第14章用力法计算超静定结构
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用力法求解超静定结构概述超静定结构是指结构中的支座和约束条件多于结构自由度的情况。
用力法是一种经典的结构分析方法,常用于求解超静定结构。
本文将介绍用力法求解超静定结构的基本原理和步骤,并通过实例加以说明。
一、基本原理用力法的基本原理是根据平衡条件和变形约束,通过假设未知力的大小和方向,建立力的平衡方程和变形方程,解出未知力和结构的变形。
用力法适用于各种类型的结构,包括梁、柱、桁架等。
二、步骤用力法求解超静定结构的步骤如下:1. 选择合适的剖面根据结构的几何形状和约束条件,选择合适的剖面,将结构分割为若干个部分。
2. 假设未知力的方向和大小根据结构的特点和约束条件,假设未知力的方向和大小。
通常,未知力的方向可以根据结构的几何形状和外力的作用方向来确定,而未知力的大小则需要通过力的平衡方程来求解。
3. 建立力的平衡方程根据假设的未知力和结构的几何形状,建立力的平衡方程。
平衡方程包括力的平衡条件和力的矩平衡条件。
4. 建立变形方程根据结构的变形情况和约束条件,建立变形方程。
变形方程可以根据结构的刚度和约束条件来确定。
5. 解方程将力的平衡方程和变形方程联立,解方程组得到未知力和结构的变形。
6. 检验结果将求解得到的未知力和结构的变形代入原平衡方程和变形方程中,检验结果的准确性。
如果结果符合平衡和变形的要求,则求解成功;如果结果不符合要求,则需要重新假设未知力并重新求解。
三、实例分析为了更好地理解用力法求解超静定结构的步骤和原理,下面以一个简单的梁结构为例进行分析。
假设有一根悬臂梁,在梁的自重和外力作用下,需要求解支座反力和梁的变形。
1. 选择合适的剖面选择悬臂梁的剖面,将梁分割为两个部分:悬臂部分和支座部分。
2. 假设未知力的方向和大小假设支座反力的方向向上,大小为R。
3. 建立力的平衡方程根据力的平衡条件,可以得到悬臂部分的平衡方程:R - F = 0,其中F为梁的自重。
4. 建立变形方程根据梁的几何形状和约束条件,可以建立悬臂部分的变形方程,得到悬臂部分的弯矩和挠度。
一. 用力法计算超静定结构(一)复习重点1. 理解超静定结构及多余约束的概念,学会确定超静定次数2. 理解力法原理3. 掌握用力法计算超静定梁和刚架(一次及二次超静定结构)4. 掌握用力法计算超静定桁架和组合结构(一次及二次超静定结构)5. 了解温度变化、支座移动时超静定结构的计算(一次超静定结构)(二)小结1. 超静定结构、多余约束、超静定次数(1)超静定结构从几何组成角度,结构分为静定结构和超静定结构。
静定结构:几何不变,无多余约束。
超静定结构:几何不变,有多余约束。
(2)多余约束多余约束的选取方案不唯一,但是多余约束的总数目是不变的。
(3)超静定次数多余约束的个数是超静定次数。
判断方法:去掉多余约束使原结构变成静定结构。
2. 力法原理力法是计算超静定结构最基本的方法(1)将原结构变为基本结构(2)位移条件:(3)建立力法方程3.用力法求解超静定梁和刚架例:二次超静定结构(1)原结构变为基本结构(2)位移条件(3)力法方程(3)绘弯矩图4. 用力法计算超静定桁架和组合结构注意各杆的受力特点:二力杆只有轴力,受弯杆的内力有弯矩、剪力和轴力。
例:超静定组合结构(1)原结构变为基本结构(2)位移条件(3)力法方程(4)绘弯矩图5. 了解温度变化、支座移动时超静定结构的内力计算(1)温度变化时,超静定结构的内力计算原结构变为基本结构位移条件力法方程(2)支座移动时,超静定结构的内力计算原结构变为基本结构位移条件二. 用位移法计算超静定结构(一)复习重点1. 了解位移法基本概念及位移法与力法的区别2. 掌握用位移法计算超静定结构(具有一个及两个结点位移)3. 掌握计算对称结构的简化方法(二)小结1. 了解位移法基本概念及位移法与力法的区别位移法是求解超静定结构的又一基本方法,适用于求解超静定次数较高的连续梁和刚架。
位移法的前提假设:对于受弯的杆件,可略去轴向变形和剪切变形的影响,2. 掌握用位移法求解超静定结构(具有一个及两个结点位移的结构)例:求连续梁的内力解:(1)确定基本未知量及基本体系基本未知量是结点B的角位移。
一. 用力法计算超静定结构(一)复习重点1. 理解超静定结构及多余约束的概念,学会确定超静定次数2. 理解力法原理3. 掌握用力法计算超静定梁和刚架(一次及二次超静定结构)4. 掌握用力法计算超静定桁架和组合结构(一次及二次超静定结构)5. 了解温度变化、支座移动时超静定结构的计算(一次超静定结构)(二)小结1. 超静定结构、多余约束、超静定次数(1)超静定结构从几何组成角度,结构分为静定结构和超静定结构。
静定结构:几何不变,无多余约束。
超静定结构:几何不变,有多余约束。
(2)多余约束多余约束的选取方案不唯一,但是多余约束的总数目是不变的。
(3)超静定次数多余约束的个数是超静定次数。
判断方法:去掉多余约束使原结构变成静定结构。
2. 力法原理力法是计算超静定结构最基本的方法(1)将原结构变为基本结构(2)位移条件:(3)建立力法方程3.用力法求解超静定梁和刚架例:二次超静定结构(1)原结构变为基本结构(2)位移条件(3)力法方程(3)绘弯矩图4. 用力法计算超静定桁架和组合结构注意各杆的受力特点:二力杆只有轴力,受弯杆的内力有弯矩、剪力和轴力。
例:超静定组合结构(1)原结构变为基本结构(2)位移条件(3)力法方程(4)绘弯矩图5. 了解温度变化、支座移动时超静定结构的内力计算(1)温度变化时,超静定结构的内力计算原结构变为基本结构位移条件力法方程(2)支座移动时,超静定结构的内力计算原结构变为基本结构位移条件二. 用位移法计算超静定结构(一)复习重点1. 了解位移法基本概念及位移法与力法的区别2. 掌握用位移法计算超静定结构(具有一个及两个结点位移)3. 掌握计算对称结构的简化方法(二)小结1. 了解位移法基本概念及位移法与力法的区别位移法是求解超静定结构的又一基本方法,适用于求解超静定次数较高的连续梁和刚架。
位移法的前提假设:对于受弯的杆件,可略去轴向变形和剪切变形的影响,且弯曲变形是微小的,假定受弯杆件两端的距离在变形后保持不变。