案例07 — 多集中荷载下带弹性吊杆的梁
木梁两端支承,受两个集中竖向荷载作用。在中间位置,梁与锚固在上方支座的竖向钢吊杆相连。计算连接点竖向位移、支座反力和吊杆轴力。
描述
考虑图示组合结构。15米木梁(截面15×20厘米)在A和E点支承。B点受6 kN,D点受2.4 kN竖向荷载。在C点,梁与直径12毫米、长12米的钢杆相连,该钢杆锚固在上方支座F处。
求:
- C点的竖向位移
- A和E处的支座反力
- 吊杆中的轴力
结构图示
验证模型的几何形状、边界条件和荷载施加情况。
模型参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 单元类型 | Beam element, truss element |
| 材料 | Steel, 2.0 × 10⁸ kN/m²; Timber, E = 1.0×10⁷ kN/m² |
| 截面属性 | Timber beam: 0.15×0.20 m; Hanger: Ø0.012 m |
| 边界条件 | Node A – pinned; Node E – roller; Node F – pinned |
| 荷载 | Nodal load −6 kN at node B; −2.4 kN at node D |
数值结果
位移
RodX表格结果
变形对比 (mm)
| 节点 | 解析解 | RodX |
|---|---|---|
| Δy(C) | −3.256 | −3.256 |
轴力对比 (kN)
| 杆 | 解析解 | RodX |
|---|---|---|
| 5 | 6.137 | 6.137 |
支座反力对比 (kN)
| 节点 | 解析解 | RodX |
|---|---|---|
| A | 2.225 | 2.225 |
| E | 0.0377 | 0.0377 |
RodX获得的数值结果与解析解吻合。
参考文献
- C.K. Wang, Intermediate Structural Analysis, McGraw-Hill, 1985, p. 586.