6.1超静定结构的概念和超静定次数(远程教学)

格式：pptx
大小：566.59 KB
文档页数：17

下载文档原格式

超静定结构的计算

下一页返回
第二节力法
这样，原结构的内力计算问题就转变为基本结构在多余未知力多的X余基1未本及知未荷力知载量Xq共1就，同是其作多余用余的下未计的知算内力就力。迎计刃算而问解题了了。。因只此要，设力法法求计出算
(二)力法方程基本结构在月端不再受约束限制，因此在荷载y作用下月点
竖1小因5向-不此10位同基(d移而本)]向异结。下，构显由的[然图于变在15形X二-11位是者0(c移取共)]状代，同态了在作应被X用1与拆下作原去B用点结约下竖构束月向完对点位全原竖移一结向将致构位随，的移X即作向1的B用上点大，[图的余方竖未向向知产位力生移X的1位△共移1同必应作须与用为原下零结，，构在也在拆就X除是1方约说向束基的处本位沿结移多构相余在等未已。知知即力荷X:载1作与用多 △1=0 这就是基本结构应满足的变形谐调条件，又称位移条件。
用结所构示11、上。产则12生△、的11、1沿3 △表X11示2方、单向△位的13可力相以X应1表=位1示移, X为，2=如1,X图3=151-分12别(c作),(用d)于, (基c),本(d) 11 11X1、12 12 X 2、13 13 X 3，上面儿何条件(15-2)
中的第一式可以写为:
下一页返回
第一节超静定结构基本知识
(1)去掉支座处的一根链杆或者切断一根链杆，相当于去掉一个约束，如图15-3 (a),(b)所示的两个结构都多出来一个约束，都是一次超静定结构。
(2)去掉一个铰支座或内部的一个单铰，相当于去掉两个约束。图15-4 (a), (b)所示的两个刚架都多出来两个约束，都是二次超静定结构。
上一页下一页返回
第二节力法
用力法计算超静定结构在支座移动所引起的内力时，其基本原理和解题步骤与荷载作用的情况相同，只是力法方程中自由项的计算有所不同，它表示基本结构由于支座移动在多余约第束五处节沿“多支余座未移知动力时方静向定所结引构起的的位位移移计算△”iC，所可述用方第法十求四得帝。此外，还应注意力法方程等号右侧为基本结构在拆除约束处沿多余未知力方向的位移条件，也就是原结构在多余未知力方正向值的，已否知则实取际负位值移。值△i，当△i与多余未知力方向一致时取

超静定结构

A
2）几何方程——变形协调方程：
l3 l2
l1
A2
A1
A3
y
F
FN3 FN1
FN2
aa
A
x
l1 l2 L3 cosa
3）物理关系
FN1L1 FN 3L3 cosa
E1 A1 E3 A3
4）联解方程得:
FN1

FN 2

E1A1F cos2 a 2E1A1 cos3 a E3 A3
解：一次超静定问题
取支座 B 截面上的相对转动约束为多余约束。
A
基本静定系为在 B 支座截面上安置铰的静定梁
多余反力为分别作用于简
支梁 AB 和 BC 的 B 端处
的一对弯矩 MB 。
变形相容条件为，简支
梁 AB 的 B 截面转角和
A
BC 梁 B 截面的转角相等
B B
20 kN/m
FB

3 8
ql
按平衡方程求出
FA

5 8
ql
M
A

1 8
ql 2
A
B
B
FB
B
wBq
wBFB
B
FB
例6-10 梁 A C 如图所示, 梁的 A 端用一钢杆 AD 与梁 AC 铰接, 在梁受荷载作用前, 杆 AD 内没有内力, 已知梁和杆用同样的钢材制成, 材料的弹性模量为 E, 钢梁横截面的惯性矩为 I, 拉杆横截面的面积为 A, 试求钢杆 AD 内的拉力 FN。
B
30 kN
C D
4m
20kN/m
B
3m
MB
2m 30 kN
C D

超静定

l A
1)解除B端约束,建立相当系统解除B端约束, 2)由正则方程 d11 X 1 + D 1P = 0 3)求系数和常数项
4l 4l 3 d11 = 3EI D 1F - Fl 3 = 2 EI
F X1
F
l 1
4)带入正则方程求解 3 X1 = F 8 4)做弯矩图
M = M 1 ?X 1 MF
例1, 试求图示梁的约束反力,设EI为常数. 试求图示梁的约束反力, EI为常数为常数.
q A l B
1)解除B端约束,建立相当系统解除B端约束, 2)由正则方程 d11 X 1 + D 1P = 0 3)求系数和常数项
骣 1 骣鼢2 1 l3 珑l l = d11 = 珑 l鼢桫桫 EI 珑鼢3 2 3EI D 1F
二,正则方程的建立
1,一次超静定问题的正则方程力法求解静不定问题的关键——建立正则方程. 力法求解静不定问题的关键——建立正则方程.下建立正则方程面通过一例说明建立正则方程的步骤. 面通过一例说明建立正则方程的步骤. 图为车削工件安有尾顶针的简化模型. 图为车削工件安有尾顶针的简化模型.
力法求解过程如下: 力法求解过程如下:
第二节
用力法解超静定结构
一,力法
力法——以多余约束力为基本未知量力法——以多余约束力为基本未知量,将变形或位移表为基本未知量, 示为未知力的函数,通过变形协调条件作为补充方程求示为未知力的函数, 来解未知约束力,这种方法称为力法又叫柔度法力法, 柔度法. 来解未知约束力,这种方法称为力法,又叫柔度法. 力法的基本思路: 力法的基本思路: 1,结构静定化 2,在未知力处 3,变形条件 4,正则方程解除多余约束建立借助莫尔积分解线性方程静定基与相当系统变形协调条件补充方程(正则方程) 补充方程(正则方程) 未知力

超静定结构总论课件

实例分析
赵州桥
中国著名的古代石拱桥，采用弹性连接超静定结构，具有较好的抗震性能。
VS
金门大桥
美国著名的钢斜拉桥，采用平衡超静定结构，具有较高的承载能力。
超静定结构的优缺点及应用
优点
稳定性强
超静定结构由于有多余约束，可以提供额外的稳定性，使得结构在受到外力作用时不易发生过大变形。
承载能力高
和计算能力，设计过程相对复杂。
维护困难超静定结构的维护和检修需要专业的技术和设备支持，维护成本和维护难
度相对较大。
成本高由于超静定结构的构造复杂，需要更多的材料和施工成本，因此其成本相对较高。
延性较差超静定结构的延性相对较差，在地震等突然作用下容易发生脆性破坏。
应用领域
桥梁工程
超静定结构在桥梁工程中应用广泛，如连续梁桥、拱桥等。
THANKS
感谢观看
各杆件间通过弹性连接传递力和变形，具有较好的抗震性能。
按受力特性分类
平衡超静定结构
结构在受力状态下能保持平衡状态，如斜拉桥。
稳定超静定结构
结构在受力状态下需要依靠自身稳定性保持平衡，如拱桥。
按材料特性分类
钢超静定结构
采用钢材制作，具有较高的承载能力和塑性变形能力。
混凝土超静定结构
采用混凝土制作，具有较好的抗压能力和耐久性。
工程应用进展
大型工程应用
超静定结构在大型工程中得到了广泛应用，如大型桥梁、高层建筑等，其优良的性能和稳定性得到了充分验证。
新型超静定结构体系
随着研究的深入，出现了多种新型超静定结构体系，如预应力超静定结构、杂交超静定结构等，满足了多样化的工程需求。
跨学科应用
超静定结构在跨学科领域也得到了应用，如生物医学、航天航空等，展现了广泛的应用前景和发展潜力。

超静定结构的超静定次数

超静定结构的超静定次数超静定结构是指在受力平衡条件下，由于约束条件数量大于自由度数量，使得结构不具有唯一的平衡位置。

超静定结构的超静定次数是指约束条件数量与自由度数量之差。

一、超静定结构的特点超静定结构具有以下特点：1. 约束条件数量大于自由度数量：超静定结构的约束条件数量大于自由度数量，使得结构不具有唯一的平衡位置。

这导致了结构的设计和分析变得更加困难。

2. 结构具有较高的刚度：由于超静定结构的约束条件数量较多，结构具有较高的刚度。

这使得超静定结构在承受荷载时能够更好地保持形状稳定性。

3. 结构能够承受更大的荷载：超静定结构由于具有较高的刚度，能够承受更大的荷载。

这使得超静定结构在工程实践中得到广泛应用。

二、超静定结构的应用超静定结构在工程实践中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 桥梁工程：超静定结构在桥梁工程中得到了广泛应用。

由于桥梁需要承受大量的荷载，超静定结构能够提供更高的刚度和稳定性，保证桥梁在使用过程中不发生塌陷或变形。

2. 建筑结构：超静定结构在建筑结构中也有重要的应用。

例如，高层建筑的框架结构通常采用超静定结构设计，以提高结构的稳定性和抗震性能。

3. 机械设备：超静定结构在机械设备中也有广泛的应用。

例如，汽车的悬挂系统和起重机的支撑结构都是超静定结构，能够提供更高的稳定性和承载能力。

三、超静定结构的分析方法超静定结构的分析方法主要包括以下几个步骤：1. 定义自由度和约束条件：首先确定结构的自由度和约束条件。

自由度是指结构中可以独立变形的数量，约束条件是指结构中限制自由度的条件。

2. 建立平衡方程：根据结构的受力平衡条件，建立结构的平衡方程。

平衡方程是超静定结构分析的基础，通过平衡方程可以求解结构的受力状态。

3. 引入支座反力：由于超静定结构的约束条件数量大于自由度数量，结构中存在未知的支座反力。

通过引入支座反力，可以将超静定结构转化为静定结构进行分析。

4. 求解支座反力：利用平衡方程和约束条件，求解支座反力。

§6-1 超静定结构的组成和超静定次数

A
q
B
l
=
q A B q A
X1
B
Δ1P
=
Δ1 ＝Δ11＋Δ1P＝0
——变形协调方程
+
Δ11 ——由多余未知力X1单独作用时， A 基本结构B点沿X1方向产生的位移
Δ11
B
Δ1P ——由荷载 q 单独作用时，基本结构 B点沿X1方向产生的位移。
X1
由于未知量X1在方程中没有显现，为此令： △11= δ11 X1
2 3
3
12 21
1
1 1 2 a a a EI 2 2EI
3
2P
FP a FP a 1 a EI 2 2 4EI
3
1P
5 3 FP a 1 2 FP a 1 a FP a 5 a a 2EI 2 2 2 6 EI 2 96 EI
自由项Δi P ——荷载单独作用于基本体系时，所引起Xi方向的位移，可正、可负或为零。
（3）最后弯矩
M X1M 1 X 2M
2
X n M
n
M
P
§6-3 超静定刚架和排架
1. 刚架 (以图示刚架为例) (1) 判定超静定次数，选择基本体系原结构为二次超静定; 选基本体系如图所示。 (2) 根据变形调条件，建立力法方程。
q
（1）确定超静定次数
——具有一个多余约束，原结构为一次超静定结构。
A
B
l
（原结构） q A B
（2）取基本体系
——去掉多余约束（链杆B），代之以多余未知力X1。
X1
— 称为力法的基本未知量

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。

超静定结构的概述和超静定次数的确定

结构力学电子教案第八章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次超静定因此结构力学电子教案第八章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结构力学电子教案第八章结构力学电子教案第八章结构力学电子教案第八章由此可得一般性结论
第5页
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
思考：
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
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
必要约束：多余约束：
第2页
P
X1
多余约束力
X1
结构力学电子教案
第八章力法

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

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

q
A
FAx
B
C
D
FAy
FB
FC
FD
2次超静定梁
6.1 超静定结构概念和超静定次数
拉杆
6.1 超静定结构概念和超静定次数
二、超静定结构的类型
（一）超静定梁
（二）超静定桁架
内部超静定（三）超静定拱
外部超静定
6.1 超静定结构概念和超静定次数
二、超静定结构的类型
（四）超静定刚架
（五）超静定组合结构
6.1 超静定结构概念和超静定次数
三、超静定结构内力计算方法
（一）基本方法 1.力法：以结构中的多余力作为基本未知量，根据位移条件先求出多余未知力，然后再确定原结构全部内力的方法。
2.位移法：把结构中的某些结点位移作为基本未知量，根据平衡条件先求出结点位移，然后再确定原结构全部内力的方法。
第六章用力法计算超静定结构
建筑工程系
6.1 超静定结构概念和超静定次数
一、超静定结构的特性 1.几何组成：有多余约束的几何不变体系。
P
2.受力分析：只靠静力平衡条件无法全部求出反力与内力。 3. 受力情况与材料的物理性质、截面的形状有关。
4. 支座移动、温度改变、制造误差等会使其产生内力。
6.1 超静定结构概念和超静定次数
（二）派生方法 1.渐近法 2.力矩分配法
（三）有限元法
6.1 超静定结构概念和超静定次数
四、超静定次数确定
1. 概念（1）从几何构造看
超静定次数=多余约束个数 =把原超结构变成静定结构所需撤除的约束个数
（2）从静力分析角度看
超静定次数=多余未知力个数=未知力数-平衡方程个数
6.1 超静定结构概念和超静定次数
(a)
(b)
2、要把全部多余约束都拆掉。
X2 X4 X4X3 X2
(c)
(d )
X3
X1
X1
6.1 超静定结构概念和超静定次数
温馨提示
3、去掉多余约束的方式可能有多种，因而得到的静定结构可能有多种形式。
6.1 超静定结构概念和超静定次数
学以致用：确定下列结构的超静定次数。
2
数框法
3 4
3Leabharlann 36.1 超静定结构概念和超静定次数
学以致用：确定下列结构的超静定次数。
数框法
3
18
类比法
7
6
重点小结
1.超静定结构的特性 2.超静定次数确定 3.从超静定结构上解除多余约束的方式
6.1 超静定结构概念和超静定次数
四、超静定次数确定
2. 基本方法从超静定结构上解除多余约束的方式：
（四）将固端或刚结点改为铰接或连续杆上加一个单铰，相当于去掉一个约束。
X3 X3
X1
X2
X1
6.1 超静定结构概念和超静定次数
温馨提示
1、不要把原结构拆成一个几何可变体系，即只
能拆掉多余约束，不能拆掉必要约束。
四、超静定次数确定
2. 基本方法解除多余约束，使剩余结构为静定结构
——所解除的约束总数即为超静定次数。从超静定结构上解除多余约束的方式：（一）去掉或切断一根链杆，相当于去掉一个约束；
X1 X1 X1
6.1 超静定结构概念和超静定次数
四、超静定次数确定
2. 基本方法
从超静定结构上解除多余约束的方式：
（二）去掉一个固定铰支座或切开一个单铰，相当于去掉两个约束。
X1 X2
X1 X2 X1 X2
6.1 超静定结构概念和超静定次数
四、超静定次数确定
2. 基本方法从超静定结构上解除多余约束的方式：
（三）去掉一个固定支座或切开一个刚性联结，相当于去掉三个约束。
X1 X3 X3X2 X1 X2
X1 X3 X2