第四章 静定结构的影响线

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一、移动荷载的概念
作用在结构上的荷载:恒载和活载。 恒载作用下结构计算问题的特点是:荷载作用位置固定 不变,结构的支座反力和任一截面的内力是固定不变的。
但在工程实际中,还存在大量的活载问题。其中有许多 活荷载大小和作用方向都保持不变,但作用位置却不断变化 通常称为移动荷载。
1、移动荷载的分类
常见的移动荷载有两类:
教学难点
用静力法作静定桁架的影响线; 临界荷载的判别方法。
§ 4.1 移动荷载和影响线的概念 §4.2 静力法作静定结构的影响线 § 4.3 结点承载方式下梁的内力影响线 §4.4 静力法做桁架轴力影响线 §4.5 机动法作静定结构的影响线
§4.6 影响线的应用
§4.1 移动荷载和影响线的概念
FP=1 A
D
C d/2 d/2 E
F
B
(一)、支座反力的影响线
FP=1 A
D
C d/2 d/2 E
F
B
(二)、结点弯矩Mc的影响线
(三)、节间任意截面D的弯矩影响线
1、先做C点以左和E点以右部分。荷载作用在C点以左 时,可取BD部分为隔离体考虑;荷载作用在E点以右时, 可去AD部分为隔离体考虑。因为支座反力影响线无变化, 故在此区段内Md影响线也同简支梁的情况相同。
x
C
dx d
FP=1
E
d
x
d
D
dx
x
VC d , VE d
FP=1作用在点x时,对主梁的影响可由叠加原理求得。
FP=1在C点时,MD=yC
FP=1在E点时,MD=yE
dx
x
FP=1在距C点为x时,主梁在C点的荷载为 d ,E点为 d
故:
y

yC
d
d
x

yE
x d
为 x 的一次式,由此可知在结点荷载作用下,MD的影响线在 CE段为一直线。因此,将直接荷载作用下MD影响线在结点处 的纵坐标连以直线,即得结点荷载作用下的MD影响线。
3、剪力影wenku.baidu.com线
当F=1在C左侧移动时,
FA

l
l
x
A
FB

x l
FA
x Fx=1 C
a l
FQC

FB


x l
(0

x

a)
当F=1在C右侧移动时,
1
b
l+
绘制简FQ支C 梁FA任 意l l 截x (a面剪x 力l) 影响线规律:FQC影响线

a l
F=1 B
b
FB
1
先在左支座A处取纵标1,再与右支座B连一直线;
三、外伸梁的影响线
x
P=1
A
C
a
b
l1
l
1 l1
l1
FRA影响线
l1 l
FRB影响线
P=1
B
(1)FRA
l2
RA

l
l
x
,
l1 x l l2
(2)FRB
l2
FRA

x l
,
l1

x

l

l2

l
当F=1在伸臂部
1
1 l2 分 移 动 时 , 其 反 力
l 影响线只需将相应
3、利用影响线这个研究移动荷载作用效应的基本工具
四、影响线——研究移动荷载作用效应的基本工具
当一个指向不变的单位集中荷载(通常竖直向下)沿结构移动 时,表示某一指定量值变化规律的图形,称为该量值的影响线。
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 F=1作用于此点时该量值的数值。
绘制影响线时,用水平轴表示荷载的作用位置,纵轴表示某位 置该量值的大小;正值画在水平轴上方,负值画在水平轴下方。
或断续分布的均布荷载。 如履带式起重机、拖拉机, 材料的任意堆放,人群的 任意走动。
x
平行移动均布荷载
可任意分布均布荷载
二、移动荷载作用所关注的问题
在移动荷载作用下,即使不考虑结构的振动,结构的支 座反力、各截面的内力和位移等(常通称为量值S)也将随 着荷载位置x而变化。
在给定的移动荷载作用下,结构的量值不仅与其所在位置 有关,而且与荷载的位置有关。其特点是:
二、简支梁的影响线
F=1
1、反力影响线 由平衡方程求影响线方程
A
B
x
12
FA
l
FB
M B 0, FA l F (l x) 0
FA

l
l
x
(0 x l)
M A 0, FB l F x 0
x FA l (0 x l)
由影响线方程绘制影响线
这些也是本章的重点内容。
三、移动荷载的研究方法
1、采用单位移动荷载(F=1) 只要把单位移动荷载作用下的某一量值(例如某一反力、 截面的某一内力或某一位移)的变化规律分析清楚了,然后 根据线弹性结构的叠加原理,就可以顺利地解决各种移动荷 载作用下的计算问题和最不利位置的确定问题。
2、 将动力移动荷载作为静力移动荷载看待 实测分析表明,吊车荷载在构件中引起的位移和内力, 要比相应的静力荷载引起的约大10%~30%。这样的动力影响, 就通过采用相应的动力系数加以考虑。
然后在右支座B处取纵标-1,再与左支座A 连一直线;
由截面C引一向下竖线与前述两直线相交; 上述三直线与基线所围成的区域就是剪力FQC的影响线。
内力影响线与内力图的比较
内力影响线与内力图虽然有时在形状上很相似,但其意
义却不同。下面以简支梁的弯矩影响线和弯矩内力图来说明。
MC影响线表示单位移动荷F=1在移动时截面C处弯矩的变 化规律;而弯矩图则表示在固定荷载F=1kN的作用下梁上不同 横截面上弯矩的变化规律。
FP=1
A
C DE
F
B
d/2 d/2
l=4d
直接荷载 5d/8
15d/16 结点荷载 3d/4
MD影响线
顶点的纵坐标为: ab/l= 3d/2×5d/2/4d=15/16d yc= 15/16d×2/3=5/8d
yE= 15/16d×4/5=3/4d
(四)、节间剪力影响线FQCE 的影响线
FP=1 A
1
yA1 yA2
+
FA影响线
yB1 yB2
1 +
FB影响线
绘制简支梁支座反力影响线规律:
简支梁某支座反力影响线为一段直线; 画反力影响线就在该支座处向上取纵标1,在另一支座处取0。
2、弯矩影响线
当F=1在C左侧移动时,
FA

l
l
x
x
FB l
A
x MC FBb l b
0 x a
第一,找出各量值S随荷载位置x变化的规律。若用函数表示, 即为影响线方程S=S(x);若用图形表示,即为下面将讨论的影响线。
第二,从以上各量值的变化规律中,找出使某一量值达到最 大值时的荷载位置,称为荷载的最不利位置,并求出相应的最不 利值。
第三,确定结构各截面上内力变化的范围,即内力变化的上 限和下限。
aa
AA
RA
A
FRA
2d h
bb 1FcNc1 dd 上承ee ff
FN1
BB CCC DD E下E 承 FF P=1
ll == 66dd
P=1
P=1
C
4d 3h FN1影响线
方法:结点法与截面法
gg
1、 FRA及FRG影响线
hh
2.FN1影响线 M C 0
P 1在ⅠⅠ以左,取右隔离体
CD
E
F
B
x FP=1
C
E
dx d
x
d
d
1
1/2
FQD 的影响线
1/4
1
在结点荷载的作用下主梁CE两点之间无外力,因此主 梁CE一段各截面的剪力都相等,通常称为结间剪力。
• 结论
①在结点荷载作用下,结构任何影响线在相 邻两结点之间为一直线。
②先作直接荷载作用下的影响线,用直线连 接相邻两结点的竖距,就得到结点荷载作 用下的影响线。
F=1 F=1 x
A
CD
FA
l
1
+
yC yD
M B 0, FA l F (l x) 0
B
FA

l
l
x
(0 x l)
——影响线方程
FA影响线 作出函数图形即得影响线。
§4.2 静力法做静定结构的影响线
一、静力法绘影响线的基本思想
影响线反映的是单位移动荷载位置x和某一量值S之间的 对应关系,因此要想绘出影响线就必须先建立两者之间的函 数关系,然后再作图。一般可遵循以下步骤:
每个量值 Sj 都随着荷载位置的移动而变化; 每个量值 Sj 的变化规律和变化范围不尽相同; 每个量值 Sj 都有一个最大值 Smax ,相应的荷载位置称 为该量值的最不利荷载位置; 所有截面同一量值的最大值中,总有一个最大者,称为 结构最大该量值,例如绝对最大弯矩 Mmax 。
因此通常主要考虑以下三方面的问题:
2、 如果单位荷载作用在C点和E点时,则结点荷载与直 接荷载完全相同,所以在结点荷载作用下,Md的影响线 在C点的竖距yc和在E点的竖距yE与直接荷载作用下相应的 竖距相等。
3、 考虑FP=1在两相邻点C、E之间纵梁上的移动情况,
FP=1到C点的距离用 x 表示,主梁在C、D两点分别受向下 的荷载:
第四章 静定结构的影响线
教学基本要求
理解影响线的概念; 掌握作静定梁和桁架内力影响线的静力法; 会用机动法作静定梁的影响线; 会利用影响线求固定荷载作用下结构的内力和移动 荷载作用下结构的最大内力;
教学重点
影响线的概念; 静力法和机动法绘制影响线; 利用影响线求移动荷载作用下的最大内力。
MC
1
与反力影响线
相同,当截面C
b
在跨内时,弯矩
和剪力影响线只
al2 需 将 相 应 简 支 梁 l 的影响线向外伸
部分延长即可。
P=1
P=1
x
D
伸臂部分影响线
A
Bd
(5) M D x,
l1
l
l2
0 x d
(6) FQD 1
M
影响线
D
0 x d
d
1
FQD影响线
⑴ 取坐标系,设单位移动荷载F=1作用点的横坐标为x; ⑵ 用静力平衡条件求出量值 S 与 x 的关系S=S(x),称为影 响线方程; ⑶ 根据影响线方程画出影响线; ⑷ 注明正负号和控制点的数值。通常将正号竖标画在水 平基线的上侧,负号画在下侧。 其中关键是用静力平衡条件求影响线方程,故称静力法。
简支梁的影响线向
外伸部分延长即可。
x
P=1
A
C
a
b
l1
l
l1
1
l
a
bl1 l
3 FQC 分段考虑
P=1在C以左,取C以右
B
FQC FRB x
l2
(l1 x a) l
P=1在C以右,取C以左
FQC FRA l x
l
(a x l l2 )
l2 l
4
§4.3 结点承载方式下梁的内力影响线
F=1
A
C
D
E
d
Kd
d
d
FA
l=4d
纵梁 横梁 B 主梁
FB
图示桥梁结构体 系,荷载直接作用 于纵梁,纵梁两端 简支于横梁,而横 梁支承于主梁上。
该图为屋面结构 体系,荷载直接作 用于楼板,楼板支 撑于次梁,而次梁 支承于主梁上。
荷载通过纵梁(楼板)下面的横梁(次梁) 传给主梁,所以主梁只在横梁(次梁)处(称 作结点)承受集中力,因此主梁承受的是结点 荷载。对主梁而言,荷载是间接作用的,称为 间接荷载。本节主要研究在结点承载方式下主 梁支座反力和内力影响线的作法。
FA
当F=1在C右侧移动时,
a
MC

FAa

(l
l
x)
a
a x l
绘制简支梁任意截面弯矩影响线规律:
x Fx=1 C
a l
F=1
B b
FB
ab
l
b
+
MC影响线
先在左支座A处取纵标a与右支座B零点连一直线; 然后在右支座B处取纵标b与左支座A 再连一直线; 两条直线与基线所围成的区域就是弯矩MC的影响线。
GG
RG
FN1 h FRG 4d 0
FN1

h

M
C
M
C
FN1


M
C
h
P 1在ⅠⅠ以右,取左隔离体
B
FRG
FN1 h FRA 2d 0
FN1

h

M
C
M
C
FN1


M
C
h
P 1在C点
4d h
M
C
1 a b l
• 做法:
1.作荷载直接作用于主梁时量值的影响线; 2.将结点投影到该影响线上; 3.将相邻投影点的竖标连以直线。
§4.5 静力法作桁架轴力影响线
上承
RA
A
下承
RG
FP=1
B
C
D
E
F
L=6l
G 等代梁
在桁架中,荷载一般是通过纵横梁系以集中荷载的形式 作用在结点上,可以用图示等代梁的形式代替。下面以结点 法和截面法为基础介绍间接荷载作用下影响线的静力作法。
影响线 弯矩图
荷载 作用位置
单位移 动荷载 变化 实际固 定荷载 不变化
横坐标
单位移动 荷载位置
截面位置
竖坐标yD
单位移动荷载移到D点时, 产生的C截面的弯矩
C点的固定荷载作用下, 产生的D截面的弯矩
x F=1
C
A
B
aD
b
l
yD
ab/l
+
MC影响线
x
F=1kN
A
C aD
b
B
l
+
yD ab/l
弯矩图
⑴ 移动的集中荷载
指一组排列、 间距和数值保持不 变的共同移动的集 中力系,又叫行列 荷载。如吊车轮压 对吊车梁的作用, 火车、汽车轮压对 桥梁的作用。

小车
吊车梁 柱
吊车桥架 牛腿

FP1 d FP1 A
FRA
l
B FRB
吊车轮压 FP FP
吊车梁
牛腿
FP K FP
A
B
l
FRA
FRB
⑵ 可动的均布荷载 指作用位置可以变动
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