第9章渐进法.ppt

1、第 九章 渐进法9-2 力矩分配法的基本原理9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架9-4 无剪力分配法9-5 剪力分配法9-1 概述9-1 概 述计算超静定结构计算超静定结构位移法位移法力力 法法组成和解算典型方程组成和解算典型方程力矩分配法力矩分配法无剪力分配法无剪力分配法迭代法迭代法位移法的变体位移法的变体 避免组成和解算典型方程避免组成和解算典型方程易于掌握，适合手算，可不计算结点位移而直接求得杆端弯矩。易于掌握，适合手算，可不计算结点位移而直接求得杆端弯矩。9-2 力矩分配法的基本原理力矩分配法力矩分配法：适用于连续梁和无结点线位移的刚架计算。：适用于连续梁和无结点线位移的刚架计算

2、。劲度系数劲度系数杆件杆件AB（如图）的（如图）的A断转动单断转动单位角时，位角时，A端（近端）的弯矩端（近端）的弯矩MAB称为该杆端的劲度系数，用称为该杆端的劲度系数，用SAB表示。表示。劲度系数标志该杆端抵抗劲度系数标志该杆端抵抗转动能力的大小，又称为转动能力的大小，又称为转动转动刚度刚度。与杆件的线刚度有关，。与杆件的线刚度有关，与杆件另一端（远端）的支承与杆件另一端（远端）的支承情况有关。情况有关。9-2 力矩分配法的基本原理传递系数传递系数：远端（：远端（B端）弯矩与近端（端）弯矩与近端（A端）弯矩的比值，用端）弯矩的比值，用 CAB表示。表示。等截面直杆的劲度系数和传递系数等截面直

3、杆的劲度系数和传递系数远端支承情况远端支承情况劲度系数劲度系数S传递系数传递系数C固固 定定4i0.5铰铰 支支3i0滑滑 动动i-1 自由或轴向支杆自由或轴向支杆09-2 力矩分配法的基本原理 图图a所示刚架用位移法计算时，只有一个结点转角所示刚架用位移法计算时，只有一个结点转角Z1，其典型方程为其典型方程为图如图图如图b、c刚臂反力矩刚臂反力矩或结点上的或结点上的不平衡力矩不平衡力矩汇交于结点汇交于结点1的各杆端劲度系数总和的各杆端劲度系数总和解典型方程得解典型方程得9-2 力矩分配法的基本原理由叠加法由叠加法各杆近端弯矩为各杆近端弯矩为（a）式的第一项为固端弯矩，荷载产生的；）式的第一项

4、为固端弯矩，荷载产生的；第二项相当于把不平衡力矩第二项相当于把不平衡力矩反号后反号后按劲度系数大按劲度系数大 小的比例分配给各近端小的比例分配给各近端分配弯矩分配弯矩。分配系数分配系数 同一结点同一结点 9-2 力矩分配法的基本原理各杆远端弯矩为各杆远端弯矩为（b）式的第一项为固端弯矩；）式的第一项为固端弯矩；第二项是将各近端的分配弯矩以传递系数的比例第二项是将各近端的分配弯矩以传递系数的比例 传到各远端传到各远端传递弯矩传递弯矩。9-2 力矩分配法的基本原理力矩分配法的步骤力矩分配法的步骤（1）固定结点。加入刚臂，产生不平衡力矩；各杆端有）固定结点。加入刚臂，产生不平衡力矩；各杆端有 固端弯

5、矩。固端弯矩。（2）放松结点。在结点上加上一个）放松结点。在结点上加上一个反号的不平衡力矩反号的不平衡力矩，计算各近端的分配弯矩及各远端的传递计算各近端的分配弯矩及各远端的传递 弯矩。弯矩。（3）各杆端弯矩。近端）各杆端弯矩。近端=固端弯矩固端弯矩+分配弯矩；分配弯矩；远端远端=固端弯矩固端弯矩+传递弯矩传递弯矩9-2 力矩分配法的基本原理例例9-1 试作图试作图a所示刚架的弯矩图。所示刚架的弯矩图。解：（解：（1）计算各杆端分配系数。）计算各杆端分配系数。令令iAB=iAC=EI/4=1，则则iAD=2。（2）计算固端弯矩，查表计算。）计算固端弯矩，查表计算。9-2 力矩分配法的基本原理（3

6、）进行力矩的分配和传递。结点）进行力矩的分配和传递。结点A的不平衡力矩为的不平衡力矩为计算过程如图计算过程如图b。9-2 力矩分配法的基本原理（4）计算杆端最后弯矩。并作弯矩图如图）计算杆端最后弯矩。并作弯矩图如图c。近端弯矩近端弯矩=固端弯矩固端弯矩+分配弯矩分配弯矩远端弯矩远端弯矩=固端弯矩固端弯矩+传递弯矩传递弯矩9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架 对于具有多个结点转角但无侧移的结构，需先固定所有对于具有多个结点转角但无侧移的结构，需先固定所有结点，然后各结点轮流放松。把各结点的不平衡力矩轮流地结点，然后各结点轮流放松。把各结点的不平衡力矩轮流地进行分配、传递，直到小到可以停止。

7、进行分配、传递，直到小到可以停止。如图所示连续梁如图所示连续梁各杆件线刚度为各杆件线刚度为i分配系数为分配系数为固端弯矩为固端弯矩为计算过程如下图计算过程如下图 1、放松结点、放松结点1，其，其不平衡力矩为不平衡力矩为-300kNm，反号分，反号分配并传递，如图。配并传递，如图。2、放松结点、放松结点2，其，其不平衡力矩为不平衡力矩为150+75=225kNm，反号分配并传递，反号分配并传递，如图。如图。3、结点、结点1有了新的有了新的不平衡力矩不平衡力矩-64kNm，反号分，反号分配并传递，如图。配并传递，如图。如此反复将各结点的不平衡力矩进行分如此反复将各结点的不平衡力矩进行分配和传递，直

8、到传递弯矩的数值小到可以略配和传递，直到传递弯矩的数值小到可以略去，停止计算。去，停止计算。9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架例例9-2 试用力矩分配法计算图试用力矩分配法计算图a 所示连续梁，并绘制弯矩图。所示连续梁，并绘制弯矩图。解：解：EF的内力是的内力是 静定可去掉。静定可去掉。1、计算分配系数、计算分配系数 设设i=2EI/8m。2、计算固端弯矩、计算固端弯矩各固端弯矩及计算过程如图各固端弯矩及计算过程如图b9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架3、计算杆端最后弯矩，作弯矩图如图、计算杆端最后弯矩，作弯矩图如图c。9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架例例9-3 试用

9、力矩分配法计算图试用力矩分配法计算图a所示刚架。所示刚架。解：这是一个对称结构，承受正对称荷载，取一半结构如图解：这是一个对称结构，承受正对称荷载，取一半结构如图b。设：设：EI/8m=1，各杆线刚度如图上各杆线刚度如图上 圆圈中所注。圆圈中所注。9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架计算过程如图计算过程如图c。校核各结点处的杆端弯矩是否满足平衡条件：校核各结点处的杆端弯矩是否满足平衡条件：9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架一半刚架的弯矩图如图一半刚架的弯矩图如图d。原刚架的弯矩图可利用对称性作出。（略）原刚架的弯矩图可利用对称性作出。（略）9-3 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚

10、架9-4 无剪力分配法 图图a所示单跨对称刚架，可将荷载分为正、反对称两所示单跨对称刚架，可将荷载分为正、反对称两组，如图组，如图b、c。荷载正对称时如图荷载正对称时如图b，结点只有转角，没有侧移，可用力矩分配法计算。结点只有转角，没有侧移，可用力矩分配法计算。荷载反对称时如图荷载反对称时如图c，结点有转角，还有侧移，要采用无剪力分配法计算。结点有转角，还有侧移，要采用无剪力分配法计算。9-4 无剪力分配法取反对称的半刚架如图取反对称的半刚架如图a所示。所示。横梁横梁BC：两端无相对线位移：两端无相对线位移无侧移杆件无侧移杆件 竖柱竖柱AB：由于支座：由于支座C无水平反力，其剪力是静定的无水平

11、反力，其剪力是静定的 剪力静定杆件剪力静定杆件（1）固定结点。加刚臂阻止结点）固定结点。加刚臂阻止结点B转动，不阻止其线位移，如图转动，不阻止其线位移，如图b。柱柱AB上端不能转动，但可自由地水平滑行，相当于下端固定上端滑动的梁，上端不能转动，但可自由地水平滑行，相当于下端固定上端滑动的梁，如图如图c。横梁横梁BC因其水平位移并不影响内力，相当于一端固定另一端铰支的梁。因其水平位移并不影响内力，相当于一端固定另一端铰支的梁。查表可得查表可得 全部水平荷载由柱全部水平荷载由柱的下端剪力平衡。的下端剪力平衡。9-4 无剪力分配法当上端转动时柱当上端转动时柱AB的剪力为的剪力为0，处于纯弯曲受力状态

12、，如图，处于纯弯曲受力状态，如图e。与与上端固定下端滑动上端固定下端滑动同样角度时的受力和变形状态完全相同，如图同样角度时的受力和变形状态完全相同，如图f。（2）放松结点。结点）放松结点。结点B即转动即转动Z1角，同时也发生水平位移，如图角，同时也发生水平位移，如图d。因而，可推知其劲度系数为因而，可推知其劲度系数为i，传递系数为，传递系数为-1。9-4 无剪力分配法固定结点时：柱固定结点时：柱AB的剪力是静定的的剪力是静定的。放松结点时：柱放松结点时：柱B端的分配弯矩乘以端的分配弯矩乘以-1传到传到A端，端，AB 杆的弯矩为常数而剪力为杆的弯矩为常数而剪力为0。在力矩的分配传递过程中，柱中原

13、在力矩的分配传递过程中，柱中原有的剪力保持不变而不增加新的剪力有的剪力保持不变而不增加新的剪力无剪力分配法无剪力分配法。9-4 无剪力分配法 图图a 所示刚架，各横梁均为无侧移杆，各竖柱均为剪力静定杆。只所示刚架，各横梁均为无侧移杆，各竖柱均为剪力静定杆。只加刚臂阻止各结点的转动，不阻止其线位移，如图加刚臂阻止各结点的转动，不阻止其线位移，如图b。此时，各层柱子两端均无转角，只有侧移。分析任一层柱子例如此时，各层柱子两端均无转角，只有侧移。分析任一层柱子例如BC两端的相对侧移时，可将其看作是下端固定上端滑动。如图两端的相对侧移时，可将其看作是下端固定上端滑动。如图c 9-4 无剪力分配法推知推

14、知：不论刚架有多少层，每一层柱子均可视为上端滑动下端固定的梁，：不论刚架有多少层，每一层柱子均可视为上端滑动下端固定的梁，除了柱身承受本层荷载外，柱顶处还承受剪力，其值等于除了柱身承受本层荷载外，柱顶处还承受剪力，其值等于柱顶以上柱顶以上 各层所有水平荷载的代数和各层所有水平荷载的代数和。图图d为放松结点为放松结点c时的情形。时的情形。结点结点c转动角度转动角度C，BC、CD两柱将产生相对侧移。两柱将产生相对侧移。由平衡条件，两柱剪力均为由平衡条件，两柱剪力均为0处于纯弯矩受力状态。处于纯弯矩受力状态。各柱的劲度系数取各自的线刚度各柱的劲度系数取各自的线刚度i，传递系数为，传递系数为-1。注意

15、：汇交于结点注意：汇交于结点c的各杆才产生变形而受；。的各杆才产生变形而受；。B以下各层无任何位移固不受力；以下各层无任何位移固不受力；D以上各层随以上各层随D点一起运动，各杆两端无相对点一起运动，各杆两端无相对 侧移，故不受力。侧移，故不受力。放松结点放松结点C时，力矩的分配传递只在时，力矩的分配传递只在CB、CD、CF三杆范围内进行。放松其他结点时同理。三杆范围内进行。放松其他结点时同理。9-4 无剪力分配法例例9-4 试用无剪力分配法计算图试用无剪力分配法计算图a所示刚架。所示刚架。解：解：各柱端的劲度系数各柱端的劲度系数=柱的线刚度。柱的线刚度。计算固端弯矩，柱计算固端弯矩，柱AC：柱

16、柱CE：除本层荷载外还有柱顶剪力：除本层荷载外还有柱顶剪力10kN。柱柱EG：除本层荷载外还有柱顶剪力：除本层荷载外还有柱顶剪力20kN。9-4 无剪力分配法整个计算过程如图整个计算过程如图b。计算分配系数，如图计算分配系数，如图b。弯矩图如图弯矩图如图c。9-4 无剪力分配法例例9-5 试作图试作图a所示空腹梁（又称空腹桁架）的弯矩图，并求所示空腹梁（又称空腹桁架）的弯矩图，并求 结点结点F的竖向位移。的竖向位移。解：解：将支座去掉以反力代替其作用，将支座去掉以反力代替其作用，利用对称性，将荷载和反力分解为利用对称性，将荷载和反力分解为 对对x轴正、反对称两组。轴正、反对称两组。正对称时：略去轴向变形影响，正对称时：略去轴向变形影响，各杆弯矩皆为各杆弯矩皆为0；反对称时：可用无剪力分配法求解，如图反对称时：可用无剪力分配法求解，如图b。9-4 无剪力分配法 图图b所示结构外力平衡，有确定的内力和变形，但可以有所示结构外力平衡，有确定的内力和变形，但可以有任意的刚体位移。假设任意的刚体位移。假设H点不动，点不动，B点无水平位移，如图点无水平位移，如图c。图图c与图与图b受力相同。受力相