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超静定结构的特性及优化方法

【摘要】:超静定结构与静定结构相比,具有以下一些重要特性。了解这些特性,有助于加深对超静定结构的认识,并更好地应用它们。超静定结构的内力单由静力平衡条件不能全部确定,还需要同时考虑位移条件。所以,超静定结构的内力与结构的材料性质以及杆件截面尺寸有关。在超静定结构中,任何上述因素作用,通常都会引起内力。因此超静定结构比静定结构具有较强的防护突然破坏能力。在设计防护结构时,应该选择超静定结构。

超静定结构与静定结构相比,具有以下一些重要特性。了解这些特性,有助于加深对超静定结构的认识,并更好地应用它们。

(1)静定结构的内力只用静力平衡条件即可确定,其值与结构的材料性质以及杆件截面尺寸无关。超静定结构的内力单由静力平衡条件不能全部确定,还需要同时考虑位移条件。所以,超静定结构的内力与结构的材料性质以及杆件截面尺寸有关。

(2)在静定结构中,除了荷载作用以外的其他因素(如支座移动、温度变化、制造误差等)都不会引起内力。在超静定结构中,任何上述因素作用,通常都会引起内力。这是由于上述因素都将引起结构变形,而此种变形由于受到结构的多余约束的限制,因而往往使结构中产生内力。

(3)静定结构在任何一个约束遭到破坏后,便立即成为几何可变体系,从而丧失了承载能力。而超静定结构由于具有多余约束,在多余约束遭到破坏后,仍然能维持其几何不变性,因而还具有一定的承载能力。因此超静定结构比静定结构具有较强的防护突然破坏能力。在设计防护结构时,应该选择超静定结构。

(4)超静定结构由于具有多余约束,一般地说,其内力分布比较均匀,变形较小,刚度比相应的静定结构要大些。例如图14-16(a)所示连续梁,当中跨受荷载作用时,两边跨也将产生内力。但如图14-16(b)所示的多跨静定梁则不同,当中跨受荷载作用时,两边跨只随着转动,但不产生内力。又如图14-17(a)为两跨连续梁,图14-17(b)为相应的两跨静定梁,在相同荷载作用下,前者的最大挠度及弯矩峰值都较后者为小。

图14-16 多跨连续梁与静定梁受力比较

图14-17 两跨连续梁与静定梁受力比较

因此,从结构的内力分布情况看,超静定结构比静定结构要均匀些。