-
單位載荷法
鎖定
- 中文名
- 單位載荷法
- 外文名
- Dummy-load method
- 別 名
- 虛功法
- 原 理
- 虛功原理
- 作 用
- 計算結構位移
- 公式提出
- 英國的J.C.麥克斯韋
單位載荷法表達形式
單位載荷法是英國的J.C.麥克斯韋於1864年、德國的O.莫爾幹1874年分別獨立提出,故又稱麥克斯韋-莫爾法。它常用於解決杆、杆繫結構和薄壁結構的問題,對靜定結構和靜
不定結構都適用。單位載荷法的原理如下:設結構上作用一個真實的廣義力系(見廣義力)Pi(i=1,2…,n),併產生變形(如圖1所示),欲求結構上j點在Pi作用下的位移,可在j點處加一虛設的單位載荷Pj=1(如圖2所示)。該虛設載荷的形式必須同所求位移相對應。求線位移時,虛設載荷取單位力;求角位移時,虛設載荷取單位力矩。根據虛功原理,Pj=1在實際力系Pi引起的沿Pj方向的位移△ji上所作的外虛功△ji,在數值上等於Pj引起的內力在實際變形過程中所作的內虛功(包括彎曲的內虛功、拉伸或壓縮的內虛功和剪切內虛功)
[3]
,即
上式右端有兩組廣義內力:M、N、Q分別為實際載荷引起的彎矩、軸力和剪力;
,
,
分別為虛設單位載荷引起的彎矩,軸力和剪力;K是與結構截面形狀有關的係數;ds為結構跨度微元;
為求和號,表示對所有構件求和;E、G分別為材料的楊氏模量和剪切模量;A為構件的截面積;I為構件截面的慣性矩。
關於內力的正負號有如下規定:軸力N以拉為正;剪力Q以使結構微段順時針轉動為正;彎矩M只規定乘積的正負號,當M和使杆件同側纖維受拉時,取正號。
根據各類結構的特點,位移計算公式可作相應簡化:
①桁架位移計算公式:式中l為桁架中所考慮杆件的長度。
②梁和剛架位移計算公式:
③桁架混合結構位移計算公式:
④拱的位移計算公式:
單位載荷法基本原理
單位載荷法將實際狀態作為k狀態,並應用虛力原理導出結構位移計算的一般公式。虛擬的i狀態的載荷可以根據計算需要進行假設,它與實際狀態是無關的。如果假設虛擬的i狀態只有一個單位載荷Pi=1,則虛功方程式
(4-19)化為式(4-20),見右圖,在式(4-20)中,因k狀態為實際狀態,故省略下標k,du、dφ、dv即表示實際狀態結構杆件微段的變形;由虛設單位載荷Pi=1產生的內力表示為
,
,
△i則表示在虛設單位載荷Pi=1處沿載荷方向的結構實際位移。
[5]