- •Предисловие
- •5. Работа внутренних сил плоской стержневой системы
- •6. Принцип возможных перемещений и упругие системы
- •9. Теорема о взаимности перемещений
- •10. Теорема о взаимности реакций
- •11. Теорема о взаимности реакций и перемещений
- •14. Теорема Лагранжа
- •18.1. Понятие о матрице перемещений
- •18.2. Вычисление интегралов формулы Мора в матричной форме в случае произвольных подынтегральных функций
- •18.4. Определение перемещений от силового воздействия
- •18.5. Определение перемещений от температурных воздействий
- •18.6. Определение перемещений от кинематических воздействий
- •1.7. Определение перемещений от совместных воздействий различного характера
- •5.1. РАСЧЕТ ОДНОПРОЛЕТНОЙ БАЛКИ
- •5.2. РАСЧЕТ ЛОМАНОГО БРУСА
- •5.3. РАСЧЕТ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ
- •5.4. РАСЧЕТ ФЕРМЫ С ТРЕУГОЛЬНОЙ РЕШЕТКОЙ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ)
- •5.5. РАСЧЕТ ФЕРМЫ С ТРЕУГОЛЬНОЙ РЕШЕТКОЙ (ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ)
- •6.1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАДАННОЙ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ
- •6.2. ЗАМЕНЯЮЩАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
- •6.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ
- •6.7. ПРОВЕРКА ПОЛУЧЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
- •7.2. ПОСТРОЕНИЕ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЭПЮР
- •7.3. РЕАЛИЗАЦИЯ МАТРИЧНОЙ ФОРМЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- •7.3.1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ
- •7.3.2. МАТРИЧНАЯ ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГРУЗОВОЙ И НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЭПЮР
- •7.3.3. ПОСТРОЕНИЕ МАТРИЦЫ ПОДАТЛИВОСТИ
- •7.3.4. ПРИЕМЫ МИНИМИЗАЦИИ РАЗМЕРОВ МАТРИЦЫ ПОДАТЛИВОСТИ
- •7.4. ПРОВЕРКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
- •8.1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАДАННОЙ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ
- •8.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СТЕРЖНЕЙ РЕШЕТКИ ФЕРМЫ
- •8.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В СТЕРЖНЯХ ГРАФИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
- •8.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ НА ОСНОВЕ ЛИНИЙ ВЛИЯНИЯ
- •9.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСЧЕТА
- •9.3. ВЫБОР ОСНОВНОЙ СИСТЕМЫ МЕТОДА СИЛ
- •9.4. КАНОНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ МЕТОДА СИЛ
- •9.5. МАТРИЧНАЯ ФОРМА МЕТОДА СИЛ
- •9.5.1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ
- •9.5.4. ФОРМИРОВАНИЕ КАНОНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
- •9.5.5. РЕШЕНИЕ КАНОНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
- •9.7. КОНТРОЛЬ ПРАВИЛЬНОСТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
- •10.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСЧЕТА
- •10.2. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАМЕНЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОДНОПРОЛЕТНЫХ БАЛОК
- •10.3. ОСНОВНАЯ СИСТЕМА МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- •10.4. КАНОНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- •10.5 СТАНДАРТНЫЕ ЭПЮРЫ МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- •10.6. ГРУЗОВАЯ И ЕДИНИЧНЫЕ ЭПЮРЫ МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- •10.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ И СВОБОДНЫХ ЧЛЕНОВ КАНОНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ МЕТОДА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- •10.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРДИНАТ ЭПЮРЫ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА В ЗАДАННОЙ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЕ
Наконец, при Фik(s) = const = Фik, ФFk(s) = const = ФFk, Tk = const определённый интеграл соотношения (18.3) вычис-
ляется наиболее просто.
Φik ΦFk |
l |
|
lk |
|
|
|
|
|
|
òkds |
ik |
Fk |
ΦΦT |
P Φ= |
, |
(18= .7) |
|||
|
|
||||||||
Tk |
0 |
|
ik |
k Fk |
|
||||
|
Tk |
|
|
|
|
где Pk = lk . Tk
Вэтой ситуации для k-го участка все матрицы формулы (18.7) формируются из одного элемента.
18.4.Определение перемещений от силового воздействия
Врамах и балках преимущественное влияние на величины перемещений оказывают деформации изгиба, в комбиниро- ванных системах, – как деформации изгиба, так и растяжения- сжатия, в фермах при узловой передаче нагрузки – только деформации растяжения–сжатия. В ряде случаев, например,
при расчёте арок и пространственных стержневых систем
определение перемещений производится с учётом всех видов деформаций.
Сучётом данного обстоятельства рассмотрим определение
перемещений в сооружениях различного типа от силового воздействия в матричной форме.
1 . Б А Л К И И Р А М Ы . Приняв в соотношении (18.2)
Фik(s) = Mik(s), ФFk(s) = MFk(s), Tk(s) = EJk(s), Pk = BMk, пере-
пишем формулу Мора для определения перемещений в мат- ричной форме:
nM lk Mik (s)MFk (s)ds |
nM |
T |
T |
BM MF . (1 .8) |
||
F = å |
ò |
EJk (s) |
= åM ik |
BMk MFk = M i |
||
k=1 |
0 |
k=1 |
|
|
|
В выражении (1 .8): nM – количество грузовых участков для изгибающих моментов; Mi – матрица изгибающих моментов от единичных факторов, приложенных в направлении опре- деляемых перемещений, или матрица изгибающих моментов
в единичных состояниях заданного сооружения; ВМ – матри- ца внутренней упругой податливости сооружения, учиты- вающая деформации изгиба его элементов; MF – матрица из- гибающих моментов от силового воздействия.
Матрицы Mi, ВМ, MF являются блочными, причём коли- чество блоков в них равно числу грузовых участков для из- гибающих моментов (n = nM).
éMi1
êêMi2 ê M
Mi = êêMik
êê M êëMin
ù |
|
éBM1 |
|
ú |
|
ê |
|
ú |
|
ê |
|
ú |
|
ê |
|
ú, B |
M |
= ê |
|
ú |
ê |
||
|
|||
ú |
|
ê |
|
ú |
|
ê |
|
ú |
|
ê |
|
û |
|
ë |
|
O |
ù |
|
éM |
F1 |
ù |
|
BM2 |
ú |
|
ê |
|
ú |
||
ú |
|
êMF2 |
ú |
||||
|
O |
ú |
|
ê |
M |
ú |
|
|
ú, M |
F |
= ê |
ú. (18.9) |
|||
O |
BMk |
ú |
êMFk |
ú |
|||
O |
ú |
|
ê |
M |
ú |
||
ú |
|
ê |
ú |
||||
|
|
ú |
|
êM |
Fn |
ú |
|
|
|
BMn û |
|
ë |
|
û |
Структура блоков, входящих в матрицы (18.9) для любо- го грузового участка, определяется видом функций, входя- щих в подынтегральное выражение соотношения (18.8).
В общем случае, когда на k-ом грузовом участке с пере- менной изгибной жёсткостью поперечного сечения EJk(s)
есть распределённая нагрузка, функция MFk(s) нелинейна. Тогда в соответствии с выражением (18.2) имеем:
éêMik(в) Mik = êM(ikc)
êëM(ike)
ù |
éM(в) ù |
|
ú |
ê Fk |
ú |
ú; MikT |
= [Mik(в) Mik(c) M(ike) ]; MFk = êM(Fkc) |
ú; |
ú |
êM(e) |
ú |
û |
ë Fk |
û |
|
|
|
|
é |
1 |
0 |
0 |
ù |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ê |
|
ú |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
êEJ(kв) |
|
|
|
|
ú |
|
|
é |
(в) |
0 |
|
0 |
ù |
||
|
|
|
lk |
ê |
|
|
4 |
|
|
ú |
|
lk |
|
bk |
|
|
|||
B |
|
= |
ê |
0 |
0 |
ú |
= |
|
ê |
0 |
4b(c) |
|
0 |
ú. |
|||||
|
|
|
|
|
ê |
|
|||||||||||||
|
Mk |
6 |
ê |
|
|
EJ(c)k |
|
|
ú |
|
6EJ |
|
k |
|
|
ú |
|||
|
|
|
|
|
|
0 ê |
0 |
b |
(e) ú |
||||||||||
|
|
|
|
ê |
0 |
0 |
1 |
ú |
|
|
ë |
0 |
k |
û |
|||||
|
|
|
|
ê |
|
|
ú |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
EJ(e) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ê |
|
|
|
|
ú |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(18.10)
Здесь в, с, е – обозначения сечений соответственно в на- чале, середине и в конце k-го участка; EJ0 – произвольное
число; |
bk(в) , |
b(kc) , b(ke) |
– относительные изгибные податли- |
|||||||||
вости сечений в, с, е |
b(c) = EJ0 ; |
|
= EJ0 . |
|
||||||||
|
b(в) = EJ0 ; |
b(e) |
|
|||||||||
|
k |
|
EJ(в) |
|
k |
EJ(c) |
|
k |
|
EJ(e) |
|
|
|
|
|
k |
|
k |
|
|
k |
|
|||
Если EJk(s) = const = EJk, то приняв EJ0 |
= EJ(в) |
= EJ(c) = |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
k |
|
EJ(ke) |
= EJk, |
получим |
bk(в) =b(kc) =b(ke) = 1 и тогда |
матрица |
(18.10) внутренней упругой податливости для k-го грузового участка преобразуется следующим образом:
|
|
|
lk |
é1 0 0ù |
|
|
||||
B |
|
= |
|
ê |
0 4 0 |
ú |
. |
(18.11) |
||
Mk |
6EJ |
ê |
ú |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
k ê |
|
ú |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ë0 0 1û |
|
|
При отсутствии на грузовом участке распределённой на- грузки функция MFk(s) будет линейной. Функция Mik(s) при
определении перемещений отдельных сечений и узлов стержневых систем также линейна. В этой ситуации, учиты- вая соотношение (18.6), получим:
|
|
|
é |
|
|
|
(в) ù |
|
|
|
|
|
|
= [M(в) |
M(e) ]; M |
|
|
|
|
é |
(в) ù |
||||||||||||||
M |
ik |
= êM ik |
|
ú; MT |
Fk |
= êM Fk ú; |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
ê |
|
|
|
(e) ú |
|
|
|
ik |
|
|
|
ik |
|
|
ik |
|
|
|
|
|
ê |
(e) ú |
|||||||||||
|
|
|
ëM ik |
|
û |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ëM Fk û |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
é |
|
EJ |
0 |
+ |
EJ |
0 |
|
|
|
|
EJ |
0 |
|
|
|
|
ù |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
|||||||
B |
|
= |
|
|
lk |
|
|
|
|
|
|
|
|
EJ(c)k |
|
|
|
|
EJk(c) |
|
|
|
|
= |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
êEJk(в) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ú |
||||||||||||||||||
|
Mk |
|
|
6EJ |
|
|
|
ê |
|
|
|
|
EJ0 |
|
|
|
|
EJ0 |
+ |
|
EJ0 |
ú |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 ê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ú |
(18.12) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EJ |
(c) |
|
|
|
EJ |
(c) |
|
EJ |
(e) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ê |
|
|
|
|
k |
|
|
|
k |
|
|
k |
|
ú |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
ë |
é |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ù |
|
|
û |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(в) |
|
|
b |
(c) |
|
|
|
b b+ |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
= |
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(c) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ê k |
(c) |
k |
|
(c) k |
|
(e) ú. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
6EJ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
ê |
|
|
|
k |
b |
|
k |
b+ b |
k |
ú |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
При EJk(s) = const = EJk и EJ0 = EJk матрица (18.12) пере-
пишется
|
|
l |
k |
é2 1ù |
|
BMk |
= |
|
ê ú. |
(18.13) |
|
|
|
||||
|
|
6EJk ë1 2û |
|
Число строк в блочных матрицах (18.9) Mi, MF, BM равно суммарному числу сечений, в которых фиксируются изги- бающие моменты для вычисления требуемой матрицы пере- мещений. В матрице Mi число столбцов равно числу опреде- ляемых перемещений, в матрице MF – числу внешних воз-
действий на сооружение, в матрице BM – числу строк.
2 . Ф Е Р М Ы . В фермах при узловой передаче нагрузки усилия в сечениях стержней постоянны. Довольно часто и
жёсткости поперечных сечений стержней на растяжение– сжатие также постоянны. В этом случае при Фik = Nik = const,
ФFk = NFk = const, Tk = EAk = const соотношение (18.7) для k-
го стержня примет вид:
|
|
|
Nik NFk |
|
l |
Nik lk NFk |
|
||
|
|
|
|
òkds = |
= NT BNk NFk , |
||||
|
|
|
|
EAk |
|
EAk |
|||
|
|
|
|
0 |
ik |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где B |
Nk |
= |
lk |
|
[1]. |
|
|
||
EAk |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Распространяя последнее соотношение на всю форму, имеющую n стержней, получим:
n |
Niklk NFk |
T |
BN NF . |
(18.14) |
DF = å |
EAk |
= N |
||
k=1 |
i |
|
|
|
|
|
|
В формуле (18.14): Ni – матрица продольных усилий в стерж- нях фермы от единичных факторов, приложенных в направ- лении определяемых перемещений; NF – матрица продоль- ных усилий в стержнях фермы от заданного силового воздей- ствия; BN – матрица внутренней упругой податливости фер- мы, учитывающая деформации растяжения–сжатия её стерж- ней, т.е.
é |
l1 |
|
|
|
|
|
|
ù |
|
ê |
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
EA |
|
|
|
|
|
|
|
||
ê |
1 |
|
l2 |
|
|
O |
ú |
|
|
ê |
|
|
|
|
ú |
|
|||
ê |
|
|
|
|
|
|
ú |
|
|
ê |
|
|
EA2 |
O |
|
|
|
ú |
|
ê |
|
|
|
lk |
ú |
(18.15) |
|||
BN = ê |
|
|
|
|
ú . |
||||
ê |
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
|
|
|
|
EAk |
|
||||
ê |
|
|
O |
|
ú |
|
|||
ê |
|
|
|
|
O |
ú |
|
||
ê |
|
|
|
|
ú |
|
|||
ê |
|
|
|
|
|
|
ln |
ú |
|
ê |
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
ë |
|
|
|
|
|
|
EAn û |
|
Число строк матриц Ni, NF и BN равно числу стержней фермы. В матрице Ni число столбцов равно числу искомых перемещений, в матрице NF – числу внешних комбинаций узловых нагрузок, в диагональной матрице BN – числу строк.
3 . К О М Б И Н И Р О В А Н Н Ы Е С И С Т Е М Ы . В комби-
нированных системах, в которых, как правило, при опреде- лении перемещений пренебрегают деформациями сдвига, формула Мора имеет вид:
nMlk M |
ik |
(s)M |
Fk |
(s)ds |
nN lk N |
ik |
(s)N |
Fk |
(s)ds |
. |
||
D jF = å ò |
|
|
|
+ å ò |
|
|
|
|||||
|
|
EJk (s) |
|
|
|
EAk (s) |
||||||
k=1 0 |
|
|
k=1 0 |
|
|
Последнее выражение в этой формуле предусматривает учёт деформаций растяжения–сжатия в незагруженных эле- ментах, имеющих по концам цилиндрические шарниры и преимущественно постоянную жёсткость поперечного сече- ния на растяжение–сжатие. Таким образом, эти элементы
комбинированных систем работают как стержни ферм при узловой передаче нагрузки. С учётом этого обстоятельства формулу Мора для комбинированных систем можно пред- ставить так:
nMlk Mik (s)MFk (s)ds |
nN |
Nik NFk lk |
T |
||
DF = å ò |
|
+ å |
|
|
= L BLF . |
EJk (s) |
|
EAk |
|||
k=1 0 |
k=1 |
i |
|||
|
|
|
|
|
(18.16)