10.5 用机动法作静定梁的影响线
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机动法作静定结构内力影响线依据机动法是结构力学中的一种常用方法,它通过对静定结构进行虚位移,得到结构内力的影响线。
影响线可以用来计算结构内力,分析结构的稳定性和安全性。
本文将以机动法作静定结构内力影响线为标题,详细介绍该方法的原理和应用。
一、机动法的原理机动法是一种基于虚位移原理的力学分析方法。
它假设结构处于静定平衡状态,通过施加虚位移,得到结构的内力分布情况。
具体的步骤如下:1. 建立坐标系:首先,需要建立合适的坐标系来描述结构的几何形状和受力情况。
2. 施加虚位移:在结构的每个节点处施加虚位移,可以是平移、转动或两者的组合。
虚位移是一个无限小的位移,它满足结构的约束条件。
3. 建立平衡方程:根据结构处于静定平衡状态,可以建立各个节点的平衡方程,包括力平衡和力矩平衡方程。
4. 求解内力影响线:通过解平衡方程,得到结构内力与虚位移之间的关系,即内力影响线。
内力影响线描述了不同位置处的虚位移对内力的影响程度。
5. 计算内力:利用内力影响线,可以计算出结构在不同位置处的内力大小和方向。
二、机动法的应用机动法作为一种常用的静力学方法,广泛应用于结构力学的研究和工程实践中。
具体应用包括以下几个方面:1. 内力分析:机动法可以用来计算结构在各个位置处的内力大小和方向。
通过分析内力的分布情况,可以评估结构的稳定性和安全性。
例如,在桥梁设计中,通过计算桥梁各个位置处的内力,可以确定桥梁的强度和刚度要求。
2. 结构优化:机动法可以用来评估不同结构方案的性能,从而进行结构优化设计。
通过分析不同虚位移对内力的影响,可以找到最优的结构形状和尺寸。
例如,在建筑设计中,可以通过机动法来评估不同楼板厚度对结构内力的影响,从而确定最经济的楼板厚度。
3. 结构安全评估:机动法可以用来评估结构的安全性。
通过分析内力的分布情况,可以确定结构是否存在超过设计强度的部分。
例如,在地震工程中,可以通过机动法来评估结构在地震荷载下的内力分布情况,从而确定结构的安全性。
作静定结构影响线的三种简单⽅法作静定结构影响线的三种简单⽅法作影响线的基本⽅法有静⼒法和机动法,但是对于复杂的静定结构,仅仅运⽤静⼒法或机动法求解其内⼒影响线是不够的,往往不能迅速得到正确结果.我们参考资料归纳了三种简便⽅法,并借助例题进⾏阐述.这些⽅法均建⽴在静⼒法、机动法的基础之上,仍然遵循刚体的虚功原理,其处理问题的基本思路可归纳为:⾸先进⾏必要的静⼒计算或分析,考虑是否可以简化处理;再考虑辅以结构等效变形,进⾏结构简化;最后针对简化的机构运⽤机动法进⾏求作,便可迅速⽽⼜准确地确定复杂结构的内⼒影响线.这些⽅法的优点是既可以避开复杂静⼒计算、分段讨论,⼜可以解决机动法不能直接确定复杂静定结构内⼒影响线的难题。
1、结构等效法有些静定结构形式⽐较复杂,可以利⽤刚⽚法则进⾏等效,并且在静定结构中,若等效替代静定结构内部某⼀⼏何不变部分,则只能改变本部分的受⼒⽽不会改变其余部分的反⼒或内⼒.我们可以利⽤静定结构的这⼀特性并结合刚⽚组成法则,等效变形较复杂的静定结构,这样可以简化体系、利于快速求作结构内⼒影响线,这就是所谓的“结构等效法”.有时,复杂静定结构内⼒影响线⽆法直接利⽤机动法进⾏求解,灵活利⽤结构等效法可以解决这⼀难题,⽐如:不能直接利⽤机动法求作静定平⾏弦桁架内⼒影响线,可通过刚⽚法则简化并与相应机动简⽀梁⽐较,从⽽将机动法推⼴到静定平⾯桁架内⼒影响线的求作中;或抓住平⾏弦桁架荷载传递等效于结点荷载这⼀特点,分别考虑上弦承载及下弦承载的情形,并依据上、下弦杆结点位置确定对应结点荷载分布情况,然后借助结点荷载作⽤下的主梁某内⼒影响线求作桁架内⼒影响线.如图所⽰,求作图⽰结构HA的影响线.解:由刚⽚构造规则不难分析,△ADC及△BEC均可视为由铰接的三⾓形依次增加⼆元体形成的⼏何不变体系,故可以取L型刚⽚ADC及BEC进⾏等效替换,从⽽下部分的桁架可以运⽤三铰刚架进⾏等效替换,如下图所⽰.然后利⽤三铰刚架的关系式求作HA的影响线即可.2、斜率分析法由机动法作静定结构内⼒影响线的虚功原理可知:拟求静定结构内⼒Z的影响线,可以撤去与Z相应的约束并使体系沿着Z的正⽅向发⽣虚位移£z=1,此时结构对应的荷载位移图为所求静定结构内⼒Z的影响线.也就是说,在竖向单位移动荷载P=1作⽤下,静定结构内⼒影响线取结构的竖向位移图;在⽔平单位移动荷载P=1作⽤下,静定结构内⼒影响线取结构的⽔平位移图;在单位移动⼒偶M=1作⽤下,静定结构内⼒影响线取结构的转⾓位移图,⽽当转⾓位移很⼩时,有等价关系,所以此时结构内⼒影响线可取竖向位移图的斜率.影响线竖距的正负号可规定如下:当结构转⾓位移⼝与单位移动⼒偶M=1⽅向⼀致时,取负号;反之,取正号.这就是所谓的“斜率法”,此种⽅法仅适⽤于求解静定结构在单位移动⼒偶M=1作⽤下的内⼒影响线.如图所⽰,试求作图⽰结构在单位移动⼒偶m=1作⽤下的Mc、Qc的影响线.解:分别撤去所⽰静定结构与Mc、Qc相应约束,并令结构分别沿其正⽅向发⽣的虚位移为“l”,然后分别作出结构的竖向位移图,如图所⽰,最后分别取结构竖向位移图的斜率即为所求图⽰结构Mc、Qc 的影响线,分别如图所⽰.3、联合分析法静定结构的内⼒影响线由分段的直线段组成,故可先运⽤机动法分析静定结构影响线的轮廓特征即影响线有⼏段及其相互位置关系(铰接或平⾏),再利⽤静⼒法确定各直线段特征点竖标便可确定所求静定结构的内⼒影响线,这就是所谓的“联合分析法”。
第十章 影响线及其应用10.1 影响线的概念一、移动荷载对结构的作用1、移动荷载对结构的动力作用:启动、刹车、机械振动等.2、由于荷载位置变化,而引起的结构各处的反力、内力、位移等各量值的变化及产生最大量值时的荷载位置。
二、解决移动荷载作用的途径1、利用以前的方法解决移动荷载对结构的作用时,难度较大。
例如吊车在吊车梁上移动时,R B 、M C2、影响线是研究移动荷载作用问题的工具。
根据叠加原理,首先研究一系列荷载中的一个,而且该荷载取为方向不变的单位荷载。
10.2 用静力法绘制静定结构的影响线一、静力法把荷载P=1放在结构的任意位置,以x 表示该荷载至所选坐标原点的距离,由静力平衡方程求出所研究的量值与x 之间的关系(影响线方程)。
根据该关系作出影响线。
二、简支梁的影响线1、支座反力的影响线∑M B =0:∑M A =0:2、弯矩影响线1M C影响线弯矩图(1)当P=1作用在AC段时,研究CB:∑M C=0:(2)当P=1作用在CB段时,研究CB:∑M C=0:3、剪力影响线(1)当P=1作用在AC段时,研究CB:(2)当P=1作用在CB段时,研究CB:三、影响线与量布图的关系1、影响线:表示当单位荷载沿结构移动时,结构某指定截面某一量值的变化情况(分析左图)。
2、量布图(内力图或位移图):表示当荷载位置固定时,某量值在结构所有截面的分布情况(分析右图)。
四、伸臂梁的影响线例10−1 试作图10−4(a)所示外伸梁的反力R A、R B的影响线,C、D截面弯矩和剪力的影响线以及支座B截面的剪力影响线。
10.3 用机动法作影响线一、基本原理机动法是以虚位移原理为依据把作影响线的问题转化为作位移图的几何问题。
二、优点 不需要计算就能绘出影响线的轮廓。
以X 代替A 支座作用,结构仍能维 持平衡。
使其发生虚位移,依虚位移原理: X ·δX +P · δP =0 X=-P δP /δX =- δP /δX 令 δX =1, 则 X=-δP 结论:为作某量值的影响线,只需将与该量值相应的联系去掉,并以未知量X 代替;Q C 影响线)而后令所得的机构沿X的正方向发生单位位移,则由此所得的虚位移图即为所求量值的影响线。
最新国家开放大学电大《土木工程力学(本科)》形考任务5试题及答案二、具体要求:在论坛结合主题发帖,字数不少于50字。
参考答案:通过本学期对土木工程概论的学习,了解到土木工程专业是具有很强的实践性的学科,知道了土木工程是建造各类工程设施的总称,并且与人类的生活,生产活动息息相关。
当今世界,经济和现代科学技术迅速发展,雄伟的建筑已成为各国经济腾飞的象征,这对一个国家的经济起到了决定性的作用,从而为土木工程的进一步发展提供了强大的物质基础和技术手段。
尤其在这几年,随着我国国民生活水平的提高,必然需要越来越舒适越来越宽敞的生活空间,这在一定程度上极大地促进了土木工程的发展,这使我们认识到了作为一名建筑师的重要性。
作为土木工程这个学科的重要性。
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从事这个行业,可能没有挑灯夜战的勇气,没有不达目的不罢休的精神,只会被同行所淘汰。
这是一个需要责任感和爱心的行业。
要有一颗负责的心——我一人之命在我手,千万人之命在我手。
既然选择了土木,就应该踏踏实实的肩负起这个责任。
形成性考核作业5一、单项选择题(每小题3分,共30分)题目1机动法作静定梁影响线的理论依据是()选择一项:A.位移互等定理B.虚力原理C.虚位移原理D.叠加原理题目2影响线的横坐标是()选择一项:A.截面的位置B.单位移动荷载的位置C.固定荷载的位置D.移动荷载的位置题目3图示梁的某量值的影响线,其中竖坐标表示P=1作用在()选择一项:题目4图示静定梁在移动荷载作用下,的最大值(绝对值)是()选择一项:题目5图示体系的自振频率为()选择一项:题目6在图示结构中,若要使其自振频率增大,可以()选择一项:A.增大lB.增大mC.增大PD.增大EI题目7在低阻尼体系中不能忽略阻尼对什么的影响?()选择一项:A.振幅B.主振型C.频率D.周期题目8忽略直杆轴向变形的影响,图示体系有振动自由度为()。
第五节 机动法作影响线作静定结构支座反力或内力影响线时,除采用静力法外,还可以采用机动法。
机动法作影响线的理论依据是刚体体系的虚位移原理,即:刚体体系在力系作用下处于平衡的必要条件是在任何微小的虚位移中,力系所做的虚功总和等于零。
一、机动法作影响线的原理及步骤下面以作图10-15(a)所示简支梁的支座反力B F 影响线为例,说明机动法作影响线的原理和步骤。
为了求支座反力B F 的影响线,先将与其相应的约束去掉,即去掉B 处的支座链杆,代以正方向的未知支反力B F (假设向上为正)。
此时,原结构变成具有一个自由度的几何可变体系。
然后让此体系产生微小的刚体虚位移,即让梁绕A 点作微小转动,记B F 作用点沿力作用方向上的位移为z δ,单位力1F =作用点沿力作用方向上的位移为F δ,如图10-15(b)所示。
图10-15 机动法作影响线的基本原理(a)简支梁 (b)与B F 相应的虚位移图 (c) 与B F 相应的单位虚位移图 (d)B F 影响线 图10-15(a)所示体系处于力平衡状态,图10-15(b)所示体系处于满足边界条件和协调条件的虚位移状态。
根据刚体体系的虚功原理,图 10-15(a)体系中的外力(包括支座反力)在图10-15(b)所示刚体位移上所做虚功之和等于零,即可列出下列虚功方程:0..=+F z B F F δδ由于1F =,即得: zF B F δδ-= (10-16a ) 由于1F =是移动的,所以F δ是随着变化的,它是荷载位置x 的函数。
而z δ为B F 作用点沿其正方向的位移,在给定虚位移状态下是一个常数,与荷载位置x 无关。
因此式(10-16a )可写成:)().1()(x x F F z B δδ-= (10-16b )式中,()B F x 表示量值B F 的影响线;)(x F δ表示单位荷载1F =作用点的竖向位移图。
由此可见,B F 影响线与竖向位移图F δ成正比,即将竖向位移图F δ的竖标除以常数z δ并反号后,就得到量值B F 的影响线。
机动法作静定结构内力影响线依据机动法是研究结构内力影响的一种方法,通过对结构进行静定分析,得到结构的内力分布情况,从而进一步分析结构的变形、刚度和稳定性等性能。
机动法作为一种经典的结构力学分析方法,在工程实践中具有广泛的应用。
机动法的基本思想是假设结构的每个节点都可以自由运动,即每个节点的位移可以独立地变化。
通过对结构进行静定分析,可以得到结构的刚度矩阵和外载荷向量。
然后,通过对结构进行位移控制,使得结构达到平衡状态。
在位移控制的过程中,结构的内力会发生变化,通过求解结构的内力影响线,可以得到结构不同节点处内力的变化情况。
机动法的基本步骤如下:1. 建立结构的静定模型:根据结构的几何形状和材料性质,建立结构的有限元模型。
这个模型是一个静定模型,即结构的节点数等于自由度数,节点之间的位移互相独立。
2. 求解结构的刚度矩阵和外载荷向量:根据结构的几何形状和材料性质,通过有限元方法求解结构的刚度矩阵,同时根据结构的外载荷情况,得到外载荷向量。
3. 位移控制:通过对结构的位移进行控制,使结构达到平衡状态。
在位移控制的过程中,结构的内力会发生变化。
4. 求解内力影响线:通过求解结构的内力影响线,可以得到结构不同节点处内力的变化情况。
内力影响线是指在结构的位移控制过程中,结构不同节点处内力的变化情况。
5. 分析内力影响:通过分析内力影响线,可以得到结构的内力分布情况。
通过比较不同节点处的内力大小,可以判断结构的承载能力和稳定性。
机动法的优点是可以直观地反映结构的内力分布情况,对于分析结构的变形、刚度和稳定性等性能有很大帮助。
同时,机动法的计算过程相对简单,适用于一般结构的力学分析。
然而,机动法也有一些局限性。
首先,机动法只适用于静定结构的力学分析,对于超静定结构和非静定结构无法直接应用。
其次,机动法只能得到结构的内力分布情况,对于结构的变形和位移等情况无法直接得到。
因此,在实际工程中,通常需要结合其他方法进行综合分析。
《结构力学》单项选择题1.弯矩图肯定发生突变的截面是〔〕。
A.有集中力作用的截面;B.剪力为零的截面;C.荷载为零的截面;D.有集中力偶作用的截面。
2.图示梁中C截面的弯矩是〔〕。
4m2m4mA.12kN.m(下拉);B.3kN.m(上拉);C.8kN.m(下拉);D.11kN.m(下拉)。
3.静定结构有变温时,〔〕。
A.无变形,无位移,无内力;B.有变形,有位移,有内力;C.有变形,有位移,无内力;D.无变形,有位移,无内力。
4.图示桁架a杆的内力是〔〕。
A.2P;B.-2P;C.3P;D.-3P。
5.图示桁架,各杆EA为常数,除支座链杆外,零杆数为〔〕。
A.四根;B.二根;C.一根;D.零根。
l= a66.图示梁A点的竖向位移为〔向下为正〕〔〕。
A.)24/(3EIPl; B.)16/(3EIPl; C.)96/(53EIPl; D.)48/(53EIPl。
P EI EI A l/l/2227. 静定结构的内力计算与〔 〕。
无关;相对值有关;绝对值有关;无关,I 有关。
8. 图示桁架,零杆的数目为:〔 〕。
;;;。
9. 图示结构的零杆数目为〔 〕。
; ; ; 。
10. 图示两结构及其受力状态,它们的内力符合〔 〕。
A.弯矩相同,剪力不同;B.弯矩相同,轴力不同;C.弯矩不同,剪力相同;D.弯矩不同,轴力不同。
P P 2EI EIEI EI2EI EIl l h l l11. 刚结点在结构发生变形时的主要特征是〔 〕。
A.各杆可以绕结点结心自由转动;B.不变形;C.各杆之间的夹角可任意改变;D.各杆之间的夹角保持不变。
12. 假设荷载作用在静定多跨梁的基本部分上,附属部分上无荷载作用,则〔〕。
A.基本部分和附属部分均有内力;B.基本部分有内力,附属部分没有内力;C.基本部分无内力,附属部分有内力;D.不经过计算,无法判断。
13. 图示桁架C 杆的内力是〔 〕。
A .P ;B.-P /2;C.P /2;。