连续梁按弹性理论五跨梁内力系数及弯矩分配法
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探讨横向分配系数计算方法桥梁荷载横向分配系数的计算主要有铰接板(梁)法、刚接板(梁)法、偏心压力法、修正偏压法、比拟正交异性板法(G-M法)、弹性支承连续梁法、考虑抗扭的弹性支承连续梁法等[1]。
如何正确选择适用方法是广大设计人员面对的一个重要问题。
1、荷载横向分配系数计算理论在荷载横向分配计算中,结构的横向连接刚度起着至关重要的作用。
横向连接刚度越大,荷载横向分布作用越显著,各主梁所分配的荷载也越趋均匀。
因此需要根据实际的横向结构拟定出较为合理的简化计算模型,从而确定相应的计算方法。
对于城市宽桥,需要用梁格法,通过有限元计算来得到桥梁的横向分配系数[2]。
梁格系理论是将桥梁上部结构用一个等效梁格来代替分析,等效梁格后再将其结果还原到结构中就可得到所需的计算结果。
此法易于理解,便于使用,而且比较精确。
一般说来等效梁格的网格越密,计算结果的精确度就越高。
梁格法主要应用简支梁桥挠度参数跟横向分配系数的关系来求得横向分配系数。
通过最不利荷载的布置求得各片主梁的挠度,再由在单片主梁上跨中加载所得的挠度,从而得出各片主梁的荷载横向分配系数[2]。
2、应用梁格法的实例橄榄河桥位于省道S214线上,原桥为5-15m双曲拱桥,由于该桥病害严重,相关单位对该桥进行了重建。
2014年重建桥梁为4跨预应力混凝土连续梁桥,主梁结构为4片预应力混凝土连续小箱梁。
桥跨布置为19.92m+20m+20m+19.92m。
梁格法采用Midas/civil结构分析软件进行计算,图1为计算模型。
全桥模型在横向最不利汽车荷载布置下各片梁所承受内力值与跨中各片梁内力值之和的比值即为该片梁的横向分配系数。
同时采用刚性梁法计算该桥在最不利汽车荷载作用下的横向分配系数。
主梁从左往右编号为1-4号见图2。
表1为两种方法计算出的1-4号梁的荷载横向分配系数。
3、结语采用刚接梁法及梁格法对一座4片小箱梁构成的主梁的横向分配系数进行了计算。
经过对计算结果比较,可以得到如下结论:1)因刚接梁法主要考虑箱梁翼缘及各片箱梁之间湿接缝的刚接,横隔板的刚度平均分配到梁的纵向,故其横向分配系数计算结果偏大。
试卷代号:1258国家开放大学(中央广播电视大学)秋季学期“开放本科”期末考试混凝土构造设计(A)试题1月一、单向选取题(每小题2分,共计40分,将选取成果填入括弧)1.现浇楼盖是指在现场整体浇筑楼盖,关于其优缺陷表述不对的是()A.整体刚性好B.抗震性差C.防水性能好D.构造布置灵活2.对于钢筋混凝土现浇楼盖,若4表达短边计算跨度,乙表达长边计算跨度,则()。
A.当[2“i42时,可按双向板进行设计B.当人/《〈I时,不适当按双向板进行设计C.当/2“122时,可按单向板进行设计D.当2</2“]<3,宜按单向板进行设计3.关于井式楼盖特点,下列论述错误是()。
A.需较多地设立内柱B.能跨越较大空间C.合用于中小礼堂、餐厅以及公共建筑门厅D.用钢量和造价较高4.关于无梁楼盖特点,下列论述错误是()。
A.荷载由板直接传至柱或墙B.使房间净空高、通风采光好C.施工时支模复杂D.用钢量较大5.依照单向板肋梁楼盖设计经验,另一方面梁经济跨度为()。
A.2〜4米B.4〜6米C.5〜8米D.7〜10米6.在计算钢筋混凝土现浇单向板肋梁楼盖时,板和次梁内力可以采用折算荷载来计算,这是考虑到()。
A.在板长跨方向也能传递一某些荷载B.塑性内力重分布有利影响C.次梁对板约束影响D.浮现活载最不利布置也许性较小7.按塑性内力重分布考虑,钢筋混凝土持续梁破坏标志是()。
A.某截面钢筋屈服B.整个梁成为几何可变体系C.浮现第一种塑性较D.某截面浮现裂缝8.单层厂房构造体系中,纵向平面排架构造体系是由()构成。
A.屋面梁或屋架、纵向柱列和基本等B.屋面梁或屋架、横向柱列和基本等C.纵向柱列、地基、连系梁、吊车梁和柱间支撑等D.纵向柱列、基本、连系梁、吊车梁和柱间支撑等9.作用在厂房构造上大某些荷载都是通过()传给基本、再传到地基中去。
A.屋盖B.纵向排架C.牛腿D.横向排架10.()是为了避免厂房因基本不均匀沉降而引起开裂和损坏而设立。
思考题第四章P85.864.1 何谓单向板?何谓双向板?如何判别?只答:在板面均布荷载作用下,从板中沿支座正交方向取出的矩形板单元,荷载沿两个方向传递成为单向板;而在板面均布荷载作用下,有一个方向受弯,到周边的支座,故称为双向板。
的板按双向板计算;当对四变支撑的板按单向板计算,对2?l3?lll1212时,宜按双向板计算。
3?ll12结构平面布置的原则是什么?板、次梁、主梁的常用跨度是多少?4.2P86答:单向板肋梁楼盖由板、次梁和主梁组成。
其中,次梁的间距决定了板的单向板、主梁的间距决定了次梁的跨度;柱或墙的间距决定了主梁的跨度。
跨度;次梁、主梁的常用跨度如下:m4?单向板:,荷载较大时取小值。
次梁:4~6m 。
主梁:5~8m单向板中有哪些受力钢筋何构造钢筋?各起什么作用?如何设4.3P94.95置?对于绑答:板中受力钢筋分为承受负弯矩板面负筋和承受正弯矩板底正筋,mm150??150mmh,不宜大于扎钢筋,当板厚时,间距不宜大于200mm;板厚h1.5。
在支梁支座处或连续。
钢筋间距也不宜小于,且不宜大于250mm70mm 板端支座及中间支座处,下部正钢筋伸入支座的长度不应小于5d。
板中构造钢筋及其作用和设置:分布钢筋:分布钢筋布置在受力钢筋的内侧,其作用时与受力钢筋组成钢1.承受由于温度变化和混凝土收缩所产生便于施工中固定受力钢筋的位置;筋网,可承受在计算中承受并分布板上局部荷载产生的内力;对四边支撑板,的内力;未计及但实际存在的长跨方向的弯矩。
沿墙边和墙角处设置板面附加钢筋,承受板上部拉应力,钢筋直径不小于2.7l,伸出墙边长度大于等于200mm8mm,间距不大于。
0垂直于主梁的板面附加钢筋:承受主梁边缘处板面产生的支座负弯矩,在3.主梁上部的板面配置,数量不小于8@200,且主梁单位长度内的总截面面积不13;小于板中单位宽度内受力钢筋截面积的4.板角附加短钢筋:两边嵌入砌体墙内的板内的板角部分,应在板面双面配置附加的短负钢筋。
一、弯矩调幅法(一)弯矩调幅法的概念所谓弯矩调幅法,就是对结构按弹性理论所算得的弯矩值和剪力值进行适当的调整(通常是对那些弯矩绝对值较大的截面弯矩进行调整),然后按调整后的内力进行截面设计和配筋构造的设计方法。
截面弯矩的调整幅度用弯矩调幅系数β来表示:(1-15)其中:M——按弹性理论计算的弯矩值(见图);eM——调幅后的弯矩值。
a(二)弯矩调幅的原则为满足结构承载力极限状态和正常使用极限状态的要求,从下面几个方面考虑,对弯矩调幅提出以下原则:1、不因弯矩调幅而影响结构的承载力原则:◆弯矩调幅后引起结构内力图形和正常使用状态的变化,应进行验算,或有构造措施加以保证。
2、出铰不要过早,防止裂缝宽度、挠度过大原则:◆正常使用阶段不应出现塑性铰;◆截面的弯矩调幅系数β不宜超过0.20。
3、保证塑性铰有足够的变形能力,以实现弯矩调幅原则:◆受力钢筋宜采用HRB335级、HRB400级热轧钢筋,混凝土强度等级宜在C20~C45范围;◆截面相对受压区高度ξ应满足0.10≤ξ≤0.35。
4、弯矩调幅后仍应满足静力平衡条件5、从钢筋屈服到达到极限强度尚有一定距离(通常M y=0.95M u)。
故形成三铰破坏机构时,三个塑性铰截面并不一定同时达到极限强度。
原则:◆结构中的跨中截面弯矩值应取弹性分析所得的最不利弯矩值和按式1-16计算值中的较大值(见图);(1-16)其中:M——按简支梁计算的跨中弯矩设计值;、——连续梁或连续单向板的左、右支座截面弯矩调幅后的设计值。
◆各控制截面的剪力设计值按荷载最不利布置和调幅后的支座弯矩由静力平衡条件计算确定。
6、构造要求、传统习惯◆ 调幅后,支座和跨中截面的弯矩值均不应小于M0的1/3。
二、用调幅法计算等跨连续梁、板(一)等跨连续梁1、在相等均布荷载,抑或在间距相同、大小相等的集中荷载作用下,等跨连续梁跨中和支座截面的弯矩设计值M可分别按式1-17、式1-18计算:承受均布荷载时:(1-17)承受集中荷载时:(1-18)其中:g、q——沿梁单位长度上的恒荷载设计值、活荷载设计值;G、Q——一个集中恒荷载设计值、活荷载设计值;——连续梁考虑塑性内力重分布的弯矩计算系数,按表采用;连续梁和连续单向板考虑塑性内力重分布的弯矩计算系数支承情况截面位置端支座边跨跨中离端第二支座离端第二跨跨中中间支座中间跨跨中A ⅠB ⅡC Ⅲ梁、板搁支在墙上0 1/11 两跨连续:-1/10;三跨以上连续:-1/11 1/16 -1/14 1/16板与梁整浇连接-1/161/14梁-1/24梁与柱整浇连接-1/16 1/14——集中荷载修正系数,按表采用;集中荷载修正系数荷载情况截面A ⅠB ⅡC Ⅲ当在跨中中点处作用一个集中荷载时 1.5 2.2 1.5 2.7 1.6 2.7 当在跨中三分点处作用两个集中荷载时 2.7 3.0 2.7 3.0 2.9 3.0 当在跨中四分点处作用三个集中荷载时 3.8 4.1 3.8 4.5 4.0 4.8l——计算跨度,按表采用。
第十一章1什么是单双向板?怎样加以区别?其传力路线有和特征?单向板:荷载作用下,只在一个方向或主要在一个方向弯曲的板。
双向板:荷载作用下,在两个方向弯曲,且不能忽略任一方向弯曲的板。
(1)对两对边支承的板,应按单向板计算。
(2) 对于四边支承的板l b≤时应按双向板计算;/2l b<<时宜按双向板计算;按沿短边方向受力的单向板计算2/3时,应沿长边方向布置足够数量的构造钢筋;/2l b≤时可按沿短边方向受力的单向板计算.单向板沿短边方向受力,特征个方向弯曲双向板双向受力特征两个方向弯曲2什么叫截面的弯曲刚度?什么叫截面竖向弯曲刚度?截面的弯曲刚度:使构件截面产生单位曲率需施加的弯矩值截面竖向弯曲刚度:使构件截面产生单位挠度需施加的竖向均布荷载3现浇单向板的设计步骤是什么?(1) 结构平面布置,并拟定板厚和主、次梁的截面尺寸(2) 确定梁、板得计算简图(3)梁、板的内力分析(4) 截面配筋及构造设施(5) 绘制施工图4单向板肋梁楼盖其板、次梁、主梁的跨度如何确定?工程常用的数值分别是多少?板的跨度:次梁的间距单向板:1.7-2。
5 m荷载大时取较小值,一般≤3m次梁的跨度:主梁的间距ﻩ次梁: 4-—6 m主梁的跨度:柱或墙的间距主梁: 5——8 m5单向板肋梁楼盖的布置方式都有哪几种?1)主梁横向布置,次梁纵向布置优点:主梁与柱可形成横向框架,横向抗侧移刚度大各榀横向框架间由纵向的次梁相连,房间整体性较好由于外墙处仅设次梁,故窗户高度可开大些,对采光有利(2)主梁纵向布置,次梁横向布置(3)优点:减小了主梁的截面高度,增加了室内净高适用于:横向柱距比纵向柱距大的多的情况3)只布置次梁适用于:有中间走道的砌体墙承重的混合结构房屋6什么是结构物的计算简图?包括那几方面的内容?结构物的计算简图包括计算模型,计算荷载两个方面1)简化假定和计算模型:简化假定1)支座可以自由转动,无竖向位移2)不考虑薄膜效应对板内力的影响3)忽略板、次梁连续性,按简支构件计算支座反力4)实际跨数≥5跨时等跨或跨度差≤10%且各跨受荷相同的连续梁按5跨计算 计算模型: 连续板或连续梁(2)计算单元及从属面积板计算单元:1m 宽板带次梁荷载范围 :次梁左右各半跨板主梁荷载范围 :主梁左右各半个主梁间距,次梁左右各半个次梁间距(3)弹性理论计算跨度中间跨 0c l l =边跨 板0min 1.025222n n b h b l l l =+++(,) ﻩ梁0min 1.025222n n b a b l l l =+++(,) (4)荷载取值板和次梁的折算荷载为了考虑次梁或主梁的抗扭刚度对内力的影响,采用增大恒载,减小活载的办法板 12g g q '=+ 12q q '= ﻩ次梁 14g g q '=+34q q '=7、单向板肋梁楼盖的计算假定有哪些?答:⑴、支座可以自由转动,但没有竖向位移;⑵、不考虑薄膜效应对板内力的影响;⑶、在确定板传给次梁的荷载以及次梁传给主梁的荷载时,分别忽略板、次梁的连续性,按简支构件计算支座竖向反力;⑷、跨数超过5跨的连续梁、板,当各跨荷载相同,且跨数相差不超过10%时,可按5跨的等跨连续梁、板计算.8什么是折算荷载法?为什么采用折算荷载?如何折算?答:折减荷载法:当主梁的线刚度比次梁的线刚度大得多时,主梁变形对次梁内力的影响才比较小。
简单载荷梁内力图(剪力图与弯矩图)表2 各种载荷下剪力图与弯矩图的特征表3 各种约束类型对应的边界条件注:力边界条件即剪力图、弯矩图在该约束处的特征。
常用截面几何与力学特征表表2-5标准标准标准标准标准标准标准注:1.I 称为截面对主轴(形心轴)的截面惯性矩(mm 4)。
基本计算公式如下:⎰•=AdA yI 22.W 称为截面抵抗矩(mm 3),它表示截面抵抗弯曲变形能力的大小,基本计算公式如下:maxy I W =3.i 称截面回转半径(mm ),其基本计算公式如下:AIi =4.上列各式中,A 为截面面积(mm 2),y 为截面边缘到主轴(形心轴)的距离(mm ),I 为对主轴(形心轴)的惯性矩。
5.上列各项几何及力学特征,主要用于验算构件截面的承载力和刚度。
实用文档2.单跨梁的内力及变形表(表2-6~表2-10)(1)简支梁的反力、剪力、弯矩、挠度表2-6(2)悬臂梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-7(3)一端简支另一端固定梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-8(4)两端固定梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-9(5)外伸梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-103.等截面连续梁的内力及变形表(1)等跨连续梁的弯矩、剪力及挠度系数表(表2-11~表2-14)1)二跨等跨梁的内力和挠度系数表2-11注:1.在均布荷载作用下:M =表中系数×ql 2;V =表中系数×ql ;EIw 100ql 表中系数4⨯=。
2.在集中荷载作用下:M =表中系数×Fl ;V =表中系数×F ;EIw 100Fl 表中系数3⨯=。
[例1] 已知二跨等跨梁l =5m ,均布荷载q =11.76kN/m ,每跨各有一集中荷载F =29.4kN ,求中间支座的最大弯矩和剪力。
[解] M B 支=(-0.125×11.76×52)+(-0.188×29.4×5)=(-36.75)+(-27.64)=-64.39kN ·m V B 左=(-0.625×11.76×5)+(-0.688×29.4)=(-36.75)+(-20.23)=-56.98kN[例2] 已知三跨等跨梁l =6m ,均布荷载q =11.76kN/m ,求边跨最大跨中弯矩。
简单载荷梁内力图(剪力图与弯矩图)表2 各种载荷下剪力图与弯矩图的特征表3 各种约束类型对应的边界条件注:力边界条件即剪力图、弯矩图在该约束处的特征。
常用截面几何与力学特征表表2-5注:1.I 称为截面对主轴(形心轴)的截面惯性矩(mm 4)。
基本计算公式如下:⎰•=AdA yI 22.W 称为截面抵抗矩(mm 3),它表示截面抵抗弯曲变形能力的大小,基本计算公式如下:maxy I W =3.i 称截面回转半径(mm ),其基本计算公式如下:AIi =4.上列各式中,A 为截面面积(mm 2),y 为截面边缘到主轴(形心轴)的距离(mm ),I 为对主轴(形心轴)的惯性矩。
5.上列各项几何及力学特征,主要用于验算构件截面的承载力和刚度。
.\2.单跨梁的内力及变形表(表2-6~表2-10)(1)简支梁的反力、剪力、弯矩、挠度表2-6(2)悬臂梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-7(3)一端简支另一端固定梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-8(4)两端固定梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-9(5)外伸梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-103.等截面连续梁的内力及变形表(1)等跨连续梁的弯矩、剪力及挠度系数表(表2-11~表2-14)1)二跨等跨梁的内力和挠度系数表2-11注:1.在均布荷载作用下:M =表中系数×ql 2;V =表中系数×ql ;EIw 100ql 表中系数4⨯=。
2.在集中荷载作用下:M =表中系数×Fl ;V =表中系数×F ;EIw 100Fl 表中系数3⨯=。
[例1] 已知二跨等跨梁l =5m ,均布荷载q =11.76kN/m ,每跨各有一集中荷载F =29.4kN ,求中间支座的最大弯矩和剪力。
[解] M B 支=(-0.125×11.76×52)+(-0.188×29.4×5)=(-36.75)+(-27.64)=-64.39kN ·m V B 左=(-0.625×11.76×5)+(-0.688×29.4)=(-36.75)+(-20.23)=-56.98kN[例2] 已知三跨等跨梁l =6m ,均布荷载q =11.76kN/m ,求边跨最大跨中弯矩。
附表25:等截面等跨连续梁在常用荷载作用下按弹性分析的内力系数(五跨梁)。
弯矩分配法(弯矩分配法计算连续梁和刚架及举例)一、名词解释弯矩分配法在数学上属于逐次逼近法,但在力学上属于精确法的范畴,主要适用于连续梁和刚架的计算。
在弯矩分配法中不需要解联立方程,而且是直接得出杆端弯矩。
由于计算简便,弯矩分配法在建筑结构设计计算中应用很广。
(一)线刚度i杆件横截面的抗弯刚度EI 被杆件的长度去除就是杆件的线刚度i :lEI i(a )当远端B 为固定支座时,对于A 点处,AB 杆的转动刚度;i S AB 4=(b )当远端B 为铰支座时,对于A 点处,AB 杆的转动刚度;i S AB 3=(c )当远端B 为滑动支座时,对于A 点处,AB 杆的转动刚度;i S AB =(d )当远端B 为自由端时,对于A 点处,AB 杆的转动刚度。
0=AB S 连续梁和刚架的所有中间支座在计算转动刚度时均视为固定支座。
(二)转动刚度S转动刚度表示靠近节点的杆件端部对该节点转动的反抗能力。
杆端的转动刚度以S 表示,等于杆端产生单位转角需要施加的力矩,。
施力端只能发θ/M S =生转角,不能发生线位移。
中的第一个角标A 是表示A 端,第二个角标BAB S 是表示杆的远端是B 端。
表示AB 杆在A 端的转动刚度。
AB S (三)分配系数μ⎪⎭⎪⎬⎫⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=A AD A AD AD A AC A AC AC A AB A AB AB i S M i S M i S M θθθθθθ34⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⋅=⋅=⋅==++=++=++=∑∑∑∑M S S M M S S M M S S M S M S S S M M M M S S S M AD AD AC ACAB ABAD AC AB A ADAC AB A AD A AC A AB θθθθ各杆A 端所承担的弯矩与各杆A 端的转动刚度成正比。
∑∑==⋅=1AjAjAj Aj Aj SS MM μμμ称为分配系数,如表示杆AB 在A 端的分配系数。
它表示AB 杆的Aj μAB μA 端在节点诸杆中,承担反抗外力矩的百分比,等于杆AB 的转动刚度与交于A 点各杆的转动刚度之和的比值。
总之,加于节点A 的外力矩,按各杆的分配系数分配于各杆的A 端。
(四)传递系数Cij ijjiDA A AC CA AAB BA A AD AD A AC AC AAB AB C M M M i M i M i M i M i M ==⋅-=⋅=⋅=⋅=⋅=0234θθθθθ称为传递系数。
传递系数表示当近端有转角(即近端产生弯矩)时,远端ij C 弯矩与近端弯矩的比值。
因此一般可由近端弯矩乘以传递系数C 得出远端弯矩。
当远端为固定的边支座或为非边支座;21=C 当远端为滑动边支座 ;1-=C 当远端为铰支边支座 。
0=C 端的传递系数。
端至称为由系数B A AB ABAB AB C M C M ⋅=节点A 作用的外力矩M ,按各杆的分配系数μ分配给各杆的近端;远端弯矩等于近端弯矩乘以传递系数。
(五)杆端弯矩弯矩分配法解题过程中所指的杆端弯矩是所有作用于杆端的中间计算过程的最后总的效果。
计算杆端弯矩的目的,是因为杆端弯矩一旦求出,则每相邻节点之间的“单跨梁”将可以作为一根静定的脱离体取出来进行该杆的内力分析。
其上作用的荷载有外荷载,每一杆端截面上一般有一个剪力和一个弯矩,两端共有二个剪力和二个弯矩。
这两个弯矩就是两端的杆端弯矩,既然它们已经求出,那么余下的两个剪力可由两个静力平衡方程解出。
(六)近端弯矩和远端弯矩二、弯矩分配法的思路在求杆端弯矩时,其主要的目标是:(1)由于节点上有两根或多根杆件汇集,因此需确定每一根杆在维持节点不转动平衡过程中所作出的贡献。
这需要用到分配系数μ以及与分配系数μ有关的转动刚度S、线刚度i、截面刚度EI等值。
(2)影响节点产生转动的力矩大小及方向。
这需要涉及到单跨梁的固端弯矩,M它的含义是:将每相邻节点之间的杆件视为一根两端支座为固定支座或一端固定一端铰支的单跨梁,这样的梁在各种外荷载作用下的杆端弯矩叫做固端弯矩。
两端铰支的单跨梁无固端弯矩,即两端铰支的单跨梁的两铰支端的固端弯矩为零。
只有固定端才有固端弯矩,铰支端的固端弯矩为零(单跨梁)。
固定端不允许转动所以产生固端弯矩,而铰支端允许转动不产生固端弯矩。
三、弯矩分配法的运算步骤连续梁或刚架弯矩分配法运算过程:(1)求各杆件(梁或柱)的线刚度i、杆端(梁端或柱端)转动刚度S和分配系数μ(对于刚架,参加分配系数计算的不仅有梁,还有柱)。
(2)根据各个“单跨”梁或柱的荷载情况和支座特征查表求出各“单跨”杆件在杆端的固端弯矩。
这里需注意的是固端弯矩是带符号的,可以用“左负右正”M四个字来帮助记忆。
即对每一“单跨”梁而言,左端的取负值或零,右端的M M 取正值或零。
当“单跨”的边支座为铰支座时,它不能抵抗杆件的转动,所以边支座为铰支座时的=0;但对于所有非边支座,则一律视为固定端支座。
M(3)将与同一支座相连接的各杆的固端弯矩取代数和后反号按分配系数分M配到与支座相连的各杆杆端。
这一步的注意点是将固端弯矩代数和反号再分配。
(4)将分配得到的弯矩视该节点各杆远端支座特征决定是否向远端传递。
这种分配、传递将可能进行多次。
这种次数只要进行的足够,从理论上讲将可以达到任意要求的精确度。
但是工程实践上则只要进行2~3个循环即可满足正式结构设计的要求。
(5)将上面四步运算之后的与同一节点相连的每根杆件杆端的固端弯矩、分配弯矩、传递弯矩分别求代数和,即为各杆的杆端弯矩。
这一步的注意点是与同一支座相连的各杆的杆端弯矩代数和必定为零,否则说明计算上有错,或尚需进一步分配、传递。
静定结构的内力只按静力平衡条件即可确定,其值与结构的材料性质和截面尺寸无关。
超静定结构的全部反力和内力如只按静力平衡条件则无法确定,还必须同时考虑变形协调条件(即各部分的变形必须符合原结构的联接条件和支承条件)才能得出确定的解答,故超静定结构的内力状态与结构的材料性质和截面尺寸有关。
在荷载作用下,超静定结构的内力只与各杆刚度的相对比值有关,而与其绝对值无关;在温度改变、支座移动等因素影响下,超静定结构的内力则与各杆刚度的绝对值有关,并且一般是与各杆刚度的绝对值成正比的。
对非结构专业来说,特别是对建筑学专业,不可能花大量的精力去从事对超静定结构的矩阵分析,因此弯矩分配法这样简明适用的方法就更有它的实际意义。
一方面,弯矩分配法可以满足对一般正式结构设计的要求;另一方面,可以使建筑师加强对结构的概念设计。
所以其优越性是显而易见的。
例8-1 图示一连续梁,用弯矩分配法作弯矩图。
解:(1)求分配系数a.杆AB 和杆BC 的线刚度相等。
l EI ib.转动刚度:iS iS BC BA 34==c.分配系数:429.0343571.0344=+==+=ii i i i i BC BA μμd.校核:+=1,分配系数写在节点B 上面的方框内。
BA μBC μ(2)求固端弯矩,把梁看成两根独立的单跨梁。
查表:AB 跨属表8-1编M 号5,而BC 跨属表8-1编号2。
98628156332015633202222222222=⋅-=⨯-=-=⋅=⨯⨯-==⋅-=⨯⨯-=-=CB BCBAABM m kN ql M m kN l b Pa M m kN l Pab M 将结果写在相应杆端的下方。
在节点B ,BA 梁与BC 梁在B 端的固端弯矩代数和为mkN M M M BC BA B ⋅=-=+=6915(3)分配并传递,将节点B 的固端弯矩代数和反号得被分配的弯矩为-6kN·m ,此弯矩按分配系数分配于两杆的B 端;并由于A 端为固端边支座,所以由BA 杆的B 端向A 端传递去B 端弯矩的一半;C 端由于是铰支边支座,故传递系数为零,即不向C 端传递。
a. 分配弯矩:mkN M mkN M BC BA ⋅-=-⨯=⋅-=-⨯=57.2)6(429.043.3)6(571.0b. 传递力矩:72.1)43.3(2121=⋅-=-⨯==CB BA ABM m kN M M 用箭头表示弯矩传递的方向。
(4)将以上结果竖向叠加,即得到最后的杆端弯矩。
可列表进行,最下面一行表示最后结果。
注意B 节点应满足平衡条件:∑=-=057.1157.11M 注意A 端是固定边支座,只有一根杆AB ,其分配系数为1,故它虽有固端弯矩,但不存在分配或向B 端传递的问题,可A 端却可以接受从B m kN M AB ⋅-=15端传递过来的弯矩。
(5)计算跨中弯矩a. 将AB 梁按简支梁画出计算简图,其上的荷载有两种,一是本来存在的集中荷载,二是在它两端按弯矩分配法算出的杆端弯矩,以集中力偶的形式作用于A 、B 两杆端处。
见图8-10(a )。
b. 将AB 梁按两端简支梁情况下,仅作用有集中荷载时求出在中点的弯矩,见图8-10(b )。
mkN M ⋅=⨯=⋅30310荷载中c. 将AB 梁按两端简支梁情况下,仅在两端分别有杆端弯矩作用下求出中点的弯矩,实际上是一个几何梯形的中位线长度纵坐标,见图8-10(c )。
m kN M ⋅-=+-=⋅15.14257.1172.16杆端中d. 跨中点弯矩的最终结果为b 、c 两步纵坐标的代数和。
梁段上的其它任一点的弯矩也可以参照以上方法求出。
中点弯矩为mkN M M ⋅==+=85.1515.14-30M 杆端简支跨中(6)在计算有多个节点的连续梁或刚架时,若将两个节点同时分配和传递,这两个节点既可相邻也可是被一个节点在当中隔开的形式。
若从不平衡力矩(即节点四周各杆的杆端弯矩的代数和)较大的节点开始,可使收敛较快。
(7)作弯矩图a. 用弯矩分配法列表计算出的都是各杆带正号或负号的杆端弯矩。
正顺负逆(顺正逆负)b. 带+号(正号一般省略不写)的杆端弯矩使杆端作顺时针旋转,此时想象杆端往远端方向稍远一些的横截面固定不动。
比如图8-9中AB 杆在B 端的杆端弯矩,想象离B 端稍往左处的杆截面(图8-9中的D-D 截面)m kN M BA ⋅+=57.11固定不动,由于正号杆端弯矩+11.57kN·m ,所以它使B 端绕这个想象中被固定的横截面作顺时针旋转。
显然这个+11.57kN·m 的杆端弯矩使AB 上这小段杆件BD 的上部纤维受拉,下部纤维受压。
我们总是把弯矩图画在杆件的受拉纤维一侧。
因此AB 杆在B 端的杆端弯矩+11.57kN·m 应画在杆的横线的上方。
c. 带负号的杆端弯矩使杆端作逆时针旋转,此时也同样想象离杆端往远端方向稍远一些的横截面固定不动。
比如图8-9中AB 杆在A 端的杆端弯矩,想象离A 端稍往右处的杆截面(图8-9中的E-E 截面)固定m kN M AB ⋅-=72.16不动,由于是负号杆端弯矩-16.72kN·m ,所以它使A 端绕这个想象中被固定的横截面作逆时针旋转。