(4.1)--第4章影响线讲义.pdf
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1、第4章 影响线4-3 结点承载方式下梁的内力影响线4-1 移动荷载和影响线的概念4-2 静力法作简支梁内力影响线4-4 静力法作桁架轴力影响线第4章 影响线4-5 机动法作静定内力影响线4-6 影响线的应用4-7 小结第4章 影响线研究对象:研究对象:静定结构基本方法:基本方法:取隔离体,列平衡方程核心:核心:概念虚功原理4-1 移动荷载和影响线的概念一一.移动荷载移动荷载荷载的大小、方向不变,但荷载作用点在结构上是移动的。例如:吊车在吊车梁上运行时,其轮压对吊车梁而言是移动荷载;汽车、火车在桥梁上行驶时,其轮压也是移动荷载。4-1 移动荷载和影响线的概念一一.移动荷载移动荷载汽车或火车轮压产
2、生的移动荷载的特点是:一组竖向集中力(可包括均布荷载),各集中力的大小、方向固定,相互间的位置也固定,作为整体在结构上移动。a1a3a2ba4FP1FP2FP3FP4q4-1 移动荷载和影响线的概念一一.移动荷载移动荷载a1a3a2ba4FP1FP2FP3FP4q在移动载荷作用下,结构任意截面的内力(M、FQ、FN)和位移及支座反力均随移动荷载在结构上的位置变化而变化。4-1 移动荷载和影响线的概念一一.移动荷载移动荷载本章中,着重讨论结构在移动荷载作用下的内力计算问题。特点:荷载仍属静力荷载,但结构内力随荷载的移动而变化。研究在移动荷载作用下内力的变化范围和变化规律。4-1 移动荷载和影响线
3、的概念二二.影响线影响线现讨论图(a)所示简支梁,当单个荷载=1在简支梁上移动时,支座A的反力R的变化规律。FP=1xBAl(a)FRAR0(0)BAPMlxFFxll=(b)xy1y1x1y2x2(0)RAlxFxll=FRA影响线FRA的影响系数:4-1 移动荷载和影响线的概念三三.影响线的定义影响线的定义当单位集中移动荷载=1在结构上移动时,表示结构指定截面的某量Z变化规律的曲线,称为Z的影响线。(b)xy1FRA影响线4-1 移动荷载和影响线的概念三三.影响线的定义影响线的定义影响线上任一点的横坐标 x 表示荷载的位置参数,纵坐标 y 表示荷载作用于此点时Z 的影响系数。(b)xy1F
4、RA影响线PPZZF ZZF=4-1 移动荷载和影响线的概念四四.小结小结移动荷载、影响系数、影响线4-2 静力法作简支梁内力影响线作静定结构影响线的两种方法:静力法、机动法;本节通过求简支梁的内力或支座反力影响线说明静力法;静力法是以荷载的作用位置x为变量,通过平衡方程,从而确定所求内力或支座反力的影响函数,并作出影响线。4-2 静力法作简支梁内力影响线1.支座反力FP=1xBAlabCRAFRBFR0(0)BAlxMFxll=R0(0)ABxMFxll=FRA影响线FRB影响线114-2 静力法作简支梁内力影响线2.弯矩和剪力的影响线FP=1xBAlabCRAFRBF当FP=1在AC段,取
5、CB段作隔离体:CMQCFRBFbBCRQR0(0)0(0)CCByCBMMF bxaFFFxa=4-2 静力法作简支梁内力影响线FP=1xBAlabCRAFRBF当FP=1在CB段,取AC 段作隔离体:QCFCMRAFaCARQR0()0()CCAyCAMMFaaxlFFFaxl=4-2 静力法作简支梁内力影响线FP=1xBAlabCRAFRBFabablMC影响线截面C弯矩和剪力影响线如图:llblalQ影响线4-2 静力法作简支梁内力影响线例例4 4-2 2-1 1 试作图所示伸臂梁的试作图所示伸臂梁的FRA、FRB、FQC、FQD的的影响线。影响线。解:1)FRA、FRB的影响线FRA
6、影响线FRB影响线11ll+2lll21ll+1lllxFP=1CablBl1dFEDl20=BMRAlxFl=0=AM()12lxll +RBxFl=A4-2 静力法作简支梁内力影响线2)FQC的影响线xFP=1ACablBl1dFEDl2当FP=1在EC段,取CF段作隔离体:CMQCFRBFbBCl2Fa)CMQCFRAFl1AEaCb)QR10()yCBFFFlxa=20()yQCRAFFFaxll=+当FP=1在CF段,取EC段作隔离体:4-2 静力法作简支梁内力影响线2)FQC的影响线xFP=1ACablBl1dFEDl2bl1ll2llalFQC影响线伸臂梁简支段AB某截面弯矩和剪
7、力的影响线,在AB段与简支梁相同,伸臂段图形是简支段图形的延伸。4-2 静力法作简支梁内力影响线3)FQD的影响线xFP=1ACablBl1dFEDl2FQD影响线1DF小结小结:静力法:根据影响线的定义,由平衡方程写出量 Z 的影响系数与荷载作用位置 x 之间的函数关系,画出影响线。4-2 静力法作简支梁内力影响线力的问题,用力的方法求解4-3 结点承载方式下梁的内力影响线梁的两种承载方式:FP=1xBAlabCRAFRBF直接承载4-3 结点承载方式下梁的内力影响线结点承载如下一桥梁结构承载示意图。荷载直接加于纵梁。纵梁是简支梁,两端支在横梁上。横梁则由主梁支承;荷载通过纵梁下面的横梁传到
8、主梁。FP=1ACDxBE纵梁主梁横梁4-3 结点承载方式下梁的内力影响线结点承载方式下主梁支座反力和内力影响线的作法:K支座反力的影响线,同4-2节;结点C弯矩MC的影响线,同4-2节;MK的影响线?FP=1ACDxBEKFP=1ACDxBEMK影响线(直接荷载)AKBa)ycCydDMK影响线(结点荷载)ACDBycb)yd?K4-3 结点承载方式下梁的内力影响线在直接移动荷载作用下,MK的影响线已经画出,如图a)所示。求MK的影响线:如图b)所示,在结点荷载作用下,当FP=1在截面C或D时,可得:KcKdMyMy=4-3 结点承载方式下梁的内力影响线当移动荷载FP=1作用在截面C、D 之
9、间时,求MK的影响线:dCDKFP=1c)KCDDCCdxxMyyddyyyxd=+=+MK是的一次函数,也是x的一次函数MK影响线(图b)在结点C、D之间是一直线dxdxd根据叠加原理可得(图c):MK影响线(直接荷载)AKBa)MK影响线(结点荷载)ACKDBycb)ycCydDyd1)作截面K的某量Z在直接移动荷载下的影响线,并确定与各结点对应的竖标;2)在两结点之间连以直线,就得到结点荷载作用下的影响线。4-3 结点承载方式下梁的内力影响线在结点承载方式下,结构任何影响线在相邻两结点之间为一直线。结论:先作直接承载方式下的影响线,用直线连接相邻两结点的竖距,就得到结点承载方式下的影响线
10、。ACK DBFQK影响线小结小结:4-3 结点承载方式下梁的内力影响线概述:桁架通常采用结点承载方式任一杆的轴力的影响线在相邻结点之间为一直线求桁架杆件轴力的影响线时,把单位移动荷载FP=1依次作用在各结点上,用结点法或截面法求出杆件的轴力。4-4 静力法作桁架轴力影响线例4-4-1作图示上承桁架FN1FN2的影响线(单位荷载沿桁架上弦移动)。4-4 静力法作桁架轴力影响线FP=1AEF21BCD5dh4-4 静力法作桁架轴力影响线FP=1AEF21BCD5dh解:1)支座反力FRAFRB的影响线与跨度为5d 的简支梁相同。RAFRBF4-4 静力法作桁架轴力影响线FP=1AEF21BCD5
11、dhRAFRBF0N1R1(3)/BFFFdMhh=2)求FN1的影响线当当FP=1在结点C左侧,取截面I-I以右为隔离体:0=FMII0:相应简支梁F截面的弯矩。4-4 静力法作桁架轴力影响线FP=1AEF21BCD5dhRAFRBF2)求FN1的影响线当当FP=1在结点D右侧,取截面I-I以左为隔离体:II0:相应简支梁F截面的弯矩。0N1R1(2)/AFFFdMhh=0=FM4-4 静力法作桁架轴力影响线2)求FN1的影响线FP=1AEF21BCDhIIABCD2d/h3d/h0.9d/hd/hFN1影响线(上承)6d/5h4-4 静力法作桁架轴力影响线3)求FN2的影响线Q0:相应简支
12、梁结间CD的剪力。当当FP=1在结点C左侧,取截面I-I以右为隔离体:0=yF22220N2RQ4422BCDhdhdFFFhh+=FP=1AEF21BCDhIIhd/22242hd+4-4 静力法作桁架轴力影响线3)求FN2的影响线Q0:相应简支梁结间CD的剪力。FP=1AEF21BCDhII当当FP=1在结点D右侧,取截面I-I以左为隔离体:0=yF22220N2RQ4422ACDhdhdFFFhh+=hd/22242hd+4-4 静力法作桁架轴力影响线FP=1AEF21BCDhIIABCD2244hdh+223 420hdh+2242hdh+2242hdh+FN2影响线(上承)3)求FN
13、2的影响线小结小结:4-4 静力法作桁架轴力影响线力的问题,用力的方法求解机动法:把作静定内力或支座反力影响线的静力问题转化为作位移图的几何问题。4-5 机动法作静定内力影响线一一.概述概述刚体体系的虚功原理刚体体系的虚功原理设刚体体系上作用任意平衡力系,又设体系发生任意可能位移,则力系在位移上所作的虚功总和恒等于零。可能位移指符合体系约束条件的微小位移。两类变量:力和位移。两个“任意”。4-5 机动法作静定内力影响线机动法:以虚功原理为基础,把作静定内力或支座反力影响线的静力问题转化为作位移图的几何问题。优点:不需经过计算就能很快地绘出影响线的轮廓,对某些问题,用机动法处理特别方便。4-5
14、机动法作静定内力影响线一一.概述概述4-5 机动法作静定内力影响线二二.机动法机动法以下图所示伸臂梁AB的支座反力FRB的影响线为例进行说明。FP=1xl/4l/4lABFP=1xl/4l/4lAB(a)4-5 机动法作静定内力影响线二二.机动法机动法撤去与R相应的约束,代之以未知力=,原结构变成具有一个自由度的机构(图a);令体系产生虚位移,使与Z方向一致(图b);ZP()xZ41Z45ABx(b)图RBZF=4-5 机动法作静定内力影响线二二.机动法机动法列虚功方程:与FP 方向相同为正ZP()xZ41Z45ABx(b)图FP=1xl/4l/4lAB(a)RBZF=()0ZPPZFx+=(
15、)PZxZ=令=1,得()PZx=4-5 机动法作静定内力影响线二二.机动法机动法ZP()xZ41Z45ABx(b)图FP=1xl/4l/4lAB(a)RBZF=4145AB1(c)FRB影响线4-5 机动法作静定内力影响线机动法作静定内力或支座反力的影响线的步骤:机动法作静定内力或支座反力的影响线的步骤:撤去与相应的约束,代之以未知力,原结构变成机构;使体系沿的正方向发生微小虚位移,作出荷载作用点的竖向位移图(图),由此可定出的影响线的形状轮廓。放大竖距,令为1,并反号确定出影响线各竖距的数值。注:与FP 方向相同为正。机动法作静定内力的影响线例题例例4 4-5 5-1 1 用机动法求下图所
16、示简支梁用机动法求下图所示简支梁MC及及FQC的的影响线。影响线。机动法作静定内力的影响线例题FP=1ABC2ddx机动法作静定内力的影响线例题解:1)作MC的影响线将C截面变为铰结,暴露出弯矩;令该机构产生刚体位移,使C左、右截面相对转角与同向,得到图。ABCABCxFP=1CM图机动法作静定内力的影响线例题()0()0CCPPCZPPMMFxMFx+=+=虚功方程为:()PCZxM=令=1,得()CPMx=CMABC1PF=xABCC图2ZdZ23Zd机动法作静定内力的影响线例题23dMC影响线ACBFP=1ABC2ddx机动法作静定内力的影响线例题2)作FQC的影响线将C截面变为滑动连结
17、,暴露出剪力Q;令该机构产生刚体位移,使C左、右截面相对位移与Q同向,得到图。()PxABC图QCFABCFP=1()Px机动法作静定内力的影响线例题虚功方程为:令=1,得Q12()()033CZZPPFFx+=Q()PCZxF=Q()CPFx=()PxABC图QCFABCFP=123Z13Z机动法作静定内力的影响线例题3231FQC影响线FP=1ABC2ddx例例4 4-5 5-2 2 用机动法求下图所示静定多跨梁用机动法求下图所示静定多跨梁FRA、MB及及FQB的影响线。的影响线。机动法作静定内力的影响线例题xFP=1ABCDl/2l/2l/2l/2E解:机动法作静定内力的影响线例题ABD
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