第十章+影响线及其应用。
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影响线的概念前面各章在计算结构的各种量值(包括支座反力、截面内力和位移等)时,作用在结构上的荷载大小、方向及作用位置都是固定不变的,这类荷载称为固定荷载。
结构在固定荷载作用下,其支座反力和内力都是固定不变的。
但在工程实际中,有些结构除了要承受固定荷载作用外,还要承受移动荷载的作用。
例如,桥梁承受在其上行驶的汽车、火车和活动的人群的荷载,厂房的吊车梁承受在其上运行的吊车的荷载等,这些荷载的作用位置在不断变化,均为移动荷载。
显然,结构在移动荷载作用下,其支座反力和内力都将随荷载位置的变动而变化。
因此,在结构设计时,必须要求出在移动荷载作用下反力和内力的最大值,为此,就要研究荷载移动时反力和内力的变化规律。
然而,在移动荷载作用下,不同量值的变化规律是不相同的。
例如图17.1所示的简支梁,当汽车在梁上从左向右行驶时,支座A 的反力逐渐减小,而支座B的反力却在逐渐增大;同样,在汽车的行驶过程中,同一截面上的弯矩与剪力的变化规律也是不相同的。
因此,研究移动荷载对量值的影响时,一次只能讨论一个反力或某截面上的某个内力的变化规律。
工程实际中的移动荷载通常是由许多间距不变的竖向荷载所组成(如火车、汽车的荷载是通过轮距不变的车轮传递到梁上的),而且类型很多,不可能逐一加以研究。
为简便起见,我们可先来研究一种最简单情况,即一个竖向单位集中荷载F=1在结构上移动时,对结构的某一指定量值(例如某一反力或某一截面上的某一内力等)所产生的影响,再根据叠加原理就可进一步研究结构在各种移动荷载作用下对该量值的影响。
如图17.2所示的简支梁,当竖向单位集中荷载F=1分别移动至A,1,2,3,B各分别为。
等分点时,由静力平衡条件可求得支座A处的反力FAy图17.1图17.2现以横坐标表示单位荷载F=1的作用位置,以纵坐标表示FAy的大小,并将各对应点处FAy的大小在水平基线上用竖标绘出,再用曲线将各竖标的顶点连起来,这样就得到了如图17.2(b)所示的图形,该图形反映了竖向单位集中荷载F=1沿梁移动时支座反力FAy 的变化规律,将这一图形称为支座反力FAy的影响线。
第十章 影响线及其应用本章讨论结构在移动荷载作用下的内力(反力)计算问题,影响线是解决此问题的工具。
先基于影响线的基本概念,讨论了影响的两种绘制方法:静力法和机动法;再讨论影响线的具体应用,即解决移动荷载在结构上最不利位置的判断以及最大(小)内力值的计算。
第一节 影响线的概念前面各章所讨论的荷载,其作用点的位置是固定不变的,这些荷载称为固定荷载。
但对于实际工程结构来说,除了承受固定荷载外,有时还承受位置改变的移动荷载作用,如行驶的吊车施加给吊车梁的荷载、行驶的车辆施加给桥梁的荷载等,如图10-1所示。
图10-1 移动荷载(a)吊车荷载 (b)车辆荷载在移动荷载作用下,结构的支座反力、内力随荷载位置的改变而变化。
如图10-2所示简支梁,在移动荷载F 作用下,假设F 移动到距左端支座距离x 处,由平衡条件可知,支座反力A F 和B F 、截面C 的弯矩C M 及剪力SC F 与荷载位置x 的函数关系如下:)0(l x F lx l F A ≤≤-=, )0(l x F l x F B ≤≤= ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤=)()0(l x a Fa l x l a x Fb l x M c , ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤-=)()0(l x a F lx l a x F l x F Sc 由此可知,在移动荷载作用下,不同量值(包括支座反力、截面内力、位移等)随移动荷载位置改变而变化的规律是各不相同的;即使对于同一截面,其不同内力(如C M 、SC F )的变化规律也可能不相同。
在实际工程结构设计中,通常都需要求出这些量值的最大(小)值作为结构设计的依据。
要想求出在实际移动荷载作用下某量值的最大(小)值及其所对应的荷载位置(称为最不利荷载位置),必须研究在移动荷载作用下结构支座反力和截面内力的变化规律。
所以本章重点讨论结构在移动荷载作用下支座反力和内力的变化规律,并在此基础上研究实际移动荷载的最不利布置等问题。
图10-2 承受移动集中荷载的简支梁在实际工程中,移动荷载的种类非常多,直接研究各种移动荷载作用下结构某量值的变化规律是一件十分繁琐的事情,也是没必要的。