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04 第四章 影响线.pptx

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本课件为第四章影响线:先建立移动荷载与影响线的概念,再分别用静力法与机动法作静定梁和桁架的内力影响线,最后讨论如何利用影响线求各种荷载作用下的内力、确定最不利荷载位置与临界位置的判别式。

章节起始页,引出移动荷载下影响线的概念、静力法与机动法作法及其工程应用
概念页,说明研究移动荷载下内力变化规律与最不利位置并抽象出单位移动荷载
方程推导页,用平衡条件建立R_B影响线方程并给出影响系数x/l
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第1页:第四章 影响线

第4章 影响线:讨论移动荷载与影响线的概念、静力法与机动法作静定梁和桁架的影响线,以及利用影响线求内力与最不利荷载位置。

第2页:移动荷载与影响线的概念

§4-1 移动荷载与影响线的概念

  • 目的:解决移动荷载作用下结构的内力计算问题
  • 内容:移动荷载作用下结构内力变化规律和范围;确定内力的最大值及相应的荷载位置——最不利荷载位置
  • 方法:在各种移动荷载中抽象出单位移动荷载(P=1),应用叠加原理

第3页:影响线方程与影响系数

利用平衡条件建立影响线方程:R_B 的影响线(I.L — Influence Line)。

  • 影响线表明支座反力R_B随单位集中荷载P=1的移动而变化的规律
  • R_B与P成正比,比例系数 x/l 称为R_B的影响系数,数值上等于当P=1时引起的支座反力R_B
  • 图中标注 x/l = 0.25、0.50、0.75、1.0 等竖标

第4页:影响线的定义

影响线
当单位荷载(P=1)在结构上移动时,表示结构某一指定截面中某项内力变化规律的曲线,称为该项内力的影响线。

影响线的应用:求移动荷载作用下结构的内力值。

第5页:静力法作简支梁的影响线

  • 影响线研究的目的:结构在移动荷载作用下的内力变化规律;结构在移动荷载作用下的最不利荷载位置
  • 影响线有两种作法:静力法和机动法

§4-2 静力法作静定梁的影响线——一、简支梁的影响线(跨度l,单位荷载P=1)。

第6页:简支梁指定截面的内力影响线

简支梁内力影响线:求截面C的内力影响线时分段考虑——P=1在AC段时取CB段为隔离体,P=1在CB段时取AC段为隔离体。

第7页:影响线与内力图的比较

内力影响线与内力图的比较
比较项目影响线内力图
荷载大小P=1实际荷载P
荷载性质移动固定
横坐标表示荷载位置截面位置
纵坐标表示某一截面内力变化规律全部截面内力分布规律

第8页:伸臂梁的影响线

二、伸臂梁的影响线:图示伸臂梁ABC,跨度l,伸臂段长度分别为a、b;本页给出其支座反力与指定截面内力影响线。

第9页:伸臂梁影响线的分段求法

分段考虑:P=1在C以左时取C以右为隔离体,P=1在C以右时取C以左为隔离体,由此得到伸臂梁的影响线。

第10页:伸臂部分的影响线

伸臂部分影响线:求伸臂段上D点内力的影响线时,可直接取D点至自由端的隔离体,影响线在伸臂段内按直线变化。

第11页:结点承载方式下的影响线

§4-3 结点承载方式下梁的内力影响线:主梁只承受结点荷载(荷载经横梁、纵梁传给主梁)。

  • (1)R_A和R_B的影响线与以前一样
  • (2)M_C影响线与以前一样
  • (3)M_D影响线:先假设为直接荷载,D点的纵标值由比例可得,在C、E两点间连一直线,即得M_D影响线

第12页:结间影响线的做法

(4)Q_D影响线与结间影响线做法:

  • 1、先按直接荷载作用画出内力影响线
  • 2、投影使各结点与影响线相交,各交点间连以直线

第13页:静力法作桁架轴力影响线

§4-4 静力法作桁架轴力影响线:方法为结点法与截面法。本页图示主桁架、纵梁与横梁的传力关系。

第14页:桁架支座反力与弦杆影响线

桁架影响线的作法(上承、下承两种承载方式):

  • 1、R_A及R_G影响线:由 ∑M = 0 建立
  • 2、N_1影响线:取Ⅰ-Ⅰ截面,由 ∑M_C = 0 建立
  • 小结:弦杆内力影响线的画法

第15页:斜杆N2的影响线

3、N_2影响线:取截面Ⅱ-Ⅱ,按P=1在截面左、右两侧分别建立平衡方程求得。

第16页:斜杆N3的影响线

4、斜杆N_3影响线:分别考虑 P=1 在B以左与 P=1 在C以右两种情形,分段建立平衡方程。

第17页:竖杆N4与N5的影响线

5、竖杆N_4影响线:分别考虑P=1在C以左与P=1在D以右两种情形。

6、N_5影响线:本页对比上承与下承两种承载方式下竖杆影响线的差别。

第18页:机动法作影响线

§4-5 机动法作静定内力影响线

  • 理论基础:虚位移原理
  • 特点:把作内力影响线的静力问题化为作位移图的几何问题
  • 优点:不经计算就可以得到影响线的形状

第19页:机动法示例

本页给出机动法作影响线的三种示意:(1)撤除支座约束;(2)撤除截面弯矩约束;(3)撤除截面剪力约束,分别得到相应的位移图即影响线轮廓。

第20页:机动法的步骤

机动法作静定内力或支座反力影响线的步骤:

  • 1)撤除与所求内力相应的约束,代以正向约束力Z
  • 2)使体系沿Z的正方向发生位移δ,得到荷载作用点的竖向位移图,即为所求内力Z的影响线轮廓
  • 3)再令δ=1,可进一步定出影响线各竖距的数值
  • 4)横坐标以上的图形,影响系数取正号;横坐标以下的图形,影响系数取负号

第21页:机动法例题(一)

例:绘制图示多跨静定梁(各段2m、2m、2m、1m、2m、2m、1m、4m、2m)的I.L,本页给出影响线形状及 1、1.25、0.5、1 等竖标。

第22页:机动法例题:Mc、QD、RF影响线

例:绘制 I.L M_C、Q_D、R_F。本页给出三条影响线及 1.00、0.25、1.00、0.25 等竖标。

第23页:多跨静定梁影响线的分布特点

注意:静定多跨梁中,基本部分的内力或支座反力的影响线布满该基本部分和附属部分,而附属部分的内力或支座反力的影响线则只在附属部分不为零,这与静定多跨梁的力学特性一致。

练习:试用机动法作简单桁架的内力影响线。

第24页:影响线的应用:求荷载作用下的内力

§4-6 影响线的应用

  • 一、求各种荷载作用下的影响:集中荷载时 Z = ΣP_i·y_i;分布荷载时 Z = q·A,A为影响线面积的代数和

第25页:荷载的最不利位置

二、求荷载的最不利位置:如果荷载移到某一个位置,使某一指定内力达到最大值(+、-),则此荷载所在位置称为最不利位置。利用影响线来确定最不利位置,对比较简单的情况可以直观地判断。

  • (1)一个集中荷载:置于影响线最大竖距处
  • (2)一组集中荷载:数量大、排列密的荷载放在影响线竖距较大的部位
  • (3)任意分布荷载:布置在影响线同号的区域

第26页:临界位置的判定

三、临界位置的判定(一组集中荷载):

  • (1)求出使Z值达极值时荷载的位置,称临界位置
  • (2)从各个临界位置中选出荷载的最不利位置

第27页:临界位置的判别条件

使Z成为极大值的临界位置必须满足的条件与使Z成为极小值的临界位置必须满足的条件:荷载稍向左或向右移动时,判别式改变符号。

小结:临界位置时,只要荷载移动,判别式就变号。

第28页:临界位置判别式与步骤

总结:

  • 1)选一个集中荷载,置于影响线的某个顶点
  • 2)利用判别式,考察是否变号
  • 3)求出每个临界位置对应的Z极值
  • 4)比较各Z极值,得出内力的最大(小)值和荷载最不利位置

变号的必要条件:临界荷载位于影响线顶点时,荷载移动才会引起判别式变号。

第29页:临界位置判别算例

算例:一组集中荷载 10、15、20 kN,间距3m、3.5m、4m;影响线各段长1.8m、3.36m、1.6m 等。

  • 荷载设置于截面C处:由判别式判定,此处不是临界位置
  • 荷载设置于截面D处:由判别式判定

第30页:临界位置判别算例(续)

承接上页算例:荷载(10、15、20 kN,间距3m、3.5m、4m)设置于D截面处,由判别式进行判定。

第31页:三角形影响线的临界位置

影响线为三角形时的情形:若存在该情形,则是一临界位置。

判别准则:集中荷载P_c在影响线的顶点,将临界荷载P_c计入哪一边,则哪一边的平均荷载大。

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