静定结构的位移计算
静定结构的位移计算—图乘法计算静定结构的位移(建筑力学)

ql 2 8
) (5 8
l) 4
5ql 4 384 EI
()
温度变化时位移计算公式
设结构上侧温度变化t1,下侧温度变化t2,则杆轴线处温度变化为t0 =(h2t1+h1t2)/h。
此时任一微元体变形如图所示,包括两种形式:
①轴线伸长量du; ②截面转角dθ。
使用公式 L t L 和图中的几何关系,不难得到:
l
l
]
[t0
0
l
t h
1 2
l
l
]
-6l 18l 2 6l(1 3)()
h
h
N图
M图
支座位移时结构位移计算公式
支座位移直接引起结构位移,并不引起结构变形。因此,仅有支座位移时, 结构微元体变形为0。所以,虚拟状态内力虚功为0。将这一结论代入结构位移计 算的一般公式,即可得到支座位移时结构的位移计算公式:
N Nds EA
荷载作用下位移计算步骤
(1)计算位移状态(实际状态)结构内力:M、Q、N; (2)假设虚拟状态(受力状态); (3)并求其内力 M、 、Q ;N (4)代入位移计算公式并求解。
计算示例
例:计算图(a)所示简支梁中点C处得竖向线位移(EI为常数)。
(a)实际状态
(b)虚拟状态
解:(1)计算实际状态弯矩
位置如图a所示。
(3)当图形的面积和形心位置不易
图b
确定时,可将其分解为几个简单的图形,分
别与另一图形相乘,最后把结果相加,图b。
图a
(4)当y0所在图形是由若干直线段
组成的折线时,应分段进行图乘,再进行叠
加,图c。
(5)当直杆各杆段截面性质不同,即
EI不同时,应分段图乘,再进行叠加,图d。
静定结构的位移计算—结构位移公式及应用(工程力学课件)

【例4】求图示桁架k点水平位移. (各杆EA相同)
P
P
0
NP 0
P a
2P k
a
1
1 2 2 Ni
Δ= FN FNP l
EA
1
1
解:
kx
1 [(1)(P)a EA
(1)( P )a
2 2P 2a] 2(1 2) Pa () EA
ds
FN FNP EA
ds
1. 梁和刚架
在梁和刚架中,由于轴向变形及剪切变形产 生的位移可以忽略,故位移计算公式为:
2. 桁架
Δ=
MMP EI
ds
Δ=
FN FNP ds FN FNP ds FN FNPl
EA
EA
EA
1
MMP EI
ds
kFQ FQP GA
ds
FN FNP EA
ds
若结构只有荷载作用,则位移计算一般公式为:
1 (M ds FQ 0 FN )ds
MP
EI
0
kFQ P GA
FNP
EA
1
MMP EI
ds
kFQ FQP GA
ds
FN FNP EA
ds
适用条件:小变形、线弹性
➢ 正负号规则
1
MMP EI
ds
kFQ FQP GA
ds
FN FNP EA
M、FQ、FN、FRK :单位载荷 FP1 1在结构中产生
的内力和支座反力
➢ 单位荷载法
一次计算一种位移
求绝对位移!
BF
C
D
q
实际状态
(位移状态)
CH求、CV、C
静定结构的位移计算

第4章
二、单位荷载法
1、定义:应用虚力原理,通过加单位力求实际位移的方法。 2、计算结构位移的一般公式
PK=1 RK
1
RK RK3
2
( a , a , a , Ca )
位移状态
RK
4
(M K ,Q K , N K , RK )
虚力状态
对上述两种状态应用虚功原理:
1 Ka R K 1 C a1 R K 2 C a 2 M K a ds Q K a ds N K a ds
P/2
P/2
c
c
CV
4、结构的动力计算和稳定分析中,都常需计算结 构的位移。
第4章
三、计算位移的有关假定
2、小变形假设。变形前后荷载作用位臵不变。 3、结构各部分之间为理想联结,不计摩擦阻力。 4、当杆件同时承受轴力与横向力作用时, 不考虑由于杆 弯曲所引起的杆端轴力对弯矩及弯曲变形的影响。
ω1
ω2
MP图
1 Δ (ω1 y1 ω2 y2 ) EI
第4章
3、当杆件为变截面时亦应分段计算; y1
EI1
y2
EI 2
MK图
ω1
EI1
ω2
EI 2
MP图
1 1 Δ ω1 y1 ω2 y2 EI1 EI 2
第4章
4、图乘有正负之分:弯矩图在杆轴线同侧时,取正号; 异侧时,取负号。
13860 0.0924m( ) EI
第4章
例题 试求左图所示刚架C点的竖向位移AV和转角C。 EI 1.5 105 KN m 2 各杆材料相同,截面抗弯模量为:
MB A
力状态(状态1)
静定结构的位移计算—结构位移计算的一般公式(建筑力学)

W外 P Ri ci
根据虚功原理得:
W内 Md Qds Ndu
Md Qds Ndu Ri ci
①求线位移 其虚拟状态的外荷载为与所求线位移同位 置、同方向的一个单位集中力。 ②求角位移 其虚拟状态的外荷载为与所求角位移同位 置的一个单位力偶。
求线位移
求角位移
ห้องสมุดไป่ตู้
位移计算的两种状态
③求相对线位移
其虚拟状态的外荷载为与所求相对线位移
的两点连线共线、方向相反的一对单位集中力。
④求相对角位移
其虚拟状态的外荷载为作用在所求相对角 位移的两个截面位置处的一对转向相反的单位 力偶。
②结构任一微元体变形
轴向变形 du、切向变形 、ds角位移 。d
位移计算的两种状态
2.虚拟状态(受力状态)
指结构在某种因素(荷载、温度变化、支座位移等)作用下产生位移的之前所处的受力平衡 状态。该平衡状态一般是未知的,它并不影响实际的结构位移,通常可以随意假设,因此也称为 虚拟状态。通常假设虚拟状态的外荷载为与所求位移对应的单位荷载。具体对应关系如下:
虚功原理
1.实功与虚功
(1)实功:力×位移(位移由做功的力引起) (2)虚功:力×位移(位移由其它因素引起)
2.虚功原理 W外 W内
位移计算的两种状态
1.实际状态(位移状态)
指结构在某种因素(荷载、温度变化、支座位移等)作用下产生位移的时刻所处的状态。此 时,结构位移和变形表示为:
①支座的位移
水平位移 c1、竖向位移 、c2转角 。 c3
M
求相对线位移
虚拟状态中,由外荷载引起的支座反力和内力分别记为:
支座反力:水平反力 R、1 竖向反力 、R 2支座转角 。R3 内力:弯矩 M、剪力 、Q轴力 。N
第6章 静定结构位移计算

二、 单位荷载法 1、定义:在所求点所在位移方向加上单位 力,将实际状态的真实位移视作虚拟平衡状态的 虚位移。应用虚功原理,通过加单位荷载求实际 位移的方法。 2、计算结构位移的一般公式
F K+ FRiCi= M d + FNdu + FQdv
式中, F =1 则
六.线弹性体系的特征 1)结构的变形与其作用力成正比
若单位力P1=1作用下产生
的位移δ ,则力P作用下在 K处产生的位移为Pδ
2)结构的变形或位移服从叠加原理
P1
P2
Pi
K Δ
Pn
δ K i 表示Pi=1时 在K处产生的位移。
Δ= P1 K 1 P2 K 2 Pn Kn
P
i i 1
n
Ki
6.2 变形体系的虚功原理 一、变形体的虚功原理 功:力对物体作用的累计效果的度量。 功=力×力作用点沿力方向上的位移 实功 :力在自身引起的位移上所作的功 静力荷载:荷载由零逐渐以微小的增量缓慢地增加 到最终值。结构在静力加载过程中,荷载及内力始 终保持平衡。
虚功: 力在其他因素引起的位移上作的功 其特点是位移与作功的力无关,在作功的过程 中,力的大小保持不变 梁弯曲后,再在点2处加静力荷载FP2,梁产生新 的弯曲。位移△12为力FP2引起的FP1的作用点沿FP1 方向的位移。力FP1在位移△12 上作了功,为虚功, 大小为 W12=FP1△12,此时力不随位移而变化,是 常力。
单位广义力有截然相反的两种设向,计算出的 广义位移则有正负之分: 正值表示广义位移的方向与广义力所设的指向相同 负值表示广义位移的方向与广义力所设的指向相反
力的虚设方法
Fp=1 C Fp=1 B C
静定结构位移计算

⑷需求某两截面相对角位移时,应在两截面处加一对大小相等、转向相反
的单位力偶矩 m=1,如图(d)。
F=1 • A
(a)
m=1 •A
•A
F=1
(b)
F=1
•
B
(c)
•
B m=1
•A m=1
(d)
*⑸需求桁架某杆件角位移或某两杆相对角位移时,因桁架只受轴力,故
须将单位力偶矩 m=1 转化为
1 d
的结点力作用在该杆两端上,下图
结构在使用过程中不允许产生过大变形,必须加以限制。 ⑵为制作和架设结构提供计算依据(如起拱,作图说明)。 ⑶为分析超静定结构作准备。 使结构产生位移的因素主要有三个: ⑴荷载作用。 ⑵温度变化和材料热胀冷缩。 ⑶支座沉降和制造误差。 计算结构位移的两种方法: ⑴以杆件变形关系为基础的几何物理方法。
如计算梁挠度、转角的重积分法。 ⑵以功能原理为基础的单位荷载法,即以虚功原理为基础的单位荷载法。
A l
x B (a) 单位力作用下的弯矩表达式为:
M = -x
1
实际荷载作用下的弯矩表达式为:
A l
B (b)
x
MP
=
-
qx 2 2
故 B 端竖向位移为:
ΔBy =
l MP (x)M(x)dx = 1
0 EI
EI
l (-
0
1qx2 )(-x)dx 2
=
1 qx4 [
EI 8
Δ =
MP (x)M(x)dx + FNP FN L
EI
EA
(5-8)
(梁式杆)
(链杆)
*⑷拱和曲杆
对于一般的拱和曲杆,通常只考虑弯曲变形的影响,即可按梁和刚架
静定结构的位移计算概述

图10-1
不同的截面具有不同的线位移和 角位移。结构除了在荷载作用下会产 生位移外,温度改变、支座移动、材 料胀缩和制造误差等非荷载因素也会 使结构产生位移。本章主要研究结构 在荷载作用下的位移计算问题。
1. 2 计算结构位移的目的
计算结构位移的目的主要有以下几方面:
1. 校核结构或构件的刚度 刚度是指结构或构件在荷载作用下抵抗变形的能力。为确保结构或构件在使 用过程中不致发生过大变形而影响结构的正常使用,需要校核结构或构件的刚度。
建筑力学
静定结构的位移计算概述
1. 1 结构位移的概念和影响因素
结构在外界因素 ( 荷载、温度变化、支座沉降等 ) 作用下将产生内力和变形。 由于变形,必然导致结构上各点的位置发生移动,同时截面也将发生转动,这些位 置改变量称为结构的位移。
结构的位移一般分为线位移和角位移两 种。图10-1a 所示的刚架在荷载作用下,结构 产生图中虚线表示的弯曲变形,引起刚架的 A 点位置发生了改变,即 A 点移动到 A' 点, 产生线位移为 ΔA ,而线位移 ΔA 通常分解为 水平方向的分位移 ΔH和铅垂方向的分位移 ΔV , 如图10-1b 所示。与此同时,截面 A 还产生角 位移,如图10-1a 所示。
2. 为超静定结构的内力分析奠定基础 超静定结构的内力计算只通过平衡条件是不能完全确定的,还必须同时考虑 变形条件,即超静定结构要同时满足平衡条件和变形连续条件,而建立变形连续条 件时需要计算结构的位移。
3. 便于结构或构件的制作和施工 结构或构件在制作、施工等过程中需要预先知道该结构或构件可能发生的位 移,以便采取必要的措施 (建筑起拱),确保结构或构件的正常使用。
建筑力学
由此可见,结构的位移计算在结构分析和实际工程中具有重要的意义。
结构力学——静定结构位移计算

结构力学——静定结构位移计算在工程和建筑领域中,结构力学作为一门重要的学科,主要研究了结构的受力、变形、破坏机理等问题。
其中,静定结构位移计算是结构力学中的一个重要内容。
静定结构所谓静定结构,是指能够通过静力学方程求解出所有节点的受力、反力和变形的结构。
这种结构是不需要知道材料的物理性质和荷载的实际情况的。
在静定结构中,结构的支座固定方式和荷载情况是已知的,因此能够通过解决一组静力学方程,求解出结构中节点的受力和变形。
静定结构位移计算静定结构位移计算是静定结构的重要计算方法之一。
在结构分析中,位移是一种常见的形变量,它反映了物体在载荷作用下发生的形变情况。
在静定结构中,位移是结构的重要参数之一。
它可以通过求解一组线性方程组得到。
具体来说,就是通过应变—位移—节点力关系,将结构各节点位移用系数矩阵和加载节点力表示出来,再通过求解一个线性方程组,就可以得到各节点的位移值。
静定结构位移计算的步骤静定结构位移计算中的步骤包括:1.列出节点位移方程节点位移与内力之间有一定的关系,可以通过位移方程和内力方程来表示。
这些方程可以根据物理实际条件进行建立。
2.确定支座反力支座反力是从位移计算中得到的结果之一。
支座反力是指结构上所有支点所承受的力,在位移计算时是必须考虑的。
3.形成节点位移方程组形成节点位移方程组时,需要考虑杆件的个数、受力条件、材料特性、支座情况等因素。
4.解出节点位移通过解一个线性方程组,我们可以根据已知的节点力和位移方程,求出每个节点的位移值。
静定结构位移计算的应用静定结构位移计算在现代工程设计中具有广泛的应用。
它能够在保证结构稳定的前提下,可以对结构进行优化设计,提高结构的安全性、稳定性、经济性等方面的性能。
除此之外,静定结构位移计算还可以应用于建筑设计、桥梁设计、机械设计、工业生产等领域中。
它可以提供结构设计的数据支持,为结构工程的实施提供参考。
静定结构位移计算是结构力学中的一个重要方向,其计算方法基于静力学方程进行,其特点是简单、可靠和实用。
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第三章 静定结构的位移计算一、判断题:1、虚位移原理等价于变形谐调条件,可用于求体系的位移。
2、按虚力原理所建立的虚功方程等价于几何方程。
3、在非荷载因素(支座移动、温度变化、材料收缩等)作用下,静定结构不产生内力,但会有位移且位移只与杆件相对刚度有关。
4、求图示梁铰C 左侧截面的转角时,其虚拟状态应取:A.;;B.D.C.=1=15、功的互等、位移互等、反力互等和位移反力互等的四个定理仅适用于线性变形体系。
6、已知M p 、M k 图,用图乘法求位移的结果为:()/()ωω1122y y EI +。
M kM p21y 1y 2**ωω( a )M =17、图a 、b 两种状态中,粱的转角ϕ与竖向位移δ间的关系为:δ=ϕ 。
8、图示桁架各杆E A 相同,结点A 和结点B 的竖向位移均为零。
aa9、图示桁架各杆EA =常数,由于荷载P 是反对称性质的,故结点B 的竖向位移等于零。
二、计算题:10、求图示结构铰A 两侧截面的相对转角ϕA ,EI = 常数。
qlll /211、求图示静定梁D 端的竖向位移 ∆DV 。
EI = 常数 ,a = 2m 。
a a a10kN/m12、求图示结构E 点的竖向位移。
EI = 常数 。
ll l l /32 /3/3q13、图示结构,EI=常数 ,M =⋅90kN m , P = 30kN 。
求D 点的竖向位移。
P 3m3m3m14、求图示刚架B 端的竖向位移。
q15、求图示刚架结点C 的转角和水平位移,EI = 常数 。
q16、求图示刚架中D点的竖向位移。
EI =常数。
l ll/217、求图示刚架横梁中D点的竖向位移。
EI=常数。
18、求图示刚架中D点的竖向位移。
E I = 常数。
qll l/2219、求图示结构A、B两截面的相对转角,EI=常数。
l/23l/320、求图示结构A、B两点的相对水平位移,E I = 常数。
ll21、求图示结构B 点的竖向位移,EI = 常数。
ll22、图示结构充满水后,求A 、B 两点的相对水平位移。
E I = 常数 ,垂直纸面取1 m 宽,水比重近似值取10 kN / m 3。
23、求图示刚架C 点的水平位移 ∆CH ,各杆EI = 常数。
4m4m3m 2kN/m24、求图示刚架B 的水平位移 ∆BH ,各杆 EI = 常数 。
3m 4m4mq25、求图示结构C 截面转角。
已知 :q=10kN/m , P =10kN , EI = 常数 。
P26、求图示刚架中铰C 两侧截面的相对转角。
27、求图示桁架中D 点的水平位移,各杆EA 相同 。
aD28、求图示桁架A 、B 两点间相对线位移 ∆AB ,EA=常数。
a一a一a一29、已知b abau u u u ]2/)([sin d cos sin 2⎰=,求圆弧曲梁B 点的水平位移,EI =常数。
AB R30、求图示结构D点的竖向位移,杆AD的截面抗弯刚度为EI,杆BC的截面抗拉(压)刚度为EA。
a331、求图示结构D点的竖向位移,杆ACD的截面抗弯刚度为EI,杆BC抗拉刚度为EA 。
32、求图示结构S杆的转角ϕS。
( EI = 常数,EA EI a=/2)。
aaa a33、刚架支座移动与转动如图,求D点的竖向位移。
a a/a//4002234、刚架支座移动如图,c1= a / 2 0 0 ,c2= a /3 0 0 ,求D点的竖向位移。
c2a a35、图示结构B支座沉陷∆= 0.01m ,求C点的水平位移。
36、结构的支座A发生了转角θ和竖向位移∆如图所示,计算D点的竖向位移。
θADl/l l237、图示刚架A支座下沉0.01l,又顺时针转动0.015 rad ,求D截面的角位移。
D0.015radAh0.01l l l38、图示桁架各杆温度均匀升高t o C,材料线膨胀系数为α,求C点的竖向位移。
a aa39、图示刚架杆件截面为矩形,截面厚度为h , h/l = 1/ 20 ,材料线膨胀系数为α,求C点的竖向位移。
CA-3-3+t+tttl40、求图示结构B点的水平位移。
已知温变化t110=℃,t220=℃,矩形截面高h=0.5m,线膨胀系数a = 1 / 105。
t 1t 2t 4mB141、图示桁架由于制造误差,AE 长了1cm ,BE 短了1 cm ,求点E 的竖向位移。
A CB E2cm2cm2cm42、求图示结构A 点竖向位移(向上为正)∆AV 。
aaA43、求图示结构C 点水平位移∆CH ,EI = 常数。
2EI l 3=644、求图示结构D 点水平位移 ∆DH 。
EI= 常数。
l EI l =33lk45、BC 为一弹簧,其抗压刚度为 k ,其它各杆EA = 常数,求A 点的竖向位移。
第七章影响线及其应用一、判断题:1、图示结构MC 影响线已作出如图(a)所示,其中竖标Ey表示P = 1在E时,C截面的弯矩值。
MC影响线yE(a)A B60kNC(b)2、图(b)所示梁在给定移动荷载作用下,支座B反力最大值为110 kN。
二、作图、计算题:3、作图示梁中R A、M E的影响线。
2aa aA B C DEa4、单位荷载在梁DE上移动,作梁AB中R B、M C的影响线。
a a2a5、作图示结构RB、QB右影响线。
4m4m2m2m6、作图示梁的M K 、Q E 影响线。
aaaa aaaaKEF 27、单位荷载在刚架的横梁上移动,作M A 的影响线(右侧受拉为正)。
8、图示结构P = 1在DG 上移动,作M C 和Q C 右的影响线。
4m4m 4m 4m9、作图示结构的M B 影响线。
4m 2m10、作图示结构:(1)当P = 1在AB 上移动时,M A 影响线;(2)当P = 1在BD 上移动时,M A 影响线。
ll11、作图示结构的M C 、Q F 影响线。
设M C 以左侧受拉为正。
l /2l /2l /2l /212、单位荷载在桁架上弦移动,求N a 的影响线。
d d d13、单位荷载在桁架上弦移动,求N a 的影响线。
ddd14、作图示桁架的V 3影响线。
a aaa15、单位荷载在DE 上移动,求主梁R A 、M C 、Q C 的影响线。
16、作图示结构Q C 右的影响线。
lllllll17、作出图示梁M A 的影响线,并利用影响线求出给定荷载下的M A 值。
2m2m1m18、P = 1沿AB 及CD 移动。
作图示结构M A 的影响线,并利用影响线求给定荷载作用下M A 的值。
2m2m4m40kN/mA19、作图示梁的Q C 的影响线,并利用影响线求给定荷载作用下Q C 的值。
100kN20、图示静定梁上有移动荷载组作用,荷载次序不变,利用影响线求出支座反力R B 的最大值。
4m21、绘出图示结构支座反力R B 的影响线,并求图示移动荷载作用下的最大值。
(要考虑荷载掉头)1kN1m2m 4m2m4m第三章 静定结构位移计算(参考答案)1、( X ) 2、( O ) 3、( X ) 4、( C ) 5、( O )6、( X )7、( O )8、( O ) 9、( X )10、EIqlA2473=ϕ11、∆DV EI =↓140/()() 12、()∆EV ql EI =-↑74324/()13、()∆DV EI=⋅↓14852kN m 3 14、()()∆BVql EI =↓516415、ϕC ql EI=32416、 ()DVPlEI∆=↓724317、()DVqa EI∆=↓6524418、∆DV ql EI =2533844/ ()↓19、AB Pl EI ϕ=492/20、()33Pl EI /←→21、)(22↓=∆EIMlBV22、AB H ∆= - 8l 5/ 3 E I (→←) ( m)23、()()∆CH EI =→38024、∆BH =2 7 2 . 7 6 / ( E I ) (25、()ϕc EI=↓116226、∆C ql EI=3227、()()∆DH Pa EA =+→21228、∆AB PaEA=1414. )29、M PR P =-sin θ,M R =--(cos )1θ,()∆BH PR EI =→32/30、∆DV Pa EI Pa EA =+↓812543//()31、∆DV qa EI qa EA =+↓112415842//()32、φSRPa EI=32 )33、=∆DV=⋅⨯-625103a34、 ∆DV R c =-⋅=∑()-↑a /48035、∆∆CH R =-⋅=∑--⋅=()1∆∆ (→)36、DVl ∆∆=+↑θ//()2237、Dr a d ϕ=0025.( )38、CVt Nl t a a a ∆==⨯⨯+⨯⨯+⨯-⨯⨯=∑αα0223134256540(//(/)/)39、()c v t l t l t l ∆=-=-↑ααα120119 40、∆C D Hcm =0795.41、042、432Ma EI(↑) 43、)(2→=∆EIMlCH44、)(453→=∆EIPl DH。