文档介绍：两段变截面矩形悬挑梁挠度计算
唐大凡
摘要本文采用虚功原理推导出两段变截面矩形悬臂梁(均质弹性材料)在各种荷载作用下的挠度计算公式,供设计者参考。
关键词变截面悬臂梁挠度计算
Deflection Calculation of Variable Cross-section Rectangle Vantilever Beam
Tang Dafan
(An Shan Metallurgical Engineering Design and Research Institute,the Ministry of Metallurgical
Industry)
ABSTRACT The formula for deflection calculation of variable cross-section rectangle vantilever beam is derived with virtual work paper has some reference value to engineering designer.
KEYWORDS Variable cross-section Vantilever beam Defvlection calculation
一、问题的引出
意大利著名结构工程师Nervi ,其外形与弯矩的二次抛物线图形相一致,是至今最著名的大跨度变截面悬挑梁之一。在结构设计中,由于建筑功能或建筑造型的需要结构工程师需设计大跨度的悬挑梁,诸如体
育场主看台雨篷梁、电视塔及高层建筑顶部承托或悬挂旋转餐厅挑出部分的大梁。为了节省材料,减轻自重及增强美感大跨度挑梁常设计成变截面梁,但设计中必须严格控制其挠度。以往计算挠度多采用“分段总和法”近似求解,该法不仅计算过程繁冗、计算量大,而且计算过程极易出错。为此,作者采用虚功原理推导出两段变截面均质弹性材料悬挑梁在各种荷载作用下的挠度计算公式,所得值为弹性位移。设计中若为钢筋砼梁还须按《砼设计规范》进行刚度折减计算。
图1 计算简图
二、计算公式的推导
两段变截面矩形悬挑梁如图1(a)所示,梁宽为b,其余结构尺寸及荷载见图。x轴的坐标原点取在固定端处。依据虚设单位力法先求实际荷载作用下的MP(x),再求虚设单位
荷载(P=1)作用下的(x)。由于h/L值不很大,剪力对挠度的影响很小可忽略不计。以下
分别导出梁在各种荷载作用下的自由端处(A点或A′点)挠度f。
实际荷载作用下MP(x)为:
虚设单位力(P=1)作用下(x)为:
I(x)的计算如下:
则自由端处挠度f1为:
式(1)中第1项积分值为:
(2)
式中(1)
式(1)中第2项积分值,当η1≠η2时为
式中
当η1=η2时为:
(4)
实际荷载作用下MP(x)为(见图2):
虚设单位力作用下(x)为:
I(x)的计算公式同前,则自由端处挠度f2为: 当L1<b0≤L时(3)
(5)
式(5)中第1项积分值为:
(6)
式中a1、a2表达式