移动荷载作用下的结构计算-课件.ppt
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- 移动 荷载 作用 结构 计算 课件
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1、第6章 移动荷载作用下的结构计算6.1移动荷载和影响线的概念6.2静力法作单跨静定梁的影响线6.3机动法作单跨静定梁的影响线6.5固定荷载作用下利用影响线求内力和支座反力6.6确定最不利荷载位置6.4机动法作连续梁影响线6-1 概述一、移动荷载 荷载的大小、方向一定,但荷载位置连续变化的荷载就称为移动荷载。汽车或火车轮压产生的移动荷载的特点是:一组竖向集汽车或火车轮压产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。互间的位置也固定,作为整体在结构上移动。FP1FP2
2、FP3FP4a1a3a2ba4q 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。结构在移动荷载作用下,主要讨论下述问题:1)对于给定截面C,其位移或内力(例如Mc)当给定的移动荷载在什么位置时得到最大值?该问题是求移动荷载的最不利位置问题。2)对于给定的移动荷载组,简支梁AB上哪个截面的弯矩当移动荷载在什么位置时取得最大值?该问题是简支梁绝对最大弯矩的求解问题。此外,还要讨论简支梁和连续梁的内力包络图的画法等问题。为求解以上问题,首先讨论为求解以上问题,首先讨论单个集中荷载单个集中荷载F FP P=1=1在结构上移动在结构上移
3、动时结构内力和位移的变化规律时结构内力和位移的变化规律,即影响线。即影响线。影响线定义影响线定义:当一个指向不变的单位集中载荷当一个指向不变的单位集中载荷F FP P=1=1在结构上移在结构上移动时动时,表示某一指定量值随荷载位置变化规律的图形表示某一指定量值随荷载位置变化规律的图形,称为该称为该量值的影响线。量值的影响线。FP=1xBAlFRA0(0)BRAPMlxFFxll图示简支梁,支座图示简支梁,支座A A的反力的反力F FRARA的变化规律。的变化规律。(0)RAlxFxllFRA影响线y1在影响线图形中,横坐标在影响线图形中,横坐标x x表示单位移动荷载在梁上的位置;纵表示单位移动
4、荷载在梁上的位置;纵坐标坐标y y表示当单位荷载在该位置时,某量值的大小。表示当单位荷载在该位置时,某量值的大小。BFP1AFP21122RAPPFF yF y某量值的影响线一经绘出就可以利用叠加原理求在具体荷载作用某量值的影响线一经绘出就可以利用叠加原理求在具体荷载作用下的反力和内力下的反力和内力,如如A A支座的反力支座的反力F FRARA为:为:FRA影响线y1y216-2 静力法作单跨静定梁影响线梁弯矩M的正负号:剪力FQ的正负号:轴力FN的正负号:一、内力和支座反力的正负号 竖向反力通常以向上为正,向下为负。二、简支梁的影响线0BM 1.支座反力影响线0AMFP=1xBAlabCRA
5、FRBF用静力平衡方程求出 的函数关系,即影响线方程,然后画出函数图形就求得了 的影响线。ZxZ静力法作影响线:静力法作影响线:(0)RAlxFxll(0)RBxFxllFRA影响线FRB影响线112.弯矩影响线当FP=1在AC段,取CB段作隔离体:0(0)CCRBMMF bxa当FP=1在CB段,取AC段作隔离体:0CMabablFP=1xBAlabCRAFRBF()CRAMFaaxlMC影响线 0(0)yQCRBFFFxa 0()yQCRAFFFaxlFQC影响线 llblal3.剪力影响线当FP=1在AC段,取CB段作隔离体:当FP=1在CB段,取AC段作隔离体:FP=1xBAlabCR
6、AFRBF三、影响线与内力图的区别ablblalFQC图 MC图内力图 影响线 blalablFQC影响线 MC影响线 xFP=1ACablBACablBFP=12)纵坐标y:影响线图中,y是当FP=1在该位置时影响系数的值;内力图中,y是梁该截面的内力值。1)横坐标x:影响线图中,x是移动荷载的位置;内力图中,x是梁截面位置。3)荷载位置:求影响线时,F=1是移动荷载;内力图中,荷载位置固定。在FQC影响线图中,竖标 是当FP=1自C截面右边靠近时,FQC的值;竖标 则是P=1 自自C截面左边靠近点时FQC的值,如右图所示。blalllblal四、外伸梁的影响线作外伸梁的影响线时,先画出简支
7、梁的影响线,然后延伸至悬臂段。1.支座反力影响线FRA及FRB的影响线如右图示。()RARBlxxFFlldxld00BAMM由及得:1dldllFRA影响线 1dldllFRB影响线 xFP=1ACablBddEDRAFRBF0()0()CCRByQCRBMMF bdxaFFFdxa 2.C截面弯矩及剪力影响线0()0()CCRAyQCRAMMF aaxldFFFaxld MC影响线 FQC影响线 adlbdlabldldlblal3.作FQA右及A左截面内力影响线先作FQA右影响线。(0)RAQAFFxld 右0RBQAFFdx 右d1MA左影响线FQA左影响线xFP=1ACablBddE
8、DRAFRBFdldllFQA右影响线小结:外伸梁简支段AB某截面弯矩和剪力的影响线在AB段与简支梁相同,伸臂段图形则是简支段图形的延伸。容易作出左截面的内力影响线如右图。6-3 机动法作单跨静定梁的影响线 机动法作静定结构影响线是应用虚功原理(虚位移原理)把求影响线的静力平衡问题转化为作刚体位移图的几何问题。对于单跨或多跨梁,由于刚体位移图很容易确定,所以影响线的求解十分简捷。机动法作影响线的步骤:1)撤除与Z相应的约束,代以未知力。2)使体系沿Z的正方向发生虚位移,作出荷载作用点的竖向虚位移图,即Z的影响线轮廓。3)再令Z=1,定出影响线竖标的值。4)基线以上为正的影响线,基线以下为负的影
9、响线,注意:机动法做影响线要满足约束条件注意:机动法做影响线要满足约束条件ACDZBBMP图MB影响线/2lxFP=1ABCDl/2l/2l/2l/2FQB右影响线lQBF右ZADBCP图l1/2FQB左影响线DACBZ/2Z/ZlQBF左/ZlP图1m3m1m3m1m2m2m1mP=1HAKBECFDG11m1/43/49/49/29/4 I.L.Mk(m)1/43/49/49/29/4影响线KMQk11/43/41/43/43/23/4I.L.QKMC111m3m1m3m1m2m2m1mP=1HAKBECFDG1/43/41/43/43/23/422I.LMC(m)1影响线CM影响线QCF
10、121RD11.51m3m1m3m1m2m2m1mP=1HAKBECFDG 1211.5QE影响线QEF影响线RDF11-5 多跨静定梁的影响线(1M1YA影响线影响线例:作例:作YA、M1、M2、Q2、MB、Q3、YC、Q4、QC左左、QC右右 影响线影响线11ABCD12342m1m 1m1m1m1m 1m2m1m1mYAM1影响线影响线M2影响线影响线M2(11(1MBQ2影响线影响线例:作例:作YA、M1、M2、Q2、MB、Q3、YC、Q4、QC左左、QC右右 影响线影响线2ABCD12342m1m 1m1m1m1m 1m2m1m1mMB影响线影响线Q3影响线影响线1Q21Q3111-
11、7 利用影响线求量值若已求得指定截面某量值Z的影响线,根据叠加原理,就可以求得固定荷载作用下该量值Z的大小。右图示梁截面C弯矩MC的影响线已求出,求固定荷载作用下MC的值。0.253m1mA1m 1mB0.750.75MC影响线CCBqC0.5m2m20kN15kN10kN一组集中荷载:10 0.375 15 0.7520 0.2520.CMkN m均布荷载:1.125BBCCCMqydxqydxqqFP1FP2FR1FP3FP4FR2FP5FP6FR3xxxx1y1y2y3y2y3yyZ 123iPiPPPPyFyFyFyFyFZ66332211.112233RRRRiiZF yFyFyF
12、y当若干个荷载作用在影响线某一段直线的范围内时当若干个荷载作用在影响线某一段直线的范围内时,可以用其合力代替而不改变所求的量值可以用其合力代替而不改变所求的量值,如下如下 把单个集中移动荷载放在影响线的最大或最小竖标位置,就得到最不利荷载位置,进而求得Zmax或Zmin。使结构指定截面的某量值Z达到最大值Zmax或最小值Zmin时实际移动荷载的位置,称为最不利荷载位置。1.单个集中移动荷载 对于剪力FQC影响线,将集中力FP放在截面C,见右图,就得到:ABb/la/lFQC影响线C11-9 最不利荷载位置maxmin()()PPQCQCbaFFFFll 左右 对于伸臂梁的MC影响线(见下图),
13、将FP分别放在截面C和E,就得到:minminmaxmax)()(yFMyFMPCPC2.可任意布置的均布活荷载在影响线正号部分布满均布活载,可以求得Zmax;在影响线负号部分布满均布活载,可以求得Zmin。ADBymaxyminMC影响线CE132ADBMC影响线CEq求(MC)maxmax1()CMqmin23()()CMq 求(MC)minqq132ADBMC影响线CE3.一组移动集中荷载一组移动集中荷载:各集一组移动集中荷载:各集中力的大小、方向及相互中力的大小、方向及相互间的距离均保持不变,作间的距离均保持不变,作为整体在结构上移动。为整体在结构上移动。为了确定为了确定最不利荷载位置
14、,原则上使排列密集、数值最不利荷载位置,原则上使排列密集、数值较大的集中力放在影响线竖标较大的部位,而且一定较大的集中力放在影响线竖标较大的部位,而且一定有一个集中力位于影响线的某个顶点上。有一个集中力位于影响线的某个顶点上。为确定最不利荷载位置,通常分两步:为确定最不利荷载位置,通常分两步:1)求出使求出使Z达到极达到极值的荷载位置值的荷载位置。这种荷载位置。这种荷载位置称为荷载的临界位置称为荷载的临界位置;2)从从Z的极大值中选出最大值,从的极大值中选出最大值,从Z的极小值中选出最小值,的极小值中选出最小值,从而确定最不利荷载位置。从而确定最不利荷载位置。下面以多边形影响线为例,说明临界荷
15、载位置的特点及其判定方法。FP1FP2FR1FP3FP4FR2FP5FP6FR3xxxx1y1y2y3y2y3yyZ 123iPiPPPPyFyFyFyFyFZ66332211.112233RRRRiiZF yFyFyF y前面已知:因为 是x的一次函数,所以Z也是x的一次函数。若荷载右移动x,则竖标 的增量为:iyiyiixtgy则Z的增量为:3311RiiRiiiiZFyxF tg 31RiiiZF tgx在影响线图中,10,20,30,即荷载稍向右移,。0RiiF tg当x0,即荷载稍向右移,。当x0,即荷载稍向左移,。总之,当荷载在Z的极值点位置稍向左、右移动时,必须变号。如何使 变号
16、?是常数,可以变化的只是FRi。为了使FRi变化,必须有一个集中力位于影响线的顶点,此荷载记作FPcr,当FPcr位于影响线的顶点以左或以右时,会引起FRi发生变化,如下图示。RiiF tgRiiF tgitgPcrPPRFFFF211542PPRFFF211PPRFFF542PPPcrRFFFFFP1FP2FR1FPcrFP4FP5FR2FP1FP2FR1FPcrFP4FP5FR2 当移动荷载组左右移动时,能使 改变符号的荷载FPcr称为临界荷载,相应的移动荷载组的位置称为临界位置。RiiZF tgx 在给定的移动荷载组中,能使 变号的临界荷载可能不止一个。确定最不利荷载位置的步骤如下:Ri
17、iZF tgx1)选定一个集中力作为选定一个集中力作为FPcr,使它位于影响线的一个,使它位于影响线的一个顶点上;顶点上;3)对于每个荷载临界位置求出相应的对于每个荷载临界位置求出相应的Z值,比较各个值,比较各个Z值值,可确定,可确定Zmax及及Zmin,进而确定相应的最不利荷载位置。,进而确定相应的最不利荷载位置。RiiF tg2)当当FPcr稍作左右移动时,分别计算稍作左右移动时,分别计算 的值。的值。若变号,则此若变号,则此FPcr即为一临界荷载,相应的荷载位置为即为一临界荷载,相应的荷载位置为临界位置。用同样的方法可以确定其它的临界位置。用同样的方法可以确定其它的FPcr及相应的及相应
18、的荷载临界位置。荷载临界位置。例例 如下图多边形影响线及移动荷载组,试求荷载最如下图多边形影响线及移动荷载组,试求荷载最不利位置和不利位置和Z的最大值。已知的最大值。已知q=37.8kN/m,FP1=FP2=FP3=FP4=FP5=90kN。FP1FP2FP3FP4FP5qa aaaaa=1.5m30mZ的影响线6m4m8m1310.752解:12310.250.75(,)846tgtgtg2)计算 。iRitgF1)将将FP4放在影响线的最大点,移动荷载组的位置放在影响线的最大点,移动荷载组的位置如下图示。如下图示。Z的影响线6m4m8m10.750.810.906FP1FP2FP3FP4F
19、P5qaa=1.5m6m3.5m1maaaa若荷载稍向右移:10.250.75270217.8226.88.20846RiiF tgkN 123180.2540.756tgtgtg若荷载稍向左移:10.250.75360127.8226.88.70846RiiF tgkN 因为 变号,故FP4为临界荷载,相应的荷载位置为临界位置。iRitgF3)计算Z值3.556.590(1)90 0.9068880.81 0.750.75 637.8(1)22258.7581.54 114.53454.82ZkN 容易确定只有FP4是临界荷载,所以相应的荷载位置就是最不利荷载位置。Z的影响线6m4m8m10
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