移动和荷载影响线的概念.ppt

移动和荷载影响线的概念 5 1移动载荷和影响线的概念一 移动荷载结构所承受的荷载作用点在结构上是移动的 桥梁上承受火车 汽车和走动的人群等荷载 厂房中的吊车粱承受的吊车荷载等都是移动荷载 二 影响线的概念工程中的移动荷载是多种多样的 不可能针对每一个结构在各种移动荷载作用下产生的效果进行一一的分析 研究移动荷载对结构各种力学物理量的变化规律 一般只需研究具有典型意义的一个竖向单位集中荷载FP 1沿结构移动时 某一量值 内力 支反力等 的变化规律 再利用叠加原理 求出移动荷载对结构某一量值的影响 影响线 单位移动荷载作用下 结构上某一量值Z的变化规律的图形称为该量值Z的影响线 5 2静力法作简支粱的影响线 5 2 1支座反力的影响线现先研究如何确定图5 1a所示简支粱支座反力的影响线 以粱的支座A为原点 以荷载的作用点到A的距离为变量 由图可知 当荷载由一端A移到另一端B时 变量由0变到l 由平衡方程求支反力的大小 FRA与FP正比 比例系数 l x l称为FRA的影响系数 用表示 即 图5 1利用函数关系画出支座A的支反力的影响线 图5 1b 5 2 2剪力影响线 计算图5 2a所示截面C处的剪力的影响系数 并做出剪力影响线 由于移动荷载有可能在截面的左侧 也可能在截面的右侧 因此 应对以上两种情况分别进行考虑 1 移动荷载在截面的左侧2 移动荷载在截面的右侧利用函数关系画出截面C处剪力的影响线图5 2b 图5 2特点 影响线由两段平行线组成 在截面C处产生突变 平行线的端点应注意虚线部分 5 2 3弯矩影响线 现在分析图5 3a所示截面C处弯矩的影响线 分析方法与剪力影响线的方法相同 主要考虑移动荷载的位置 1 移动荷载在截面的左侧2 移动荷载在截面的右侧作图 5 3b 5 3结点荷载作用下粱的影响线 图5 4a所示为一桥梁结构承载示意图 荷载直接作用在纵粱上 不论纵粱受何种荷载 而主粱只在结点出承受集中力 因此 主粱承受的是结点荷载 1 支反力和结点处弯矩的影响线与简支粱相同 为什么 2 主要考虑D截面弯矩的影响线的画法 1 假设移动单位荷载直接作用在主粱AB上 则MD的影响线为一三角形 顶点坐标为 2 按比例计算出C E两点的竖距 3 将C D两点的竖距连一直线 即得到结点荷载作用下的MD影响线 图5 4b 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 利用本结论可做出CE之间任何截面的剪力影响线 请自己练习 5 4静力法作桁架的影响线 本节主要是利用截面法和结点法 在充分利用平衡条件的基础上 结合实际例子来分析桁架的影响线 如图5 5a为一桁架结构 下面主要分析上弦杆 下弦杆 竖杆 斜杆轴力的 影响线 1 上弦杆bc的轴力影响线 图5 5a b欲求bc杆的轴力 作截面m m 以C点为矩心 列平衡方程即求得 如单位荷载在C的右侧 取截面m m的左侧为隔离体 得如单位荷载在C的左侧 取截面m m的右侧为隔离体 得利用支反力的影响线为直线的性质 得到bc杆轴力的影响线 其特点是一三角形 图5 5c 2 下弦杆CD轴力的影响线利用截面m m右侧隔离体水平方向的平衡条件即可得到下弦杆CD轴力的影响线 图5 5d 结论分析 上弦杆 下弦杆轴力的影响线均为三角形状 顶点的竖标可表示为 Moc为相应简支梁 图5 5b 结点C的弯矩 3 斜杆bC轴力的竖向分力的影响线研究截面n n 应按三段进行考虑 按静力平衡条件在竖直方向的平衡即可得到 于是得到斜杆bC轴力的影响线 图5 5e 4 竖杆cC轴力的影响线利用截面m m及投影关系 结合相应粱节间的剪力可得轴力影响线 图5 5f 5 5机动法作影响线 5 5机动法作影响线 问题的提出 对于有些问题往往要知道影响线的轮廓形状 如何快速准确的画出影响线 是本节主要解决的问题 1 虚功原理与机动法 当 Z 1时 就得到图5 6c在形状和数值上完全确定的影响线 2 正负号规定当 Z为正时 Z与 p的正负号正好相反 以 p向下为正 因此 位移图在横坐标轴的上方 影响系数为正 3 机动法作影响线的步骤1 撤去约束 用未知量Z代替 2 使体系沿Z的正方向发生位移 得出荷载作用点的竖向位移图 由此可得出影响线的轮廓 3 令 Z 1 进一步可得影响线的数值 4 横坐标以上的图形影响系数为正 反之为负 5 5机动法作影响线 4 实例分析例1 利用机动法做图5 7a简支粱弯矩和剪力的影响线 2 C截面剪力影响线撤去截面C处相应与剪力的约束 代以剪力FQC 得图5 7d所示的机构 发生虚位移 在C截面处产生相对竖向位移 Z 注意不发生相对转角和水平位移 令 Z 1 由几何关系求得影响线的数值 图5 7e 例2 利用机动法作多跨粱的影响线用机动法画出图5 8 a 所示多跨粱截面C弯矩及支反力B的影响线 1 截面C处弯矩影响线将截面C加铰 发生虚位移 图5 8b 于是可得影响线 图5 8c 2 支座B反力的影响线将支座B去掉 发生虚位移 图5 8d 于是可得影响线 图5 8e 结论 从影响线中可以看出 在多跨静定粱中 基本部分的内力影响线是布满全粱的 而附属部分内力的影响线则只在附属部分不为零 5 6影响线的应用 一 教学目的通过本节的学习 利用影响线能够计算荷载作用下相应的各种量值 正确理解荷载的最不利位置和临界位置的概念 并能计算和判定临界位置及最不利荷载位置 二 主要内容1 求各种荷载作用下的影响2 求荷载的最不利位置3 临界位置的判定三 学习方法1 解影响线的概念 水平轴 纵轴的力学意义 2 过练习掌握影响线的应用 重点是概念的理解和应用 1 求各种荷载作用下荷载的影响影响线是单位移动荷载对某一量值的影响 利用叠加原理 可求其他荷载作用下产生的影响 1 对于一组集中荷载如图5 9a所示一简支粱作用一组荷载 FP1 FP2 FP3 简支粱某一截面C弯矩的影响线为图5 9b所示 影响线在荷载作用点的竖距分别是y1 y2 y3 利用叠加原理 可求出这组荷载作用下C截面的弯矩为 一般来讲 设有一组集中荷载FP1 FP2 FPn加于结构 而结构某量Z的影响线在各荷载作用处的竖距为y1 y2 yn 则 2 对于分布荷载如图5 10a所示 对于均布荷载 可利用下式进行计算 A0是影响线的图形在受载段AB的面积 在这里应注意面积的正负号 2 求荷载的最不利位置 在结构设计中需要求出某一量值的最大值或最小值作为设计的依据 为此就必须确定使其发生最大值的荷载最不利位置 原则 数量大 排列密集的荷载放在影响竖距较大的部位 几种简单的情况 请认真思考 1 单个集中荷载 则最不利位置是集中荷载作用在影响线的竖距最大处 2 如果移动荷载是均布荷载 且可以是任意分布长度 则最不利位置是在影响线正号部分布满荷载 求最大正值 或在负号部分布满荷载 求其最大负号值 3 如果移动荷载是一组集中荷载 必有一个集中荷载作用在影响线的顶点 对于这种情况将进一步讨论 3 临界位置的判断 对于移动荷载是一组集中荷载 要确定某量值Z的最不利荷载位置 通常分以下三个步骤 1 求出某量值Z达到极值的荷载位置 这种位置称为荷载的临界位置 2 从荷载的临界位置中选取荷载的最不利位置 3 利用叠加原理求出最不利荷载位置时该量值的大小 以下主要讨论工民建专业中常见的影响线为三角形的情况 如图5 11 a 是一组间距不变的移动荷载 图5 11 b 是量值Z的影响线 要是量值Z的值达到极值 则必有一荷载作用在影响线顶点 是否任意荷载作用在顶点都可以使Z达到极值 则需要进一步的判定 当荷载作用在顶点时 量值达到极值 则此荷载称为临界荷载 以下是判定荷载Fpk是临界荷载所满足的条件 上式中FP左是FPk左边位于影响线范围各力的合力 FP右是FPK右边位于影响线范围各力的合力 此式表明 临界位置的特点是有一集中荷载位于影响线的顶点将此荷载计入哪一侧 左侧或右侧 则哪一侧荷载的平均集度就大 5 8小结本章主要讨论了静定结构的影响线的画法和应用 重点是影响线的概念 影响线的画法有 静力法 机动法 静力法是绘制影响线的最基本的方法 应能正确的掌握和应用 影响线的应用主要是最不利荷载位置的确定 为了确定荷载的最不利位置 要掌握如何判定临界荷载和临界位置 下面重点分析一下影响线与弯矩图的区别