位移法基本原理及方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,位移法的基本原理,(Fundamentals of Displacement Method),已有的知识：,（,2,）,静定结构的内力分析和位移计算；,（,1,）,结构组成分析；,（,3,）,超静定结构的内力分析和位移计算,力法；已解得如下单跨梁,结果。,A,B,A,B,位移法中的,基本单跨梁,表示要熟记！,超静定单跨梁的力法结果,(1),形,形,载,形,=,形常数,载,=,载常数,超静定单跨梁的力法结果,(2),载,载,载,超静定单跨梁的力法结果,(3),载,载,载,1,超静定单跨梁的力法结果,(4),形,载,形,载,超静定单跨梁的力法结果,(5),载,载,载,超静定单跨梁的力法结果,(6),载,载,载,载,超静定单跨梁的力法结果,(7),载,载,载,形,回顾力法的思路：,（,1,）,解除多余约束代以基本未知力，确定基本结构、基本体系；,（,2,）,分析基本结构在未知力和,“,荷载,”,共同作用下的变形，消除与原结构的差别，建立力法典型方程；,（,3,）,求解未知力，将超静定结构化为静定结构。,核心是化未知为已知,在线性小变形条件下，由叠加原理可得,单跨超静定梁在荷载、温改和支座移动共同作用下,F,P,x,y,其中：,称杆件的,线刚度,。,为由荷载和温度变化引起的杆端弯矩，称为,固端弯矩,。,转角位移方程,(,刚度方程,),Slope-Deflection(Stiffness)Equation,同理，另两类杆的转角位移方程为,A,端固定,B,端铰支,A,端固定,B,端定向,位移法第一种基本思路,图示各杆长度为,l,EI,等于常数,分布集度,q,集中力,F,P,力偶,M,.,如何求解,?,q,F,P,F,P,M,力法未知数个数为,3,但独立位移,未知数只有一,(,A,点转角,设为,).,F,P,F,P,位移法第一种基本思路,在此基础上,由图示结点平衡得,利用转角位移,方程可得,:,第一种基本思路,位移法思路,(,平衡方程法,),以某些结点的位移为基本未知量,将结构拆成若干具有已知力,-,位移,(,转角,-,位移,),关系的单跨梁集合,分析各单跨梁在外因和结点位移共同作用下的受力,将单跨梁拼装成整体,用平衡条件消除整体和原结构的差别,建立和位移个数相等的方程,求出基本未知量后,由单跨梁力,-,位移关系可得原结构受力,第二种基本思路,图示各杆长度为,l,EI,等于常数,分布集度,q,集中力,F,P,力偶,M,.,如何求解,?,q,F,P,F,P,M,F,P,F,P,以,A,点转角做基本未知量,设为,.,在,A,施加限制转动的约束,以如图所示体系为基本体系,(,基本结构的定义和力法相仿,).,第二种基本思路,利用“载常数”可作,图示荷载弯矩图,利用“形常数”可作,图示单位弯矩图,根据两图结点平衡,可得附加约束反力,第二种基本思路,位移法思路,(,典型方程法,),以位移为基本未知量,先“固定”（不产生任何位移）,考虑外因作用，由,“载常数”,得各杆受力,作弯矩图。,令结点产生单位位移（无其他外因），由“,形常数”,得各杆受力,作弯矩图。,两者联合原结构无约束，应无附加约束反力（平衡）,.,列方程可求位移。,基本思路,典型方程法：,仿力法，按确定基本未知量、基本结构，,研究基本体系在位移和外因下的“反应”，,通过消除基本体系和原结构差别来建立位移法基本方程（平衡）的上述方法。,平衡方程法：,利用等直杆在外因和杆端位移下由迭加所建立杆端位移与杆端力关系（转角位移）方程,由结点、隔离体的杆端力平衡建立求解位移未知量的方法。,基本思路,两种解法对比：,典型方程法和力法一样，直接对结构按统一格式处理。最终结果由迭加得到。,平衡方程法对每杆列转角位移方程，视具体问题建平衡方程。位移法方程概念清楚，杆端力在求得位移后代转角位移方程直接可得。,位移法方程：,两法最终方程都是,平衡方程,。整理后形式均为：,典型方程法基本概念,位移未知量,结点位移包括角位移和线位移,独立角位移,n,a,=,刚结点数；,独立线位移,n,l,=?,不考虑轴向变形时：,n,l,=,刚结点,变成铰，为使铰结体系几何不变所需加的支杆数。,考虑轴向变形时：,n,l,=,结点数,2,约束数,总未知量,n,=,n,a,+,n,l,。,位移未知数确定举例,位移未知数确定举例,位移未知数确定举例,位移未知数确定举例,位移未知数确定举例,位移未知数确定练习,位移未知数确定练习,位移未知数确定练习,位移未知数确定练习,典型方程法基本概念,基本结构：,加约束“无位移”,能拆成已知杆端力,-,杆端位移关系“单跨梁”的超静定结构。,基本体系：,受外因和未知位移的基本结构。,典型方程法基本概念,基本方程：,外因和未知位移共同作用时,附加约束没有反力,实质为平衡方程。,外因,附加反力,为零,未知位移,典型方程法步骤,确定独立位移未知量数目（隐含建立基本体系，支杆只限制线位移，限制转动的约束不能阻止线位移）,作基本未知量分别等于单位时的单位弯矩图,作外因（主要是荷载）下的弯矩图,由上述弯矩图取结点、隔离体求反力系数,典型方程法步骤,建立位移法典型方程并且求解：,按迭加法作最终弯矩图,取任意部分用平衡条件进行校核,例一,:,用位移法计算图示刚架,并作弯矩图,.,E,=,常数,.,单位弯矩图和荷载弯矩图示意图如下,:,熟记了“形、载,常数”吗？,如何求？,图,4,i,4,i,8,i,2i,单位弯矩图为,图,8,i,8,i,4,i,4,i,4,i,2,i,4,i,8,i,4,i,4,i,4,i,8,i,8,i,取结点考虑平衡,荷载弯矩图,图,取结点考虑平衡,位移法典型方程：,最终内力：,请自行作出最终,M,图,例二,:,用位移法计算图示刚架,并作弯矩图,.,E,=,常数,.,单位弯矩图和荷载弯矩图示意图如下,:,熟记了“形、载,常数”吗？,如何求？,4,i,6,i,6,i,k,11,6,i/l,k,12,=,k,21,k,12,=,k,21,k,21,=,k,12,6,i/l,k,22,3,i/l,2,3,i/l,2,12,i/l,2,R,1P,由形、载常数可得单位和荷载弯矩图如下,:,6,i,6,i,4,i,2,i,3,i/l,3,i/l,6,i/l,ql,2,/,8,ql,2,/,8,R,2P,3,ql/,8,取结点和横梁为隔离体，即可求得全部系数,请自行列方程、求解并叠加作弯矩图,例三,:,图示等截面连续梁,B,支座下沉,C,支,座下沉,0.6,.,EI,等于常数,作弯矩图,.,单位弯矩和支座位移弯矩图的示意图如下,:,熟记了“形常数”,吗？,如何求？,单位弯矩图和荷载弯矩图示意图如下,:,例四,:,用位移法计算图示刚架,并作弯矩图,.,E,=,常数,.,4m,熟记了“形常数”,吗？,40,如何求？,3,EI,/16,特殊情况讨论（剪力分配法）,如何求解工作量最少,?,例五,:,用位移法计算图示刚架,并作弯矩图,.,E,=,常数,.,3 m,6,kN/m,3,I,对称时,3 m,6,kN/m,3,I,反对称时,对称荷载组,用位移法求解,反对称荷载组,用力法求解,联合法,例六,:,用位移法计算图示刚架,并作弯,矩图,.,E,=,常数,.,利用对称性,C,处什麽,支座,?,怎样才能拆成,有力,-,位移关系的单跨,梁,?,n,等于多少,?,利用对称性,BC,杆属于哪类“单元”,?,它的单位和荷载弯矩图怎麽作,?,取,半,计,算,简,图,例七,:,刚架温度变化如图,试作其弯矩图,.,EI,=,常数,截面为矩形,高为,h,.,线胀系数,4 m,B,利用对称性后,B,点有没有位移,?,A,点线位移已知否,?,取半结构位移未知数等于几,?,请自行求解！,例八,:,试作图示结构弯矩图,.,请自行列方程、求解并叠加作弯矩图,例九,:,试作图示结构弯矩图,.,请自行列方程、求解并叠加作弯矩图,已知楼层第,j,个柱子的抗侧移刚度为,12,EI,j,/h,3,那么图示层侧移刚度,k,i,等于多少？,k,i,=,12,EI,j,/h,3,k,ii,、,k,ii+1,=,多少？,n,层刚架结构刚度矩阵,K,什么样？,例十,:,试作图示结构弯矩图,.,135,o,7.071,i,/,l,7.071,i,/,l,5.657,i,/,l,ql,2,/8,9,i,/,l,2,7.071,i,/,l,请自行求系数、列方程、求解并叠加作弯矩图,力法、位移法对比,力法,基本未知量：多余力,基本结构：一般为静定结构，能求,M,的超静定结构也可。,作单位和外因内力图,由内力图自乘、互乘求系数，主系数恒正。,建立力法方程（协调）,位移法,基本未知量：结点独立位移,基本结构：无位移超静定次数更高的结构,作单位和外因内力图,由内力图的结点、隔离体平衡求系数，主系数恒正。,建立位移法方程（平衡）,解方程求独立结点位移,迭加作内力图,用变形条件进行校核,解方程求独立结点位移,迭加作内力图,用平衡条件进行校核,混合法,基本思路,联合法,是一个计算简图用同一种方法，联合应用力法、位移法。,混合法,则是同一个计算简图一部分用力法、另一部分用位移法。超静定次数少，独立位移多的部分取力为未知量。超静定次数多，独立位移少的部分取位移作未知量。,用混合法计算图示刚架,并作弯矩图,.,EI,=,常数,.,