Система канонических уравнений метода перемещений

Плоская стержневая система с известной топологией и геометрическими размерами испытывает произвольное силовое воздействие (рис. 19.8,а). Изгибную жесткость поперечного сечения стержней, расположенных между узлами сооружения, будем считать постоянной (EJ_k = const). Задача состоит в определении угловых и линейных перемещений узлов системы от заданной нагрузки (см. п. 19.1 настоящей лекции).

Рис. 19.8

Степень кинематической неопределимости сооружения равна n. Накладывая на его узлы n угловых и линейных связей, образуем основную систему метода перемещений (рис. 19.8,б). Неизвестные угловые и линейные перемещения узлов Z₁, Z₂,…, Z_i,…, Z_j,…, Z_n определим из условия эквивалентности напряженно-деформированных состояний заданного сооружения (рис. 19.8,а) и его основной системы метода перемещений (рис. 19.8,б), т.е. из условий равенства нулю реакций в наложенных связях от их смещения на величины  Z₁, Z₂,…, Z_i,…, Z_j,…, Z_n и от действующей нагрузки. Другими словами, подбор перемещений угловых и линейных связей в основной системе метода перемещений мы осуществляем, отрицая реакции в наложенных связях, ибо в заданном сооружении этих связей нет.

R₁ = 0, R₂ = 0,…, R_i = 0,…, R_j = 0,…, R_n = 0.        (19.3)

Используя принцип независимости действия сил, реакции соотношения (19.3) представим в виде суммы реакций от смещений каждой из наложенных связей на величину, совпадающую с величиной соответствующего перемещения узла в заданном сооружении, и от приложенной нагрузки:

………………………………………………………………... (19.4)

………………………………………………………………...

В соотношениях (19.4):  и  соответственно реакции в i-й наложенной связи в основной системе метода перемещений от заданной нагрузки и смещения j-й связи на величину, равную Z_j. В соответствии с принципом пропорциональности реакции в наложенных связях запишем так:

……………..                                 

                        (19.5)

……………..                                 

……………..

Из формул (19.5) следует смысл коэффициентов r_ii и r_ij. Это реакции в i-й наложенной связи, соответственно от смещения i-й и j-й наложенных связей на величину, равную единице, в основной системе метода перемещений.

Подставляя выражения (19.5) в соотношения (19.4), в общем виде получим систему канонических уравнений метода перемещений:

     (19.6)

В системе уравнений (19.6) коэффициенты при неизвестных r_ii, расположенные на главной диагонали, называются главными, коэффициенты r_ij – побочными, свободные члены R_iF – грузовыми коэффициентами. В п. 16.3 шестнадцатой лекции (см. Крамаренко А.А. Лекции по строительной механике стержневых систем. Ч. 3. Статически неопределимые системы. Метод сил: Курс лекций / А.А. Крамаренко, Л.А. Широких. – Новосибирск: НГАСУ, 2002) было показано, что побочные коэффициенты r_ij и r_ji подчиняются теореме о взаимности реакций, т.е. r_ij = r_ji.

Решению системы уравнений (19.6) предшествует определение коэффициентов при неизвестных r_ii, r_ij и свободных членов R_iF. В методе перемещений перечисленные коэффициенты можно определить, имея эпюры внутренних усилий в основной системе от смещения наложенных связей на величины, равные единице, и от различных видов нагрузок, т.е. имея результаты расчета стандартных стержней на упомянутые воздействия (см. п. 19.2 настоящей лекции).