结构推理
简支梁作用集中荷载P,如图。梁的抗弯刚度为EI,求C截面的挠度和A截面的转角。
此题需要分两段列出各自的弯矩方程式,因而在计算变形时,也要分段列出挠曲线近似微分方程,并分段积分。
【正确答案】解 支反力VA=pb/L,VB=pa/L
弯矩方程 AC段 M(x1)=pbx1/L (0≤x1≤a)
CB段 M(x2)=pbx2/L (a≤x1≤L)
AC与BC段的挠曲线近似微分方程及其积分
AC段 EIy’ ’1= -M(x1)=Pbx1/L
EIy’1= -Pbx12+C1
EIy1= -Pbx13/6L+C1x1+D1
CB段 EIy’ ’2= -M(x2)= -Pbx2/L+P(x2-a)
EIy’2= -Pbx22/2L+P(x2-a)2/2+C2
EIy2= -Pbx23/6L+ P(x2-a)3/6+C2x+D2
(4) 确定积分常数
积分常数有C1,C2,D1,D2四个,因此,除了两个边界条件
(1)x1=0,yA=0;(2) x2=0,yB=0以外,尚须考虑连续条件:在C点处既属于AC段,又属于CB段,而梁弯曲后的变形是连续的,因而从AC段的方程计算出C点挠度与转角,应该与由CB段方程算出的相等,即3)x1=x2=a,y1’=y2’,4)x1=x2=a,y1=y2,条件3)与4)称变形的连续条件,通过以上四个条件,可求出四个积分常数。
根据条件3)可得:-Pba2/2L+C1=-Pba2/2L+C2 得:C1= C2 ,
根据条件4)-Pba3/6L+ C1a +D1=-Pba3/6L+ C2 +D2 得:D1= D2,
将条件1)代入式(b),得D1=0。将条件2)代入式(d)得:
P(L-a)3/6-PbL3/6L+C2L=0
故C2=Pb(L2-b2)/6L
转角方程和挠度方程式
将积分常数代入式(a),(b),(d)即可得到AC段和CB段的转角方程和挠度方程式:
AC段 θ1= y’=Pb(L2-b2-3x12)/6LEI (0≤x1≤a) (e)
y1=Pbx1(L2-b2-3x12)/6LEI (0≤x1≤a) (f)
CB段 θ2= y2’=[Pb(L2-b2-3x22)/6L+P(x2-a)2/2]/EI (a≤x2≤L) (g)
y2=Pbx1(L2-b2-3x12)/6LEI (a≤x2≤L) (h)
求yc 和θA
将x1=a代入式(f),或将x2=a代入式(h),便可得到C截面的挠度
yC= Pab(L2-b2-a2)/6LEI
将x1=0代入式(e),得A截面的转角θA= Pb(L2-b2)/6LEI
通过转角方程,可定出最大挠度所在截面位置,即转角等于零处挠度有极值,从而求出最大挠度数值。但是在工程上,当挠曲线无拐点时,可由中点挠度近似地代替最大挠度,二者数值很接近,这样可节省计算工程量。
【答案解析】