變截面梁式拱式結(jié)構(gòu)分析的子結(jié)構(gòu)法課件

3變截面連續(xù)梁、拱式結(jié)構(gòu)分析的子結(jié)構(gòu)法梁式子結(jié)構(gòu)剛度矩陣拱式子結(jié)構(gòu)剛度矩陣橋墩子結(jié)構(gòu)剛度矩陣子結(jié)構(gòu)等效節(jié)點力列陣整體分析及程序設計小結(jié)本章參考文獻

分析超靜定大跨徑變截面橋梁結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)法：（1）將整體系統(tǒng)按跨或其它子系統(tǒng)劃分為若干個子結(jié)構(gòu)，子結(jié)構(gòu)數(shù)等于跨數(shù)與子系統(tǒng)之和。（2）求出每個子結(jié)構(gòu)的特性之后，再系統(tǒng)求解。該法可以大量節(jié)省微機內(nèi)存空間及機時。并且簡單、清晰，適合于工程設計者應用。

梁式子結(jié)構(gòu)剛度矩陣（1）基本假定除了彈性結(jié)構(gòu)的一般假定外，還假定變截面梁的底面曲線不能太陡，子結(jié)構(gòu)軸力產(chǎn)生的彎矩可略去不計。這一假定與目前分析梁式橋普遍采用的方法是一致的，也符合梁式橋的受力情況。（2）子結(jié)構(gòu)剛度矩陣如圖所示的梁式變截面結(jié)構(gòu)，其左端位移根據(jù)圖b）c）及d）按眾所周知的莫爾定理（單位位移法）求得如下。根據(jù)位移條件則有

橋墩子結(jié)構(gòu)及位移寫成矩陣形式，并利用反力互等定理，則

分塊表示

式中拱式子結(jié)構(gòu)剛度矩陣

如上圖所示的拱式變截面子結(jié)構(gòu)，按彈性中心及莫爾定理即可求出各剛度系數(shù)。如下圖b）所示的拱在左端發(fā)生單位水平位移時，其彈性中心所引起的水平力H2為

拱式子結(jié)構(gòu)

各剛度系數(shù)

同理，有拱式子結(jié)構(gòu)單位位移

當拱的橫截面變化服從則c1、c2、c3、Ys可簡化為當拱軸為懸鏈線拱軸系數(shù)

橋墩子結(jié)構(gòu)剛度矩陣

大跨徑橋梁的基礎常采用灌注樁.因此,承臺將產(chǎn)生一定的位移,如橋墩按承臺頂固結(jié)進行計算,勢必產(chǎn)生一走的誤差，不失一般性，這里將橋墩下端簡化為如下圖所示的彈簧支承。如圖c）所示，當上端發(fā)生單位豎向位移時，則有

橋墩子結(jié)構(gòu)及位移同理，當上端產(chǎn)生單位水平位移及轉(zhuǎn)角時，則有

合并寫成矩陣形式，即

將式中的從局部坐標系轉(zhuǎn)換到整體坐標系中，則有若橋墩為豎直向時，將代入[T]，則有

當橋墩下端固定時，在計算中只需令

修改相應參數(shù)。子結(jié)構(gòu)等效節(jié)點力列陣（1）梁式變截面子結(jié)構(gòu)等效節(jié)點力（a）作用均布荷載如圖所示，按莫爾定理可求得左端的位移為根據(jù)節(jié)點力與位移的關系有根據(jù)靜力平衡條件，有

等效節(jié)點力列陣為根據(jù)靜力平衡條件,則有由集中荷載p所引起的等效節(jié)點力列陣（3）作用集中力偶如下圖所示的變截面子結(jié)構(gòu),當作用集中力偶時,同理可求出固端內(nèi)力如下同理

（2）拱式變截面子結(jié)構(gòu)等效節(jié)點力列陣（a）作用集中荷載對如圖所示的變截面拱式子結(jié)構(gòu)，在集中力作用下，可先求出彈性中心的內(nèi)力，再按靜力平衡條件即可獲得左、右端的固端內(nèi)力如下因此拱式變截面子結(jié)構(gòu)由p所引起的等效節(jié)點力列陣的表示形式同式梁式結(jié)構(gòu)，只是計算式不同。

（c）作用非均布的分布荷載當拱式變截面子結(jié)構(gòu)作用非均布的分布荷載，如下圖所示，可將其等效為若干個集中力。對于每一個集中力可按上節(jié)分別計算固端內(nèi)力及等效節(jié)點力。然后再疊加，即可獲得總等效節(jié)點力。另外，當拱的橫截面服從前述變化規(guī)律時，則bi和di簡化為此處僅推導出梁式及拱式變截面子結(jié)構(gòu)在幾種常遇荷載作用下的等效節(jié)點力列陣。對于其它類型的荷載，同理可導出其等效節(jié)點力列陣整體分析及程序設計如圖a）、b）所示的剛構(gòu)及連拱結(jié)構(gòu)，其平衡方程均可表示為考慮節(jié)點1和4的邊界條件，修改平衡方程式后，即可求得不為零的節(jié)點位移值。然后通過單元平衡方程就可獲得單元節(jié)點內(nèi)力值。此時超靜定結(jié)構(gòu)已變靜定結(jié)構(gòu)，按靜力平衡條件即可計算出任一截面的內(nèi)力值。橋墩剛度矩陣[]為零即可。為方便讀者編寫計算機程序，下圖給出了編寫程序框圖?？驁D中包括了以下幾個子程序：梁式子結(jié)構(gòu)單剛子程序、拱式子結(jié)構(gòu)單剛子程序、組裝總剛子程序、方程求解子程序，計算桿端力及截面內(nèi)力子程序、輸出子程序。開始輸入基本數(shù)據(jù)拱式?梁式子結(jié)構(gòu)單剛拱式子結(jié)構(gòu)單剛有荷載？等效節(jié)點力有荷載？橋墩影響組裝總剛及等效節(jié)點荷載列陣計算橋墩上端剛度系數(shù)修改平衡方程及求解各子結(jié)構(gòu)桿端力及截面內(nèi)力打印計算結(jié)果結(jié)束否否是計算等效節(jié)點力是對子結(jié)構(gòu)數(shù)循環(huán)否對總題目數(shù)循環(huán)是是否子結(jié)構(gòu)法程序框圖本章參考文獻

[1]張翔、賀拴海．分析超靜定、變截面結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)法．橋梁建設．No.4,1989．[2]賀拴海、李子青、張翔、魏崇向．