位移法之形常数与载常数

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    一、基本构件的转角位移关系

    1. 单跨等截面抗弯弹性直梁的转角位移方程

    梁式杆杆端位移与杆端力的符号规定——杆端角位移以顺时针方向转动为正,杆端相对线位移以使杆轴产生顺时针方向转动为正;杆端弯矩对杆端而言顺时针转动为正。

    a. 两端固支等截面抗弯弹性直梁

    图1

    转角位移方程(刚度方程)

    MAB=4iθA+2iθB6ilΔAB+MABFMBA=2iθA+4iθB6ilΔAB+MBAF\begin{aligned}M_{AB}&=4i\theta_{A}+2i\theta_{B}-\frac{6i}{l}\Delta_{AB}+M_{AB}^{F}\\ \\ M_{BA}&=2i\theta_{A}+4i\theta_{B}-\frac{6i}{l}\Delta_{AB}+M_{BA}^{F}\end{aligned}

    b. 一端固支一端铰支等截面抗弯弹性直梁

    图2

    转角位移方程(刚度方程)

    MAB=3iθA3ilΔAB+MABFMBA=0\begin{aligned}M_{AB}&=3i\theta_A-\frac{3i}{l}\Delta_{AB}+M_{AB}^F\\ M_{BA}&=0\end{aligned}

    c. 一端固支一端定向支等截面抗弯弹性直梁

    图3

    转角位移方程(刚度方程)

    MAB=iθAiθB+MABFMBA=iθA+iθB+MBAF\begin{aligned}M_{AB}&=i\theta_A-i\theta_B+M_{AB}^F\\ M_{BA}&=-i\theta_A+i\theta_B+M_{BA}^F\end{aligned}

    2. 轴向弹性直杆的轴向刚度方程

    d. 两端铰支等截面拉压弹性直链杆

    图4

    转角位移方程(刚度方程)

    $\begin{aligned}F_N&=\frac{EA}{l}\Delta_1+\frac{EA}{l}\Delta_2\end{aligned}$

    3. 线弹簧和铰弹簧构件的刚度方程

    e. 线弹簧

    图5

    刚度方程

    $F=k\Delta_1+k\Delta_2$

    f. 角弹簧

    图6

    刚度方程

    $M=k_{\theta}\theta_{1}+k_{\theta}\theta_{2}$

    二、形常数

    抗弯弹性等截面直梁的杆长=l,抗弯刚度=EI,线刚度i=EI/l

    计算位移法刚度系数k,支座移动作用下的自由项Fic,均匀温变t0(中性轴处的温变)作用下的自由项Fit,初始杆长制造误差Δl0 下的自由项Fiz 需要用到形常数。

    图7
    图8
    图9
    图10
    图11

    三、载常数

    抗弯弹性等截面直梁的杆长=l,抗弯刚度=EI,线刚度i=EI/l,截面高度为h

    计算荷载作用下的位移法自由项FiP 需要用到的载常数。

    图12
    图13
    图14
    图15
    图16
    图17

    计算温差Δt作用下的位移法自由项Fit 需要用到的载常数。

    图18
    图19
    图20

    计算初弯曲制造误差κ0 下的自由项Fiz 需要用到的载常数与计算温差Δt 作用下的位移法自由项Fit 需要用到的载常数相似,仅需将αΔt/h 替换为κ0 即可。

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