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特性,超静定结构-结构力学

【摘要】:超静定结构与静定结构对比,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。超静定结构的这一特性,在一定条件下会带来不利影响,例如连续梁可能由于地基不均匀沉陷而产生过大的附加内力。但超静定结构的内力单由平衡条件则无法全部确定,还必须考虑变形条件才能确定其解答,因此其内力数值与材料性质和截面尺寸有关。因此,从军事及抗震方面来看,超静定结构具有较强的防御能力。

超静定结构与静定结构对比,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。

(1)对于静定结构,除荷载外,其他任何因素如温度变化、支座位移等均不引起内力。但对于超静定结构,由于存在着多余约束,当结构受到这些因素影响而发生位移时,一般将要受到多余约束的限制,因而相应地要产生内力。

超静定结构的这一特性,在一定条件下会带来不利影响,例如连续梁可能由于地基不均匀沉陷而产生过大的附加内力。但是,在另外的情况下又可能成为有利的方面,例如同样对于连续梁,可以通过改变支座的高度来调整梁的内力,以得到更合理的内力分布。

(2)静定结构的内力只按平衡条件即可确定,其值与结构的材料性质和截面尺寸无关。但超静定结构的内力单由平衡条件则无法全部确定,还必须考虑变形条件才能确定其解答,因此其内力数值与材料性质和截面尺寸有关。由于这一特性,在计算超静定结构前,必须事先确定各杆截面大小或其相对值。但是,由于内力尚未算出,故通常只能根据经验拟定或用较简单的方法近似估算各杆截面尺寸,以此为基础进行计算。然后,按算出的内力再选择所需的截面,这与事先拟定的截面当然不一定相符,这就需要重新调整截面再进行计算。如此反复进行,直至得出满意的结果为止。因此,设计超静定结构的过程比设计静定结构更复杂。但是,同样也可以利用这一特性,通过改变各杆的刚度大小来调整超静定结构的内力分布,以达到预期的目的。

(3)超静定结构在多余约束被破坏后,仍能维持几何不变;而静定结构在任何一个约束或支座被破坏后,便立即成为几何可变体系而丧失了承载能力。因此,从军事抗震方面来看,超静定结构具有较强的防御能力。

(4)超静定结构由于具有多余约束,一般来说,要比相应的静定结构刚度大些,内力分布也均匀些。例如图 6-41(a)所示的三跨连续梁和图 6-41(b)所示的三跨简支梁,在荷载、跨度及截面相同的情况下,显然前者的最大挠度及最大弯矩值都较后者为小,连续梁内力分布更趋于均匀且具有较平滑的变形曲线,这对于桥梁来说可以减小行车时的冲击作用。

图6-41