影响线及其应用李廉锟结构力学学习教案.pptx

会计学1影响影响(yngxing)线及其应用李廉锟线及其应用李廉锟 结构力结构力学学第一页，共146页。11-9 最不利荷载位置11-10 换算荷载 11-11 简支梁的绝对最大弯矩11-12 简支梁的包络图11-7 利用影响线求量值11-8 铁路和公路的标准荷载制本章总结自测题第1页/共146页第二页，共146页。移动(ydng)荷载：荷载大小、方向不变，荷载作用点随时间改变，结构所产生加速度的反应与静荷载反应相比可以忽略，这种特殊的作用荷载称移动(ydng)荷载。(车辆荷载、人群荷载、吊车荷载等)固定荷载：荷载的大小、方向(fngxing)和作用点在结构的空间位置上是固定不变的。一、移动(ydng)荷载 结构在固定荷载作用下，其反力和各处的内力与位移也是不变的。11-1 影响线的概念第2页/共146页第三页，共146页。在结构分析和设计中，必须(bx)解决以下问题：（1）某量值的变化范围和变化规律；（2）计算某量值的最大值，作为(zuwi)设计的依据。这就要先确定最不利荷载位置即使结构某量值达到最大值的荷载位置。影响线是解决以上问题(wnt)最方便的工具和手段。结构在移动荷载作用下，其反力和各处的内力与位移(统称为量值)将随着荷载位置的不同而变化。11-1 影响线的概念第3页/共146页第四页，共146页。数字(shz)和量纲均为1，可以在实际移动荷载可到达的范围内移动。影响线定义:当一个方向不变的单位荷载在结构上移动(ydng)时，表示结构某指定截面处的某一量值变化规律的函数图形，就称为该量值的影响线。二、影响(yngxing)线的概念 最典型的移动荷载：单位移动荷载 11-1 影响线的概念第4页/共146页第五页，共146页。F=1FRF=1FR=1F=1FR=0YX3/41/21/41-反力FR的影响(yngxing)线 影响线定义影响线定义 单位单位(dnwi)(dnwi)移动荷载作用下某移动荷载作用下某 物理量随荷载位置变化规物理量随荷载位置变化规 律的图形。律的图形。F=1FR=3/4l/4F=1FR=1/2l/2F=1FR=1/43l/411-1 影响(yngxing)线的概念第5页/共146页第六页，共146页。在研究移动荷载作用所产生(chnshng)的影响时，只要把单位移动荷载作用下对某量值的影响分析清楚，根据叠加原理，可求得各种实际移动荷载对该量值的影响。FB的影响(yngxing)线绘制(huzh)影响线的方法：静力法静力平衡条件；机动法虚位移原理。11-1 影响线的概念第6页/共146页第七页，共146页。3.根据函数关系，绘制出该量值的影响(yngxing)线。若影响(yngxing)线为正值，则绘于y 轴正向；反之，绘于y 轴负向。一、简 支 梁 的 影 响(yngxing)线 用静力法绘制(huzh)图示简支梁AB的反力、弯矩和剪力影响线。建立坐标系以A点为坐标原点，以x 表示荷载 F=1作用点的横坐标。用静力法作静定梁影响线的基本步骤：1.建立坐标系。选取坐标原点，以F=1的移动方向为x轴（x 轴的指向可以任意假设），以与F=1指向相反的方向作为y 轴正方向建立坐标系。2.建立静力平衡方程，将该量值表示为x 的函数。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第7页/共146页第八页，共146页。1.支座(zh zu)反力的影响线(1)反力FyA的影响(yngxing)线 取梁整体(zhngt)为隔离体，由FyA的影响线方程为 FyA 是x 的一次函数，影响线为一直线。只需定出两点的纵坐标即可绘出影响线。把正的纵坐标画在基线的上面并标上正号。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第8页/共146页第九页，共146页。(2)反力FyB 的影响(yngxing)线 由 得 此即FyB 的影响(yngxing)线方程。由两点的纵坐标 即可绘出FyB 的影响(yngxing)线.由于单位荷载F=1的量纲是1，所以反力影响线的纵坐标的量纲也是1。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第9页/共146页第十页，共146页。2.弯矩的影响(yngxing)线 作弯矩的影响线时，首先(shuxin)明确要作哪一个截面的弯矩影响线。现拟作图示简支梁截面C 的弯矩影响线。当荷载F=1在截面C的左方移动(ydng)时，为了计算简便，取梁中CB段为隔离体，并规定以使梁下面纤维受拉的弯矩为正，由MC=0，得 由此可知，MC 的影响线在截面C 以左部分为一直线，由两点的纵坐标 即可绘出AC 段MC 的 影响线。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第10页/共146页第十一页，共146页。当荷载F=1在截面(jimin)C 的右方移动时，取梁中 AC 段为隔离体，再由 MC=0，得 由此可知，MC 的影响(yngxing)线在截面C 以右部分也为一直线，由两点的纵坐标 即可绘出BC段的MC影响(yngxing)线。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第11页/共146页第十二页，共146页。MC 的全部(qunb)影响线是由两段直线所组成，直线的相交点位于截面C 处的纵坐标顶点。通常称截面以左的直线为左直线，截面以右的直线为右直线。分析弯矩影响线方程可以看出，MC的左直线为反力FyA 的影响线将纵坐标乘以b而得到，右直线可由反力FyB的影响线将纵坐标乘以a而得到。因此，可以利用FyA和 FyB的影响线来绘制(huzh)弯矩MC的影响线：在左、右两支座处分别取纵坐标a、b，将它们的顶点各与右、左两支座处的零点用直线相连，则这两根直线的交点与左、右零点相连部分就是MC的影响线。这种利用已知量值的影响线来作其他量值影响线的方法，能带来较大的方便。由于单位荷载(hzi)F=1的量纲是1，故弯矩影响线的量纲为长度的量纲。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第12页/共146页第十三页，共146页。3.剪力影响(yngxing)线 作剪力影响线同样要先指定截面的位置，并分别考虑(kol)荷载F=1在指定截面的左方和右方移动。现拟作图示简支梁截面C的剪力影响线。当荷载F=1在截面C的左方移动(ydng)时，取右边CB段为隔离体，并规定使隔离体有顺时针转动趋势的剪力为正，则 当荷载F=1在截面C的右方移动时，取左边AC段为隔离体，则 11-2 用静力法作静定梁的影响线 第13页/共146页第十四页，共146页。由以上两式可知：在截面C以左，剪力的FSC影响线与FyB的影响线的各纵坐标数值相等，但符号(fho)相反；在截面C 以右，剪力FSC的影响线与的FyA影响线完全相同。据此，可作出剪力FSC 的影响线，显然，它的左直线与右直线相互平行，且在截面C 处发生突变，突变值为1。11-2 用静力法作静定(jn dn)梁的影响线 第14页/共146页第十五页，共146页。二、伸臂梁的影响(yngxing)线 伸臂梁影响(yngxing)线的作法与简支梁类似。1.反力FyA、FyB 的影响(yngxing)线 仍以A点为坐标原点，以x表示荷载F=1作用点的横坐标，向右为正，向左为负。利用整体平衡条件，可分别求得反力 FyA、FyB 的影响线方程为11-2 用静力法作静定梁的影响线 第15页/共146页第十六页，共146页。当F=1位于A点以左时，x 为负值。以上(yshng)两方程与简支梁的反力影响线方程完全相同，在梁的全长范围内都是适用。因此只需将简支梁的反力影响线向两个伸臂部分延长，即得伸臂梁的反力影响线。11-2 用静力法作静定(jn dn)梁的影响线 第16页/共146页第十七页，共146页。当荷载F=1在截面C的左方移动(ydng)时，弯矩MC 和剪力FSC影响线方程为 2.两支座之间的截面(jimin)弯矩和剪力 影响线 当荷载F=1在截面(jimin)C的右方移动时，弯矩MC和剪力FSC 影响线方程为 由影响线方程绘出MC和FSC影响线。也可将简支梁相应截面的MC和FSC影响线的左、右直线两伸臂部分延长而得伸臂梁的MC和FSC影响线。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第17页/共146页第十八页，共146页。3.截面(jimin)K的弯矩MK和剪力FSK影响线 在求伸臂部分上任一指定(zhdng)截面K的弯矩MK 和剪力FSK影响线时，改取K点为坐标原点，并规定x以向左为正。当荷载(hzi)F=1在截面K的左方移动时，取截面K以左部分为隔离体，则由平衡条件可得弯矩MK和剪力FSK影响线方程为11-2 用静力法作静定梁的影响线 第18页/共146页第十九页，共146页。当荷载F=1在截面K的右方移动(ydng)时，任取截面K以左部分为隔离体，则 据此可绘出弯矩MK和剪力FSK 影响(yngxing)线。只有当荷载(hzi)作用在DA段时，才对MK、FSK 有影响。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第19页/共146页第二十页，共146页。4.支座处截面(jimin)的剪力影响线 对于支座处截面的剪力影响线，需按支座左、右两侧(lin c)截面分别考虑。绘制支座A左、右两侧(lin c)的剪力影响线。支座A左侧位于伸臂部分，故剪力FSK左的影响线，可由上面剪力FSK 的影响线使截面K趋于截面A左而得到。支座A右侧位于支座之间的跨中部分，故剪力 FSA右的影响线，可由前面剪力FSC 的影响线使截面C 趋于截面A右而得到。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第20页/共146页第二十一页，共146页。可见：用静力法绘制求某一量值的影响线，所用方法与在固定荷载作用下静力计算方法是完全相同的，都是取隔离体，建立平衡条件来求解。不同之处仅在于作影响线时，作用的荷载是一个移动(ydng)的单位荷载，因而所求得的量值是荷载位置x的函数，即影响线方程。注意：当荷载作用在结构的不同部分上所求量值的影响(yngxing)线方程不相同时，应将它们分段写出，并在作图时注意各方程的适用范围。11-2 用静力法作静定(jn dn)梁的影响线 第21页/共146页第二十二页，共146页。三、影响线与内力图(lt)的比较 影响线表示当单位荷载沿结构移动时，某指定截面处的某一量值的变化(binhu)情形；内力图表示在固定(gdng)荷载作用下，某种量值在结构所有截面上的分布情形。由某一个内力图，不能看出当荷载在其他位置时这种内力将如何分布。由某一量值的影响能看出单位荷载处于结构的任何位置时，该量值的变化规律，但其不能表示其他截面处的同一量值的变化情形。11-2 用静力法作静定梁的影响线 第22页/共146页第二十三页，共146页。MC的影响线上，纵坐标 yK 代表荷载(hzi)F=1作用在点 K 时，在截面C的弯矩 MC 的大小。弯矩图上，纵坐MK 标代表(dibio)固定荷载F 作用于C 点时，截面K 所产生的弯矩。11-2 用静力法作静定(jn dn)梁的影响线 第23页/共146页第二十四页，共146页。荷载有时不是直接作用而是通过纵横梁系间接(jin ji)地作用于结构。主梁只在各横梁处(结点处)受到集中力作用。对主梁来说，这种荷载称为(chn wi)间接荷载或结点荷载。首先，作出直接(zhji)荷载作用下主梁某量值（MC）的影响线。对于间接荷载来说，在各结点处的纵坐标都是正确的。其次，考虑荷载F=1在任意两相邻结点（D、E）之间的纵梁上移动时的情况。11-3 间接荷载作用下的影响线第24页/共146页第二十五页，共146页。在间接荷载(hzi)作用下,主梁将在D、E处分别受到结点荷载(hzi)(d-x)/d 和 x/d 的作用。设直接荷载(hzi)作用下影响线在D、E 处的纵坐标分别为yD和yE，则根据影响线的定义和叠加原理可知，在上述两结点荷载(hzi)作用下MC 值应为 可见:MC在DE 段内 的影响(yngxing)线为一直线,由在D处，x=0,MC=yD 在E处，x=d,MC=yE 可知，用直线连接纵坐标yD和yE的顶点(dngdin)就是MC在DE段这部分的影响线。11-3 间接荷载作用下的影响线第25页/共146页第二十六页，共146页。（2）然后取各结点处的纵坐标，并将其顶点(dngdin)在每一纵梁范围内连以直线。即得到在间接荷载作用下该量值的影响线。例：求下图所示主次梁结构(jigu)的主梁影响线 间接荷载(hzi)作用下影响线的一般方法归纳如下：（1）首先作出直接荷载作用下所求量值的影响线；11-3 间接荷载作用下的影响线第26页/共146页第二十七页，共146页。FyB 的影响(yngxing)线Mk 的影响(yngxing)线FSk 的影响(yngxing)线11-3 间接荷载作用下的影响线第27页/共146页第二十八页，共146页。11-3 间接荷载作用(zuyng)下的影响线作图示梁的MD、FSB影响(yngxing)线。第28页/共146页第二十九页，共146页。MD影响(yngxing)线 B左FSB影响(yngxing)线11-3 间接(jin ji)荷载作用下的影响线第29页/共146页第三十页，共146页。11-3 间接(jin ji)荷载作用下的影响线B右FSB影响(yngxing)线第30页/共146页第三十一页，共146页。机动法作影响线是以虚功原理为基础，把作内力或支座反力影响线的静力问题转化(zhunhu)为作位移图的几何问题。机动法有一个优点：不需经过计算就能很快绘出影响线的轮廓。因此对于某些问题，用机动法处理特别(tbi)方便。用静力法做出的影响线也可用机动法来校核。以简支梁支座反力影响线为例，来说明机动(jdng)法作影响线的原理和步骤。11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第31页/共146页第三十二页，共146页。一、求梁的支座(zh zu)B反力FyB的影响线给体系以虚位移，列出虚功方程(fngchng)如下：将与FyB相应(xingyng)的约束支杆B 撤去，代以未知量FyB；不论B为何值，比值PB的变化规律恒为一定，令B=1，则得P是与F 相应的位移（以与F正方向一致者为正）,B 是与FyB相应的位移（以与FyB正方向一致者为正）。11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第32页/共146页第三十三页，共146页。注意到P 是以与力F 方向一致（向下）为正，当P 向下时，FyB 为负；当P 向上时，FyB 为正。这就恰好与在影响线中正值(zhn zh)的纵坐标绘在基线的上方相一致。使B=1 的虚位移曲线P 就代表了的FyB 影响线，只是(zhsh)符号相反。11-4 用机动法作单跨静定(jn dn)梁的影响线 第33页/共146页第三十四页，共146页。(1)撤去与Z相应(xingyng)的约束代以未知力Z。机动法作量值Z 的影响线的步骤(bzhu)如下：(2)使体系(tx)沿Z 的正方向发生位移，作出荷载作用点的竖向位移图（P图），由此可定出Z 的影响线的轮廓。(3)令Z=1，可进一步定出影响线各竖距的数值。(4)横坐标以上的图形，影响线系数取正号；横坐标以下的图形，影响线系数取正号。11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第34页/共146页第三十五页，共146页。撤去与弯矩MC相应(xingyng)的约束（即在截面C处改为铰结），代以一对等值反向的力偶MC（下侧受拉为正）。给体系以虚位移，求得影响系数的数值，令Z=1，即得到MC影响线。二、内力(nil)的影响线1.弯矩MC 的影响(yngxing)线11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第35页/共146页第三十六页，共146页。2.剪力影响(yngxing)线 注意：由于截面C左右两侧(lin c)不能发生相对角位移，故其虚位移图中两直线应为平行直线，亦即FSC影响线的左右两直线是互相平行的。11-4 用机动(jdng)法作单跨静定梁的影响线 第36页/共146页第三十七页，共146页。例11-1 试用(shyng)机动法作图示静定多跨梁的MK、FSK、MC、FSE和FyD的影响线。解:(1)撤去与Z相应的约束代以未知力Z，使体系沿Z 的正方向(fngxing)发生位移，由此可定出Z 的影响线的轮廓。(2)令Z=1，可定出影响(yngxing)线各竖距的数值。11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第37页/共146页第三十八页，共146页。11-4 用机动(jdng)法作单跨静定梁的影响线 第38页/共146页第三十九页，共146页。11-4 用机动(jdng)法作单跨静定梁的影响线 第39页/共146页第四十页，共146页。可见：基本(jbn)部分的内力（或支座反力）的影响线是布满全梁的，附属部分内力（或支座反力）的影响线只在附属部分不为零（基本(jbn)部分上的线段恒等于零）。用机动法作连续梁的影响线和用机动法作静定(jn dn)多跨梁的影响线的原理一样，与量值对应的单位虚位移图即为该量值的影响线。三、机动(jdng)法作连续粱的影响线 机动法作影响线是一个普遍适用的方法，不论结构的形式如何，也不论静定或超静定结构都可应用。11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第40页/共146页第四十一页，共146页。注意(zh y)：对静定结构为刚体虚位移图，由直线段组成；对超静定结构为变形体虚位移图，一般为曲线图形。FyD的影响(yngxing)线MC的影响(yngxing)线MK的影响线FSK的影响线11-4 用机动法作单跨静定梁的影响线 第41页/共146页第四十二页，共146页。用机动(jdng)法作连续梁某一量值Z 影响线的具体步骤可归纳如下：（1）去掉与所求量值Z 相应的联系，代以所要求的量值Z 的作用；（2）使体系沿Z 的正方向发生单位虚位移，得到竖向虚位移图；（3）在虚位移图上，标明正负号和各控制点的纵坐标值，即得所求量值的影响线。定性分析时，一般(ybn)不计算各控制点的纵坐标值。11-4 用机动法作单跨静定(jn dn)梁的影响线 第42页/共146页第四十三页，共146页。多跨静定梁具有(jyu)基本部分和附属部分 当基本(jbn)部分受力时，附属部分不受力 当附属部分受力时，基本(jbn)部分必受力作影响(yngxing)线的步骤：1）先作量值所在杆段影响线，它与相应单跨静定梁影响线相同2）相对于量值所在杆段为基本部分的杆段，竖标为03）相对于量值所在杆段为附属部分的杆段，其影响线为斜直线 11-5 多跨静定梁的影响线第43页/共146页第四十四页，共146页。（1M1FyA影响(yngxing)线例：作FyA、M1、M2、FS2、MB、FS3、FyC、FS4、FSC左、FSC右 影响(yngxing)线11ABCD12342m1m 1m1m 1m1m 1m2m1m1mFyAM1影响(yngxing)线11-5 多跨静定梁的影响线第44页/共146页第四十五页，共146页。M2影响(yngxing)线M2（11ABCD12342m1m 1m1m 1m1m 1m2m1m1m（1MBFS2影响(yngxing)线2MB影响(yngxing)线1FS211-5 多跨静定梁的影响线第45页/共146页第四十六页，共146页。ABCD12342m1m 1m1m 1m1m 1m2m1m1mFS3影响(yngxing)线1FS31FCy影响(yngxing)线FS4影响(yngxing)线1FCy1FS411-5 多跨静定梁的影响线第46页/共146页第四十七页，共146页。ABCD12342m1m 1m1m 1m1m 1m2m1m1m1FSC左影响(yngxing)线FSC左FSC右影响(yngxing)线FSC右1在直角坐标系中,静定(jn dn)结构的影响线是否一定是由直线段构成?除了梁可用机动法作影响线,其它结构,如桁架、刚架、三角拱等，是否也可用机动法？11-5 多跨静定梁的影响线第47页/共146页第四十八页，共146页。(4)对于斜杆，为计算方便，可先绘出其水平或竖向分力的影响(yngxing)线，然后按比例关系求得其内力影响(yngxing)线。(3)桁架某杆件内力的影响线表示荷载沿承重弦移动时，该杆件内力变化规律的曲线，其影响线方程(fngchng)，需通过计算单位移动荷载作用下该杆件的内力来获得。因此，静止荷载作用时桁架内力的计算方法结点法和截面法(截面法又包括力矩法和投影法)，在此仍可应用。(2)作用在桁架上的荷载(hzi)一般是通过纵梁和横梁而作用到桁架结点上的，故上一节所讨论的关于间接荷载(hzi)作用下影响线的性质，对桁架都是适用的。(1)对于单跨静定梁式桁架，其支座反力的计算与相应单跨梁相同，故二者的支座反力影响线也完全一样。平面桁架的受力特点：11-6 桁架的影响线第48页/共146页第四十九页，共146页。图示简支桁架，设荷载F=1 沿下弦(xi xin)AG 移动，荷载的传递方式与梁相同。1.支座(zh zu)反力FyA和FyG的影响线与简支梁的相同。2.作上弦(shngxin)杆轴力的FNbc影响线 作截面-，以C 为力矩中心。如单位荷载在的右方，取截面-左边为隔离体，由MC=0,得11-6 桁架的影响线第49页/共146页第五十页，共146页。如单位荷载在截面(jimin)-以左，取截面(jimin)以右部分为隔离体，由MC=0,利用(lyng)支座反力FyA和FyG的影响线作FNbc的影响线。将FyA的影响(yngxing)线竖距乘以2d/h，画于基线以下，取C 以右一段；将FyG的影响线的竖距乘以4d/h，画于基线以下，取C 以左一段。得11-6 桁架的影响线第50页/共146页第五十一页，共146页。3.下弦(xi xin)杆轴力FNCD的影响线 作截面-，以结点(ji din)c为力矩中心，用力矩方程MC=0，得 FNCD的影响(yngxing)线可由相应梁结点C 的弯矩影响(yngxing)线得到（将M 0C 的竖距除以h）。11-6 桁架的影响线第51页/共146页第五十二页，共146页。用截面-，分三段考虑(kol)。单位荷载在C 点以左（右）时，考虑(kol)截面-以右（左）部分的平衡，得5.竖杆轴力FNcC的影响(yngxing)线作截面-，利用投影方程Fy=0。单位荷载在B、C 之间，影响(yngxing)线为直线。4.斜杆bC轴力的竖向分力FybC的影响线左直线 右直线 左直线 右直线 11-6 桁架的影响线第52页/共146页第五十三页，共146页。6.竖杆轴力FNdD的影响(yngxing)线 假设单位荷载沿下弦(xi xin)移动，由上弦结点的平衡，FNdD=0 FNdD的影响(yngxing)线与基线重合，Dd 永远是零杆。如果假设单位荷载沿桁架的上弦移动，则由结点d 的平衡，可知：当 F=1在结点d 时，FNdD=-1当F=1在其它结点时，FNdD=0由于结点之间是直线，因此的FNdD影响线是一个三角形。11-6 桁架的影响线第53页/共146页第五十四页，共146页。注意：作平面桁架的影响线时，要注意区分桁架是下弦承载（简称下承）还是(hi shi)上弦承载（简称上承）。11-6 桁架(hngji)的影响线第54页/共146页第五十五页，共146页。一、求位置已定的荷载(hzi)作用下的量值 先绘制出截面(jimin)C 的剪力影响线，由叠加原理求出截面(jimin)C 的剪力FSC 。求图示简支梁截面(jimin)C 的剪力。1.集中荷载作用注意：yi 应带正负符号。11-7 利用影响线求量值 第55页/共146页第五十六页，共146页。推广到一般情况。设有一组位置固定的集中荷载(hzi)F1、F2、Fn 作用于结构，结构的某一量值Z 的影响线在各集中荷载(hzi)作用点的纵坐标依次为y1、y2、yn，则该量值 Z 为 11-7 利用(lyng)影响线求量值 第56页/共146页第五十七页，共146页。将分布荷载沿其长度分为许多无限小的微段dx。微段dx的荷载qxdx可作为一集中(jzhng)荷载，它引起的FSC的量值为(qxdx y)，在mn区段内的分布荷载对量值 FSC的影响为2.分布(fnb)荷载作用 利用FSC影响线求该分布(fnb)荷载作用下FSC的数值。11-7 利用影响线求量值 第57页/共146页第五十八页，共146页。推广到一般(ybn)情况，利用某量值 Z 的影响线求均布荷载 q 作用下的Z 的影响量值的计算公式为：若qx=q，即对应均布荷载(hzi)情况，则上式变为A 为该均布荷载对应(duyng)的影响线的面积的代数值。A表示影响线在荷载分布范围在mn区段内的面积。注意：计算面积 A 时，应考虑影响线的正、负号。图示情况 A=A2A1。11-7 利用影响线求量值 第58页/共146页第五十九页，共146页。例11-2 试利用影响(yngxing)线，求图示梁截面C 的弯矩MC和剪力FSC。解 先绘出双伸臂梁截面C的弯矩 MC和剪力FSC的影响(yngxing)线，由上述公式求弯矩MC和剪力FSC。11-7 利用(lyng)影响线求量值 第59页/共146页第六十页，共146页。11-7 利用(lyng)影响线求量值 第60页/共146页第六十一页，共146页。11-8 铁路和公路(gngl)的标准荷载制第61页/共146页第六十二页，共146页。在移动荷载和可动荷载作用下，结构上各种(zhn)量值均将随着荷载位置的不同而变化，必须先确定最不利荷载位置。二、求最不利荷载(hzi)的位置 最不利荷载(hzi)位置：使某一量值发生最大(或最小)值的荷载(hzi)位置11-9 最不利荷载位置 第62页/共146页第六十三页，共146页。(1)当将均布荷载布满对应于影响线所有正号面积的范围(fnwi)时，则产生最大正值 Zmax ；(2)当将均布荷载布满对应于影响线所有负号(f ho)面积的范围时，则产生最小值Zmin。1.可动均布荷载(hzi)可动均布荷载是可以任意断续布置的均布荷载，其最不利荷载位置：11-9 最不利荷载位置 第63页/共146页第六十四页，共146页。2.移动集中荷载(hzi)作用 (1)单个集中(jzhng)荷载 由Z=Fy可知，其最不利荷载位置是这个集中荷载作用(zuyng)在影响线的最大纵坐标处(求最大值Zmax)，或作用(zuyng)在影响线的最小纵坐标处(求最大负值Zmix)11-9 最不利荷载位置 第64页/共146页第六十五页，共146页。2.从荷载的临界位置(wi zhi)中确定最不利荷载位置(wi zhi)。也就是从 Z 的若干个极大值中选出最大值从若干个极小值中选出最小值。(2)一组集中(jzhng)荷载 当荷载是一组间距不变的移动集中荷载(也包括均布荷)，根据(gnj)最不利荷载位置的定义可知，当荷载移动到该位置时，所求量值 Z 为最大。分两步进行：1.求出使 Z 达到极值的荷载位置，此位置称为荷载的临界位置；以折线形影响线为例，说明荷载临界位置的特点及其判定原则。11-9 最不利荷载位置 第65页/共146页第六十六页，共146页。若每一直线段内各荷载的合力FR1,FR2,FRn 对应的影响线纵坐标分别为 ,由叠加原理可得 设Z 的影响(yngxing)线各段直线的倾角为1,2,n。取基线坐标轴x 向右为正，纵坐标y向上为正，影响(yngxing)线的倾角以逆时针方向为正。11-9 最不利荷载(hzi)位置 第66页/共146页第六十七页，共146页。Z 的增量(zn lin)为 当整个荷载(hzi)组向右移动一微小距离x 时，相应的量值Z 变为11-9 最不利(bl)荷载位置 第67页/共146页第六十八页，共146页。使Z成为极大值的临界(ln ji)位置必须满足荷载自临界(ln ji)位置向右或向左时，Z 值均应减少或等于零，即 注意(zh y)：荷载左移时x0，Z 为极大时应有：使Z 成为(chngwi)极小值的荷载临界位置的条件：若只考虑FRitani0 的情形,可得Z为极大(或极小)值条件：荷载稍向左、右移动时,FRitani 必须变号。当荷载稍向左移时，当荷载稍向左移时，当荷载稍向右移时，当荷载稍向右移时，11-9 最不利荷载位置 第68页/共146页第六十九页，共146页。tani 是常数，欲使荷载向左、右移动(ydng)微小距离时FRitani 变号，只有当某一个集中荷载恰好作用在影响线的某一个顶点处才有可能。不一定每个集中荷载位于顶点时都能使FRitani 变号。能使FRitani 变号的集中荷载称为临界(ln ji)荷载，记为Fcr，此时的荷载位置称为临界(ln ji)荷载位置。11-9 最不利荷载(hzi)位置 第69页/共146页第七十页，共146页。(2)当Fcr在该点稍左或稍右时，分别求FRitani的数值。如果FRitani变号（或者(huzh)由零变为非零），则此荷载位置称为临界位置，而荷载Fcr称为临界荷载。如果FRitani不变号，则此荷载位置不是临界位置。确定荷载最不利位置的步骤(bzhu)如下：(1)从荷载中选定一个集中力 Fcr，使它位于影响(yngxing)线的一个顶点上。(3)对每个临界位置可求出Z 的一个极值，然后从各种极值中选出最大值或最小值。同时，也就确定了荷载的最不利位置。11-9 最不利荷载位置 第70页/共146页第七十一页，共146页。当影响线为三角形时，临界位置的判别可进一步简化(jinhu)。左直线的倾角为1=，且tan=h/a；右直线的倾角为2=，且tan=h/b。11-9 最不利荷载(hzi)位置 第71页/共146页第七十二页，共146页。临界荷载 Fcr 处于三角形的顶点,Fcr以左的荷载合力用FRL表示(biosh)，Fcr 以右的荷载合力用FRR表示(biosh)。根据荷载稍向左、右移动时，FRitani 必须变号，可写出三角影响线临界荷载条件:代入 ,得 不等式左、右两侧的表达式可视为a、b两段梁上的“平均(pngjn)荷载”。11-9 最不利荷载(hzi)位置 第72页/共146页第七十三页，共146页。必须有一个力作用在影响(yngxing)线的顶点处,把这个力归到顶点的哪一边，哪一边的“平均荷载”就大一些。具有这样特性的力就称为临界力Fcr。在一组集中力系中,哪一个力是临界力则需要试算才能确定。三角形影响线荷载临界位置(wi zhi)的特点是：11-9 最不利(bl)荷载位置 第73页/共146页第七十四页，共146页。当F1位于影响(yngxing)线顶点时，有 例11-3 试求图示简支梁在移动荷载作用(zuyng)下截面K的最大弯矩。已知：F1=3kN,F2=7kN,F3=2kN,F4=4.5kN。可见,F1不满足条件,故不是临界(ln ji)荷载。解：绘出截面K 的弯矩MK 的影响线，再判别临界荷载位置。11-9 最不利荷载位置 第74页/共146页第七十五页，共146页。当位F2于影响(yngxing)线顶点时，有F2是临界(ln ji)荷载。同理可得，F3不是临界(ln ji)荷载，F4是临界(ln ji)荷载。11-9 最不利荷载位置 第75页/共146页第七十六页，共146页。分别计算与临界(ln ji)荷载F2、F4 对应的MK 值，则截面(jimin)K的最大弯矩为 11-9 最不利荷载(hzi)位置 第76页/共146页第七十七页，共146页。11-10 换算(hun sun)荷载 第77页/共146页第七十八页，共146页。所有截面最大弯矩中的最大者称为(chn wi)简支梁的绝对最大弯矩。当梁上作用的移动荷载由集中(jzhng)荷载构成时，问题可以简化。三、简支梁的绝对(judu)最大弯矩 需要注意:在确定绝对最大弯矩时，绝对最大弯矩发生在哪一截面是未知的(x1),哪一个荷载位于该截面处也是未知的(x2),这里有两个未知数。11-11 简支梁的绝对最大弯矩第78页/共146页第七十九页，共146页。简支梁在集中荷载组作用下，可以断定(dundng)绝对最大弯矩必定是发生在某一集中荷载作用点处的截面上。这样两个未知数x1、x2 就重合为一个未知数x了。11-11 简支梁的绝对(judu)最大弯矩第79页/共146页第八十页，共146页。Fk 作用点的弯矩为 MkL 表示(biosh)Fk 以左的梁上荷载对Fk作用点的力矩之和，它是一个与x无关的常数。Mk(x)为极大的 条件为得 任选某一集中荷载Fk，由得11-11 简支梁的绝对(judu)最大弯矩第80页/共146页第八十一页，共146页。注意:当将集中(jzhng)荷载Fk和合力FR 对称作用于梁中点的两侧时，如果有力移入或移出梁作用范围，则合力FR 及它和集中(jzhng)荷载Fk之间的距离 a 要重新计算。表明，当Fk作用点的截面弯矩达到最大时，Fk与合力FR正好对称作用于梁中点的两侧(lin c)。此时最大弯矩为 按上式依次计算其他各荷载(hzi)作用点处截面的最大弯矩，再在这些最大弯矩中通过比较选出最大值，就得到绝对最大弯矩。11-11 简支梁的绝对最大弯矩第81页/共146页第八十二页，共146页。经验表明，绝对最大弯矩总是发生在跨中截面附近，因此可用跨中截面弯矩影响线近似(jn s)判断移动荷载中哪些荷载是临界荷载。实际计算时可按下述步骤进行：（1）求出能使跨中截面发生最大值的全部临界荷载。（2）对每一临界荷载确定梁上合力R和相应的a，然后用最大弯矩计算式计算可能的绝对最大弯矩。（3）从这些可能的最大值中找出最大的，即为绝对最大弯矩。11-11 简支梁的绝对(judu)最大弯矩第82页/共146页第八十三页，共146页。例11-4 求图示简支梁在移动荷载作用下的绝对最大弯矩。几何尺寸(ch cun)如图，集中荷载的大小F1=F2=F3=F4=280kN。将F1、F2、F3、F4分别代入临界荷载判别式,可知它们都是截面C的临界荷载。但只有F2、F3在截面C才可能(knng)产生MCmax.当F2作用在截面C 时，有F3在截面C时产生的最大弯矩值与其(yq)相同.解:(1)绘出跨中截面C 的弯矩MC影响线，求使跨中截面发生最大值的临界荷载。11-11 简支梁的绝对最大弯矩第83页/共146页第八十四页，共146页。由对称(duchn)性，只讨论F2 作为临界荷载的情况。使F2 与梁上荷载的合力FR 对称(duchn)于梁的中点布置，则当F2 在 合 力 的 左 方 时 梁 上 有 四 个 荷 载，合 力 为FR=4280=1120kN(2)求全(qiqun)梁的绝对最大弯矩。由此求得，F2 作用点截面(jimin)上的最大弯矩为M2maxMCmax=1646.4kNm，显然不是绝对最大弯矩。11-11 简支梁的绝对最大弯矩第84页/共146页第八十五页，共146页。当F2 在合力的右方时，梁上只有(zhyu)三个荷载，合力为 FR=3280=830kN 11-11 简支梁的绝对(judu)最大弯矩第85页/共146页第八十六页，共146页。比两结果，得全梁的绝对最大弯矩为1668.35kNm，它发生在距梁跨中点(zhn din)右方0.56m的截面上。从这个例子可以看出,把所有荷载都置于梁上并不是最危险的荷载位置,而且梁的跨中截面也不一定(ydng)是最危险的截面。分析时切不可被不正确的“感觉”所误导。11-11 简支梁的绝对(judu)最大弯矩第86页/共146页第八十七页，共146页。内力包络图是指结构在移动荷载或可动荷载作用(zuyng)下，引起的每一截面同一内力的最大、最小值的变化范围图。作梁的弯矩（剪力）包络图时，常将梁沿跨度分成若干等份，利用(lyng)影响线求出各等分点的最大弯矩（剪力）和最小弯矩（剪力），以截面位置作横坐标，求得的值作为纵坐标，用光滑曲线连接各点即可获得包络图。下面以简支梁和连续梁的内力包络图的绘制为例说明。从包络图上可以滑楚地看出各截面(jimin)同一内力的最大、最小值的变化规律，而且可以找出该内力的绝对最大值以及它所在的截面(jimin)，因此它是钢筋混凝土梁设计截面(jimin)和布置钢筋的依据。11-12 简支梁的包络图 第87页/共146页第八十八页，共146页。一、简支梁的内力