Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Полезная литература.pdf
Скачиваний:
87
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
8.65 Mб
Скачать

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 растяжениясжатия. 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 растяжениесжатие 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 растяжениясжатия 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 растяжениясжатия в незагруженных эле- ментах, имеющих по концам цилиндрические шарниры и преимущественно постоянную жёсткость поперечного сече- ния на растяжениесжатие. 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)