活荷载的最不利位置(精)
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弹性理论内力计算
①活荷载的最不利组合
由于活荷载作用位置的可变性,为使构件在各种可能的荷载情况下都能达到设计要求,需要确定各截面的最大内力。
因此,存在一个将活荷载与恒荷载组合起来,使某一指定截面的内力为最不利的问题,即荷载的最不利组合问题。
对于多跨连续梁,除恒荷载按实际情况满布于结构上外,活荷载并不是满布于梁上时出现最大内力,因此需要研究可变荷载作用的位置对连续梁内力的影响。
图8.1.8为一五跨连续梁在不同跨作用活荷载时的弯矩分布情况。
经分析,连续梁最不利荷载组合的规律(图8.1.9)为:当求连续梁各跨的跨中最大正弯矩时,应在该跨布置活荷载,然后向左、右两边隔跨布置活荷载;当求连续梁各中间支座的最大(绝对值)负弯矩时,应在该支座的左、右两跨布置活荷载,然后隔跨布置活荷截;当求连续梁各支座截面(左侧或右侧)的最大剪力时,应在该支座的左、右两跨布置活荷载,然后隔跨布置活荷载。
②内力计算
活荷载的最不利位置确定后,对等跨度(或跨度差≤10%)的连续梁,即可直接应用表格查得在恒载和各种活荷载作用下梁的内力系数,并按下列公式求出梁有关截面的弯矩M和剪力V:
均布荷载作用时
M=K1g l 02+K2q l 02 ( 8.1.1)
V=K3g l0+K4q l0(8.1.2) 集中荷载作用时
M=K1G l 0+k2Ql0 (7.1.3)
V =K3 G +K4 Q ( 8.1.4)
式中g 、q——单位长度上的均布恒荷载及活荷载;
G、Q ——集中恒荷载及活荷载;
K1~K4 ——内力系数,按附录3查取;
l0 ——梁的计算跨度。
③内力包络图
内力(弯矩、剪力)包络图,是指在恒载内力(弯矩、剪力)图上叠加以各种不利活荷载位置作用下得出的内力(弯矩、剪力)图的最外轮廓线所围成的图形,也称内力叠合图。
利用内力包络图,可以合理地确定梁中纵向受力钢筋弯起与切断的位置,还可检验构件截面强度是否可靠、材料用量是否节省。
弯矩包络图的绘制方法:
a、确定活荷载作用位置,即确定使各控制截面产生最不利内力的活荷载布置位置。
具体地讲,如在绘制连续梁第一跨弯矩包络图时,恒荷载应满布各跨,活荷载的布置位置应考虑能使该跨跨中截面分别产生M max和M min,使该跨左、右支座截面分别产生最大(绝对值)负弯矩。
b、根据上述荷载作用情况,分别求出各支座的弯矩值。
c、将求得的各支座弯矩,按相同比例绘于支座上,并将同一荷载作用情况下各跨两端的支座弯矩连成直线,再以此为基线,在其上根据荷载情况分别按简支梁作出弯矩图形。
d、连接弯矩图形的最外轮廓线,即得所求的弯矩包络图,可用加粗的线型区分出来。
剪力包络图的绘制方法:
a、确定荷载作用位置。
绘制连续梁各跨剪力包络图时,恒载应满布各跨,活荷载的布置位置应考虑分别使该跨两端支座剪力为最大两种情况。
b、分别求出各个支座的剪力值。
c、将求得的各支座剪力,按相同比例分别绘于各支座上,再根据各跨荷载情况分别按简支梁绘制剪力图。
d、连接剪力图形的最外轮廓线,即得所求的剪力包络图,并用加粗的线型区分出来。
图8.1.10、图8.1.11分别为某五跨连续梁的弯矩和剪力包络图示例。
由于绘制内力包络图的工作量较大,故在楼盖设计中,除主梁和不等跨的次梁(跨度差﹥20%)有时需根据包络图来确定钢筋弯起和截断位置外,对于连续板和等跨连续次梁一般不必绘制包络图,而直接按照连续板、梁的构造要求来确定钢筋弯起和截断位置。