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三、静定结构在荷载作用下的位移计算
(一)位移计算的一般公式—单位荷载法
单位荷载法的理论依据是虚力原理,这时虚功方程(3—2)中的变形状态Δ、C、dθ、du、dη是实际的,而平衡状态中的P、R、N、M、V则是虚设的。
单位荷载法的具体做法是:在结构拟求位移Δ处沿该位移方向施加相应的广义单位 力P=1,它与支座反力、内力构成一个虚拟的平衡力系,然后令此平衡力系在结构由荷 载产生的实际位移和变形上做虚功,则由虚功方程(3—2)得虚力方程为(设实际的位移状态中,结构无支座位移,即设C=0):
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式中 ΔiP为结构拟求位移的截面沿该位移方向(i方向)由广义力P产生的广义位移; Mi、Ni、Vi为由虚设的广义单位力产生的弯矩、轴力、剪力;dθp、dup、dηp为实际状态中杆件微段ds两侧截面的相对转角、相对轴向位移、相对错动,对线弹性结构,dθp、dup、dηp分别为
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代人式(3—3)后,即得线弹性结构在荷载作用下的位移计算的一般公式为
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式中Mp、Np、Vp为结构在实际荷载作用下产生的弯矩、轴力、剪力;E、G为材料的弹性模量、剪切模量;A、I为杆件横截面面积、惯性矩;k为截面剪应力不均匀分布系数,对矩形截面k=1.2,圆形截面k=10/9,薄壁环形截面k=2。
对理想平面桁架,上式为

当Mi、Ni、Vi与相应的Mp、Np、Vp的方向一致时,式(3—4)中相应的各项为正,否则为负。当按式(3—4)求出的ΔiP为正时,表明ΔiP的方向与施加的单位力同向,否则为反向。
上述单位荷载法也适用于温度变化、支座位移等因素引起的结构位移计算。
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