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超静定次数的确定

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§7-2超静定次数的确定

§7-2超静定次数的确定

相 当
去掉可动铰：
于 固定端－固定铰：解 除刚结源自－单铰：一 固定铰－可动铰：
个 约
切断一链杆：
束
2、相 当于解 除二个 约束
去掉一固定铰：
固定端－可动 铰：
去掉一单铰：
3、相当
于解除 去掉一固定端
三个约 束
切断一梁式杆
说明：
1、多余约束力可以多在结构内部，也可以多在结构的外部
2、同一结构中去掉约束的方式很多，但n是一定的；基本结构不
是唯一的。例题
3、把所有多余联系均拆除（内部和外部的所有的多余联系）
4、超静定结构→静定结构（多种方法，多种形式）。但不能拆成 可变或瞬变，也就是结构中有些联系不能去除（必要联系）。
对框格的结构，按框格的数目来确定超静定次数：
n=3*7=21
n=3*7-5=16
封闭格子为3
1、一个封闭无铰的框格，其超静定次数等于3。当结构上有f 个封闭无铰框格时，其超静定次数n=3f
上班时间：越短越好；应征职位：找一个不做什么实事， 但能被美女包围的职位； 学历：毕业于一个你找不着的大学； 语言能力：侃大山是专长；兴趣：睡得天昏地暗； 生日：正月初七；经历：游戏人生； 曾任职位：高级的或低级的都是一种经历；
已婚未婚：我正在寻找漂亮又富有的女孩，希望在你们公 司能找到； 未来期望：只负责主席台讲话，并且希望尽早退休； 希望待遇：比实际工作量拿得多就行。
§7-2 超静定次数的确定
一、超静定次数的定义 =多余联系（约束）的数目＝多余未 知力的数目
二、确定方法
解除多余约束，使超静定结构成为几何不变的 静定结构，去掉约束的数目＝n
去掉约束的方法：
相当于解除一个约束 相当于解除二个约束 相当于解除三个约束 对框格的结构，按框格的数目来确定超静定次数：

力学超定静结构计算

力学超定静结构计算

1、超静定结构的特性：与静定结构比较，超静定结构有如下特性：内力超静定，约束有多余，是超静定结构区别于静定结构的基本特点。

2、超静定次数的确定：结构的超静定次数为其多余约束的数目，因此上，结构的超静定次数等于将原结构变成静定结构所去掉多余约束的数目。

在超静定结构上去掉多余约束的基本方式，通常有如下几种：（1）断一根链杆、去掉一个支杆、将一刚接处改为单铰联接、将一固定端改为固定铰支座，相当于去掉一个约束。

举例（2）断一根弯杆、去掉一个固定端，相当于去掉三个约束。

举例（3）开一个单铰、去掉一个固定铰支座、去掉一个定向支座，相当于去掉两个约束。

举例返回顶部3、几点注意：①由图10-1结构的分析可得出结论：一个无铰闭合框有三个多余约束，其超静定次数等于三。

对于无铰闭合框结构其超静定次数=3×闭合框数。

如图10-2所示结构的超静定次数为3×5=15次；对于带铰闭合框结构其超静定次数=3×闭合框数－结构中的单铰数（复铰要折算成单铰）如图10-3所示结构的超静定次数为3×5-（1+1+3）=15次。

D点是连接四个刚片的复铰，相当于（4-1）=3个单铰。

②一结构的超静定次数是确定不变的，但去掉多余约束的方式是多种多样的。

如图10-1结构。

③在确定超静定次数时，要将内外多余约束全部去掉。

如图10-4结构外部1次超静定，内部6次超静定，结构的超静定次数是7。

④在支座解除一个约束，用一个相应的约束反力来代替，在结构内部解除约束，用作用力和反作用力一对力来代替。

如图10-1结构所示。

⑤只能去掉多余约束，不能去掉必要的约束，不能将原结构变成瞬变体系或可变体系。

如图10-4结构中A点的水平支杆不能作为多余约束去掉。

如图10-5结构中支杆a,b和链杆c不能作为多余约束去掉，否则就将原结构变成了瞬变体系。

返回顶部1、超静定结构的求解思路：欲求解超静定结构，先选取一个便于计算结构作为基本体系，然后让基本体系与原结构受力一致，变形一致即完全等价，通过这个等价条件去建立求解基本未知量的基本方程。

超静定结构的受力分析及特性

超静定结构的受力分析及特性

超静定结构的受力分析及特性一、超静定结构的特征及超静定次数超静定结构的静力特征是仅由静力平衡条件不能唯一地确定全部未知反力和内力。

结构的多余约束数或用静力平衡条件计算全部未知反力和内力时所缺少的方程数称为结构的超静定次数。

通常采用去除多余约束的方法来确定结构的超静定次数。

即去除结构的全部多余约束，使之成为无多余约束的几何不变体系，这时所去除的约束数就是结构的超静定次数。

去除约束的方法有以下几种：(一)切断一根两端铰接的直杆(或支座链杆)，相当于去除一个约束。

(二)切断一根两端刚接的杆件，相当于去除三个约束。

(三)切断——个单铰(或支座固定铰)，相当于去除二个约束;切断一个复铰(连接n根杆件的铰)，相当于去除2(n—1)个约束。

(四)将单刚结点改为单铰节点，相当于去除一个约束;将连接n个杆件的复刚节点改为复铰节点，相当于去除n—1个约束。

去除一个超静定结构多余约束的方法可能有几种，但不管采用哪种方法，所得超静定次数一定相同。

去除图4—1a所示超静定结构的多余约束的方法之一如图4—1b所示，去除六个多余约束后，就成为静定结构，故为超静定六次。

再用其他去除多余约束的方案确定其超静定次数，结果是相同的。

二、力法的基本原理(一)力法基本结构和基本体系去除超静定结构的多余约束，代以相应的未知力Xi (i=1、2、…、n)，Xi 称为多余未知力或基本未知力，其方向可以任意假定。

去除多余约束后的结构称为力法基本结构。

力法基本结构在各多余未知力、外荷载(有时还有温度变化、支座位移等)共同作用下的体系称为力法基本体系，它是用力法计算超静定结构的基础。

选取力法基本结构应注意下面两点：1.基本结构一般为静定结构，即无多余约束的几何不变体系。

有时当简单超静定结构的解为已知时，也可以将它作为复杂超静定结构的基本结构，以简化计算。

2.选取的基本结构应使力法典型方程中的系数和自由项的计算尽可能简便，并尽量使较多的副系数和自由项等于零。

《建筑力学与结构》课件——第十章 超静定结构的内力计算

《建筑力学与结构》课件——第十章 超静定结构的内力计算

力法计算超静定结构
(2) 建立力法方程
11X 1 12X 2 1F 0 21X 1 22X 2 2F 0
建筑力学与结构
(3) 计算系数和自由项
δ11 4a3 / 3EI
1F 5qa4 / 8EI
2024/11/13
δ22 a3 / 3EI δ12 δ21 a3 / 2EI 2F qa4 / 4EI
M AB
M1X1
MF
l 3 ql 8
1 ql 2 2
1 ql 2 8
取多余未知力作为基本未知量，通过基本结构，利用
计算静定结构的位移，达到求解超静定结构的方法，称为力
法。
2024/11/13
13
力法计算超静定结构
2.力法的典型方程
建筑力学与结构
1 11 X1 12 X 2 1F 0 2 21 X1 22 X 2 2F 0
2024/11/13
14
力法计算超静定结构
建筑力学与结构 n次超静定结构
δ11 X 1 δ12 X 2 δ1i X i δ1n X n 1F 0 δ21 X1 δ22 X 2 δ2i X i δ2n X n 2F 0
…………………………………………..……
δn1 X1 δn2 X 2 δni X i δnn X n nF 0
2024/11/13
7超静定次数的确定来自建筑力学与结构 3.去掉一个固定支座或切断一根梁式杆，相当于去掉三个约束，用 三个约束反力代替该约束作用。
2024/11/13
8
超静定次数的确定
建筑力学与结构 4.将一刚结点改为单铰联结或将一个固定支座改为固定铰支座，相 当于去掉一个约束，用一个约束反力代替该约束作用。
各杆的杆端弯矩表达式

结构的超静定次数.

结构的超静定次数.
说明：力法计算刚架时，力法方程中 系数和自由 项只考虑弯曲变形的影 响： dii = ∑∫l (Mi2 /EI)ds dij = ∑∫l (MiM j /EI)ds DiP= ∑∫l (Mi MP /EI)ds
例7-4-2
计算图示桁架的内力，各杆EＡ=常数。
解：１）力法基本体系，基本方程：d11x1+ D1P
x2
x3
x4
x3
x1 x2
x5
x6
x4
x5 x7
x6
§7-2
力法基本概念
一、力法基本思路 有多余约束是超静定与静定的根本区别，因此，解决多余约束中的 多余约束力是解超静定的关键。
D1=0 D11=d11x1
D11 + D1P =0 d11x1+ D1P =0
1、力法基本未知量 结构的多余约束中产生的多余未知力（简称多余力）。 2、力法基本体系 力法基本结构，是原结构拆除多余约束后得到的静定结构；力法基 本体系，是原结构拆除多余约束后得到的基本结构在荷载（原有各种 因素）和多余力共同作用的体系。 3、力法基本方程 力法基本体系在多余力位置及方向与原结构位移一致的条件。 方程中的系数和自由项均是静定结构的位移计算问题，显然，超静 定转化为静定问题。
(a)
d11x1+ d12x2+ D1P + D1D =0
d21x1+ d22x2+ D2P + D2D = - DB
有支座移动因素时，力法方程的右边项可能不为零。
(a)
该式为两次超静定结构在荷载和支座位移共同作用下的力法方程。
根据位移互等定理，有：d12=d21
二、力法典型方程 n次超静定结构的力法方程： d11x1+ d12x2+…d1ixi+ d1jxj+… d1nxn+ D1P + D1D= D1 d21x1+ d22x2+…d2ixi+ d2jxj+… d2nxn+ D2P + D2D= D2 … … di1x1+ di2x2 +…diixi + dijxj+ …dinxn + DiP + DiD = Di dj1x1+ dj2x2 +…djixi + djjxj+… djnxn + DjP + DjD = Dj … … dn1x1+dn2x2+…dnixi+ dnjxj+… dnnxn+ DnP + DnD= Dn 系数、自由项的物理意义： dii —基本结构在xi= 1作用下，沿xi 方向的位移； dij —基本结构在xj= 1作用下，沿xi 方向的位移； DiP —基本结构在荷载作用下，沿xi 方向的位移； DiD —基本结构在支座移动下，沿xi 方向的位移； Di —基本结构沿xi 方向的总位移＝原结构在xi 方向上的实际位 移。

超静定结构的概述

超静定结构的概述
量，梁会产生向上弯曲变形，故梁会因温度改变而产生内力。
(a)
(b)
图 11-3
除上述主要特征外，超静定结构还具有整体性强、变形小、受力较为 均匀等特点，因而这种结构在实际工程中被广泛采用。例如，图11-4a 所 示的两跨连续梁较图11-4b 所示的两跨简支梁，在力 F 作用点处的弯矩和 挠度均为小。
（a） 静定结构
（b） 超静定结构
（c） 静定结构受力图
算上来说，静定结构的静力特征是用静力平衡条件就能求得全 部反力和内力；而超静定结构的静力特征是仅用静力平衡条件不能求得 全部反力和内力。例如，对图11-1a 所示的静定梁，其受力图如图11-1c 所示，梁的反力（FAx、FAy、FB）和内力（FN、FQ、M）分别由三个静 力平衡方程求得。 而对图 11-lb 所示的连续梁，其受力图如图 11-ld 所示， 梁的反力共有四个(FAx、FAy、Fx1、FB），其中Fx1称为多余约束所对应 的多余未知力，用三个静力平衡方程不可能将此四个反力全部求得，只 要有一个反力尚未确定，梁的内力就不能确定。因此，还须补充其他条 件，才能求解。
【例11-3】确定图11-13a 所示结构的超静定次数。
解：图11-13a 所示刚架，具有一个多余约束。若将横梁某处改为铰接， 即相当于去掉一个约束，得到如图11-13b 所示的静定结构，故原结构 n = l。
若去掉支座 B 处的水平支杆，则得图11-13c 所示的静定结构。 但是，若去掉支座 B 或支座 A 的竖向支杆，即成可变体系如图11-13d 所 示，显然这是不允许的，所以此刚架支座处的竖向支杆不能作为多余约束。
图 11-6
② 去掉一个单铰，相当于去掉两个约束 。 如图11-7a 所示的结构，去掉一个单铰而变成静定结构，如图11-7b 所示。 因 n = 2，故该结构为两次超静定 。

超静定结构的概念及超静定次数的确定(PPT)


04 超静定结构的实际应用
桥梁工程
桥梁工程中，超静定结构的应用可以增加结构的稳定性和安全性，提高桥梁的承 载能力。例如，连续梁桥采用超静定结构形式，可以减小梁体的振动和变形，提 高行车舒适性和安全性。
此外，超静定结构在桥梁工程中还可以用于抵抗风、地震等自然灾害的影响，提 高桥梁的抗震性能和抗风能力。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
渐进法
总结词
通过逐步逼近的方法求解超静定结构的位移和内力的方法。
详细描述
渐进法是一种基于迭代思想的求解方法，通过逐步逼近的方法求解超静定结构的位移和内力。该方法首先假设一 组初始解，然后逐步修正解的近似值，直到满足精度要求或达到预设的迭代次数为止。渐进法可以处理复杂的超 静定结构问题，具有较高的计算效率和精度。
建筑工程
在建筑工程中，超静定结构的应用可以提高结构的稳定性和 刚度，增强建筑物的承载能力和抗震性能。例如，高层建筑 采用超静定结构形式，可以减小风力、地震等外部荷载对建 筑物的影响，保证建筑物的安全性和稳定性。
此外，超静定结构在建筑工程中还可以用于优化建筑物的空 间布局和结构形式，提高建筑物的美观性和实用性。
超静定结构
在任何一组确定的平衡力系作用 下，需要用多余的约束条件才能 确定结构的平衡状态的体系。
超静定结构的特性
具有多余的约束
超静定结构有多余的约束，这些 多余的约束可以提供额外的稳定 性，使结构在受到外力作用时具
有更好的抵抗变形的能力。
存在内力
由于超静定结构的约束多余，当 受到外力作用时，会在结构内部 产生内力，这些内力有助于抵抗
判别准则二
如果一个结构的支座反力数目小于其约束数目， 则该结构为超静定结构。
判别准则三
如果一个结构的受力状态不能由静力平衡方程完 全确定，则该结构为超静定结构。

超静定次数的确定


21X1+22X2+△2P=0
33X3+△3P=0
下面就对称结构作进一步讨论。
X1
X2
X3
基本结构
M 2图
M 3图
22
返回
（1）对称结构作用对
称荷载 11X1+12X2+△1P=0 21X1+22X2+△2P=0 33X3+△3P=0
↓P a a↓ P
↓P
↓P
MP图
MP图是正对称的，故△3P=0。
1
§7—1 概 述
1. 静定结构与超静定结构
静定结构全：部反力和内力只用平衡条件便可确
定的结构。
HA A
P
B
VA
RB
超静定结构仅：用平衡条件不能确定全部反力和
内力的结构。
A
P
B
❖
C
HA VA
RB
RC
外力超静定问题
内力超静定问题
P
2
返回
2 . 超静定结构在几何组成上的特征
是几何不变且具有“多余”联系（外部或内部）。
单独作用时所引起的沿 Xi方向上的位移， 其值可能为正、为负或为零。据位移互等定理，有
i j= j i △i P称为常数项(自由项)它是荷载单独作用时所引起 的沿Xi方向的位移。其值可能为正、为负或为零。返 回13 上述方程的组成具有规律性，故称为力法典型方程。
4. 力法典型(正则)方程系数和自由项的计算
A
B PC
❖
↙↙
↗
↗
此超静定结构有一个多余联 系，既有一个多余未知力。
P
此超静定结构有二个多余联 系，既有二个多余未知力。

超静定次数的确定及基本结构的取法


11
2l 3 3EI
1p
ql 4 8EI
x1
1p 11
3ql 16
M M 1x1 M P
l
MP
1 ql 2 2
5 ql 2 16
3 ql 16
M
.
例题： B
P C
2EI
EI
L
A L/2 L/2
x1 1
.
P x1 x2
P PL/4
MP 6 PL 80
x2 1
3
M
M1
M2
PL 80
11x1 1C 0
x1
3）、求系数和自由项。
x1 1 x1 1
11
l3 EI
1C RiCi l
x1
1C 11
3EI l2
3i l
其中： i EI ——线刚度 l
4）、 M M 1x1
结论：对于超静定结构，支座位移引起的内力几支反力与刚度成正比。 对于静定结构，支座位移不产生内力。
解：（1）
11 x1 21x1
12 x2 22 x2
1p 2p
0 0
11
L 2EI
12
21
L 6EI
22
L 3EI
1P
PL2 32 EI
2P 0
x1
6PL 80
x2
3PL 80
M M1x1 M 2 x2 M P
(2)、求剪力，轴力。
M Q
6 PL 80
QBA
QAB
QBA
x3 0
.
解法 2：
x1 x2 x3
.
11x1 12 x2 13 x3 2
x1 24
21x1 22 x2 23 x3 1

确定超静定次数

确定超静定次数1、确定下列各结构的超静定次数。

答案：1次
2、确定下列各结构的超静定次数。

答案：6次
3、确定下列各结构的超静定次数。

答案：4次
4、确定下列各结构的超静定次数。

答案：3次
5、确定下列各结构的超静定次数。

答案：7次
6、确定下列各结构的超静定次数。

答案：5次
7、确定下列各结构的超静定次数。

答案：7次
8、确定下列各结构的超静定次数。

答案：10次
9、确定下列各结构的超静定次数。

答案：2次
10、确定下列各结构的超静定次数。

答案：1次
11、确定下列各结构的超静定次数。

答案：4次
12、确定下列各结构的超静定次数。

答案：9次
13、确定下列各结构的超静定次数。

答案：2次
14、确定下列各结构的超静定次数。

答案：9次
15、确定下列各结构的超静定次数。

答案：1次
16、确定下列各结构的超静定次数。

答案：内部4次
17、确定图示各结构用位移法计算的基本未知量（θ，Δ）的数目。

答案：θ=2，Δ=1。

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将复铰结点A 拆开，在刚结点B 处插入一个单铰并切断 一个链杆，复铰A相当于两个单铰的作用，共去除六个约 束，即n = 6。
结构力学电子教案
第八章
力法
第11页
对于框架，可采用下式计算超静定次数
n= 3 c−h
式中 c 为框格数，h 为单铰数 先将结构中每个框格都看作是无铰的，每个单铰的存 在就减少1次超静定。
结构力学电子教案
第八章
力法
第1页
§8-1 超静定结构的概述和超静定次数的确定 一．超静定结构的一般概念
超静定结构的两个特征： 1. 几何特征： 超静定结构是具有多余约束 的几何不变体系。
结构力学电子教案
第八章
力法
第2页
P
必要约束： 多余约束：
X1
多余约束力
X1
结构力学电子教案
第八章
力法Biblioteka 第3页思考：结构力学电子教案
第八章
力法
第12页
例1：
(a) (b)
框格数c = 2
单铰数h = 2
框格数c = 4 单铰数h = 6
n = 3×2-2 = 4
n = 3×4-6 = 6
结构力学电子教案
第八章
力法
第13页
例2：
n=2
X1 X2
X1 X2
X3
X4
n=4
结构力学电子教案
第八章
力法
第14页
n=3
X1 X3 X2
X1 X2
X3 X4
n = 4+6-2=8
结构力学电子教案
第八章
力法
第8页
（2）撤去两杆间的一个单铰或撤去一个铰支座，等于去 除两个约束。
结构力学电子教案
第八章
力法
第9页
（3）撤去一个固定端或切断一根梁式杆，等于去除三个 约束。
由此可得一般性结论：每一个封闭框格为超静定3次。
结构力学电子教案
第八章
力法
第10页
(4) 在梁式杆的某一截面插入一个单铰，等于去除一个 约束。
是否可将支座A处的水平链杆作为多余约束？
X1
??
结构力学电子教案
第八章
力法
第4页
2. 静力特征： 只靠静力平衡方程无法求得全部的内力或 反力，欲求 得全部的内力或反力，还必须考虑变形协调条件。
内力是超静定的，约束有多余的，这就是超静定结构 区别于静定结构的基本特征。
结构力学电子教案
第八章
力法
第5页
超静定次数 = 多余未知力的个数 = 未知力个数 - 平衡方程的个数
（2）
由(1)式确定结构的超静定次数，为“解除多余约束法”。 即： 在超静定结构上去除多余约束，使它成为几何不 变的静定结构，而所去除的多余约束的数目，就是原结 构的超静定次数。
结构力学电子教案
第八章
力法
第7页
在超静定结构上去除多余约束，常有以下几种基本方式： （1）撤去一根支杆或切断一根链杆，等于去除一个 约束。
二. 超静定次数的确定
超静定结构中的多余约束数目称为超静定次数 从几何特征来看，从原结构中去掉n个约束，结构就成 为静定的，则原结构即为n次超静定，因此
超静定次数 = 多余约束的个数
（1）
即: 把原结构变成静定结构时所需撤除的约束个数。
结构力学电子教案
第八章
力法
第6页
从静力特征来看，超静定次数等于根据平衡方程计算未 知力时所缺少的方程的个数，因此