m =-⨯
=-⨯
=-⋅(反弯点位于柱12
3
h 处)
计算梁端弯矩时,先求出节点柱端弯矩之和为:
17.64kN m EH EB M M M =+=-⋅
按梁刚度分配:
12
17.647.84kN m 27ED M =⨯=⋅ 15
17.649.8kN m 27
EF
M =⨯=⋅ 图3是刚架弯矩图。
8
17
3.78
2.51 5.64
3.78
3.13
3.78
3.78
3.78
9
12.78
5.64
9.8
7.84
12
12.783.78
18
24
18
9
图3 弯矩图(单位kN m ⋅)。