超静定结构计算位移法(1)

位移法求超静定结构支座反力首先，让我们先来了解一下超静定结构和位移法的基本概念。

超静定结构是指具有多余支撑或节点的结构，这些结构在外力作用下可以保持稳定，但是支座反力并不唯一确定。

在超静定结构中，我们需要通过一定的方法来求解支座反力以及结构的内力分布。

位移法是一种结构分析方法，其基本思想是假设结构在受力作用下产生微小位移，通过计算位移的变化来求解结构的受力状态。

位移法的优点是简单易用，适用于各种结构形式，并且可以较为准确地求解结构的支座反力和内力分布。

接下来，我们将以一个简单的超静定结构为例，通过位移法来求解支座反力。

假设我们有一个悬臂梁结构，如下图所示：（图）该悬臂梁结构为超静定结构，假设其长度为L，横截面积为A，杨氏模量为E。

现在我们需要求解支座A处的水平和竖直支座反力。

首先，我们需要对结构进行简化，假设结构在受力作用下产生微小位移ε，如下图所示：（图）根据悬臂梁结构的几何关系和位移法的基本原理，我们可以列出以下方程：$\frac{d}{dx}(EA\frac{d^2u}{dx^2}) = 0$其中，u为结构在x方向的位移。

根据以上方程可以得到结构的位移方程为：$EA\frac{d^2u}{dx^2} = C_1$其中，C1为积分常数。

根据结构的边界条件，我们可以得到u(0) = 0，u'(0) = 0。

即支座A处的位移为0，支座处的应变为0。

根据以上条件，我们可以得到结构的位移方程为：$EA\frac{d^2u}{dx^2} = -\frac{F}{L^2}x$解上述方程可以得到结构的位移表达式为：$u(x) = \frac{F}{2EA}(x^2 - Lx)$根据结构的边界条件，我们可以得到支座A处的水平反力为0，即$R_A = 0$。

而支座A 处的竖直支座反力为支持力，即$R_V = F$。

通过以上分析，我们成功求解了超静定悬臂梁结构的支座反力。

通过位移法这一经典的结构分析方法，我们可以对各种结构进行分析，并且可以比较准确地求解结构的支座反力和内力分布。

第六章位移法超静定结构两类解法：力法：思路及步骤，适用于所有静定结构计算。

结合位移法例题中需要用到的例子。

有时太繁，例。

别的角度：内力和位移之间的关系随外因的确定而确定。

→位移法，E，超静定梁和刚架。

于是，开始有人讨论：有没有别的方法来求解或换一个角度来分析…，what？我们知道，当结构所受外因（外荷载、支座位移、温度变化等）一定⇒内力一定⇒变形一定⇒位移一定，也就是结构的内力和位移之间有确定的关系（这也可以从位移的公式反映出来）。

力法：内力⇒位移，以多余力为基本未知量…，能否反过来，也就是先求位移⇒内力，即以结构的某些位移为基本未知量，先想办法求出这些位移，再求出内力。

这就出现了位移法。

目前通用的位移法有两种：英国的、俄罗斯的，两者的实质是相同的。

以结构的某些结点位移作为基本未知量，由静力平衡条件先求出他们，再据以求出结构的内力和其它位移。

这种方法可以用于求解一些超静定梁和刚架，十分方便。

例：上面的例子，用位移法求解，只有结点转角一个未知量。

下面，我们通过一个简单的例子来说明位移法的解题思路和步骤：一个两跨连续梁，一次超静定，等截面EI=常数，右跨作用有均布荷载q，（当然可以用力法求解），在荷载q作用下，结构会发生变形，无N，无轴向变形，B点无竖向位移，只有转角ϕB。

且B点是一个刚结点传递M；变形时各杆端不能发生相对转动和移动，刚结点所连接的杆件之间角度受力以后不变。

也就是AB、BC杆在结点B处的转角是相同的。

原结构的受力和变形情况和b是等价的。

B当作固定端又产生转角ϕB。

a（原结构）AB：BC：b如果把转角ϕB 当作支座位移这一外因看，则原结构的计算就可以变成两个单跨超静定梁来计算。

显然，只要知道ϕB ，两个单跨静定梁的计算可以用力法求解出全部反力和内力，现在的未知量是ϕB （位移法的基本未知量）。

关键：如何求ϕB ？求出ϕB 后又如何求梁的内力？又如何把a ⇒b 来计算？ 我们采用了这样的方法：假定在刚结点B 附加一刚臂（▼），限制B 点转角，B ⇒固定端（无线位移，无转动）（略轴向变形）原结构就变成了AB 、BC 两个单跨超静定梁的组合体：AB ： ，BC ：但现在和原结构的变形不符，ϕB ，所以为保持和原结构等效，人为使B 结点发生与实际情况相同的转角ϕB （以Z 1表示，统一）。

位移法求解超静定结构一、引言超静定结构是指在静力学条件下，其内力和位移无法通过平衡方程和变形方程求解的结构。

由于超静定结构的内力和位移无法直接求解，因此需要采用特殊的方法进行计算。

其中，位移法是一种经典的求解超静定结构的方法。

二、位移法基本原理位移法是一种基于能量原理的方法，其基本思想是将结构中各个部分的变形看作独立自由度，然后通过能量平衡原理得到各个自由度之间的关系，最终求解出整个结构的内力和位移。

具体来说，位移法包括以下几个步骤：1. 将超静定结构中每一个部分看作一个独立自由度，并为每个自由度引入一个未知位移；2. 根据平衡条件列出各部分之间相互制约的方程组；3. 根据能量平衡原理列出总势能和总应变能之间的关系式，并将其转化为未知位移之间的关系式；4. 将各个方程组联立起来，得到未知位移之间的关系式；5. 利用已知边界条件解出未知位移，并进而求解出整个结构的内力和位移。

三、位移法的应用范围位移法适用于各种类型的超静定结构，包括梁、柱、框架等。

此外，位移法还可以用于求解复杂的结构体系，如悬索桥、拱桥等。

四、位移法的优点和缺点1. 优点：（1）能够求解各种类型的超静定结构；（2）计算精度高，适用于复杂结构；（3）计算过程简单明了，易于理解和掌握。

2. 缺点：（1）只能求解超静定结构，不能求解不静定和半静定结构；（2）需要将每个部分看作独立自由度，因此对于复杂结构需要引入大量自由度，计算量较大；（3）需要具备一定的数学基础和结构力学知识。

五、位移法的实例以一根简支梁为例进行说明。

假设梁长为L，截面为矩形截面，宽度为b，高度为h。

在中间加一集中荷载F，则该梁为超静定结构。

采用位移法进行求解：1. 将梁分成两段，并引入两个未知位移u1和u2；2. 根据平衡条件，得到以下方程组：（1）在x=0处：F = R1 + R2（2）在x=L处：R1u1 + R2u2 = FL/43. 根据能量平衡原理，得到以下关系式：（1）总势能：V = (R1u1 + R2u2)hL/2（2）总应变能：T = F^2L^3/48EI4. 将以上方程组和关系式联立起来，得到：（1）F = (3EI/h^3L^3)(u1 - u2)（2）R1 = F/2 - EI/h^3L^3(u1 + u2)（3）R2 = F/2 + EI/h^3L^3(u1 + u2)5. 利用已知边界条件，即梁两端的位移为0，解出未知位移：（1）u1 = FL^3/(48EIh)；（2）u2 = -FL^3/(48EIh)；6. 最终求解出内力和位移：（1）R1 = F/4；（2）R2 = F/4；（3）Mmax = FL/8；（4）umax = FL^3/(48EIh)。

超静定结构计算——位移法一、判断题：1、判断下列结构用位移法计算时基本未知量的数目。

（1）（2）（3）（4）（5）（6）EI EIEI EI2EI EIEI EIEAEAabEI=EI=EI=24442 2、位移法求解结构力时如果PM图为零，则自由项1PR一定为零。

3、位移法未知量的数目与结构的超静定次数有关。

4、位移法的基本结构可以是静定的，也可以是超静定的。

5、位移法典型方程的物理意义反映了原结构的位移协调条件。

二、计算题：12、用位移法计算图示结构并作M 图，横梁刚度EA →∞，两柱线刚度 i 相同。

213、用位移法计算图示结构并作M 图。

E I =常数。

lll /2l /214、求对应的荷载集度q 。

图示结构横梁刚度无限大。

已知柱顶的水平位移为()5123/()EI →。

12m12m8mq15、用位移法计算图示结构并作M 图。

EI =常数。

ll l l16、用位移法计算图示结构，求出未知量，各杆EI 相同。

4m19、用位移法计算图示结构并作M 图。

qll20、用位移法计算图示结构并作M图。

各杆EI =常数，q = 20kN/m 。

6m6m23、用位移法计算图示结构并作M 图。

EI =常数。

ll 224、用位移法计算图示结构并作M 图。

EI =常数。

lql29、用位移法计算图示结构并作M 图。

设各杆的EI 相同。

qql l /2/232、用位移法作图示结构M 图。

E I =常数。

qql l/2l /2l36、用位移法计算图示对称刚架并作M 图。

各杆EI =常数。

l l38、用位移法计算图示结构并作M 图。

EI =常数。

ql l l l42、用位移法计算图示结构并作M 图。

2m 2m43、用位移法计算图示结构并作M 图。

EI =常数。

lllql48、已知B 点的位移 ，求P 。

ll/2/2A∆51、用位移法计算图示结构并作M 图。

q超静定结构计算——位移法（参考答案）1、（1）、4； （2）、4； （3）、9； （4）、5； （5）、7；（6）、7。