Канонічні рівняння методу сил
Додаткові рівняння переміщень, що виражають рівність нулю переміщень (лінійних чи кутових) у напрямках зайвих невідомих, зручно складати в так званій канонічній формі, тобто за певною закономірністю.
| Спочатку розглянемо систему, один раз статично невизначувану (рис. 17а). Як зайву невідому виберемо шарнірно-рухому опору В. Тоді, навантаживши основну систему заданим навантаженням і зайвою невідомою силою (рис.17б), прирівняємо до нуля повне переміщення точки В основної системи в напрямі :
|
(2.1)
Обчислюючи
, застосуємо принцип незалежності дії сил: 
де
– переміщення від заданого навантаження (рис. 17в);
– переміщення від сили
.
Якщо
– переміщення в напрямі
від сили
(рис.17г), то
, і рівняння переміщень (2.1) набирає вигляду:
(2.2)
Це канонічна форма рівняння переміщень для один раз статично невизначуваної системи.
Для системи з двома зайвими зв’язками додаткові рівняння мають вигляд:
де
– повне переміщення в напрямі
від заданого навантаження та зайвих невідомих сил
і
;
– повне переміщення в напрямі
від заданого навантаження та зайвих невідомих сил
і
.
Виходячи з принципу незалежності дії сил, запишемо переміщення
та
у вигляді сум переміщень, спричинених окремо кожною з невідомих сил
,
та заданим навантаженням
. Використовуючи вибрані раніше позначення переміщень, знаходимо:
(2.3)
За аналогією можна записати в канонічній формі рівняння переміщень для будь-якої n разів статично невизначуваної системи:
(2.4)
Повне переміщення
можна визначити як добуток питомого переміщення
, спричиненого дією одиничної сили, на відповідну узагальнену силу –
.
(2.5)
Система канонічних рівнянь методу сил для загального випадку навантаження має вигляд:
(2.6)
де
– кількість зайвих зв'язків (ступінь статичної невизначуваності) системи.
Коефіцієнти
рівнянь (2.6) являють собою лінійні зміщення та кути повороту в основній (статично визначуваній) системі від дії сил і моментів
, доданих по напрямкам
невідомих зусиль. Вільні члени
визначають відповідні переміщення, викликані заданим зовнішнім навантаженням.
Коефіцієнти і вільні члени канонічних рівнянь (2.6) обчислюються за допомогою інтегралу Мора, що представляється в загальному випадку формулою[1].
(2.7)
де складання проводиться по усім дільницям пружної системи.
В прийнятій системі координат (вісь
співпадає з віссю стержня, а
і
– головні центральні осі поперечного перерізу) крутний момент
і згинальні моменти
і
, поздовжня
та поперечні сили
і
є сукупністю проекцій головного вектору і головного моменту сил в довільному перерізі стержня.
При застосуванні графоаналітичних методів для визначення інтегралів Мора (2.7) необхідно мати відповідні епюри від одиничних навантажень
, які будують для основної системи навантаженою тільки силами
кожною окремо.
Епюри
, будують також для основної системи, але від заданого зовнішнього навантаження. Ординати епюр згинальних моментів відкладають з боку стислого волокна.
Для багатопрольотної балки відмінними від нуля внутрішніми зусиллями вважати згинальний момент та поперечну силу.
Для плоскої рами - згинальний момент, поперечну і поздовжню сили.
Згідно з п.1.1, на підставі формули (2.7) знаходимо
(2.8)
Питомі переміщення, що мають однакові індекси й називаються головними коефіцієнтами канонічних рівнянь, визначають таким чином
(2.9)
Очевидно, що ці переміщення додатні.
Питомі переміщення, в яких індекси не однакові, називають побічними коефіцієнтами й визначають за формулою
(2.10)
Вони можуть бути додатними або від’ємними, а також дорівнювати нулю.
На підставі теореми про взаємність переміщень
[1].
Плоскопросторові рами являють собою особливий клас стержньових конструкцій, у яких плоска рамна система навантажена силами, діючими в площинах, не співпадаючих з площиною самої рами
.
|
Очевидно, що при дії сил, перпендикулярних площині рами (рис. 18), відмінними від нуля внутрішніми зусиллями в перерізі рами є

Якщо ж площина дії зовнішніх сил співпадає з площиною рами, відмінними від нуля є

Оскільки будь-яке зовнішнє навантаження можна розкласти на дві складові, одна з яких розміщена в площині рами
, а інша – в перпендикулярній площині
, ці невідомі поділяються на дві самостійні групи і можуть бути визначені незалежно друг від друга.
Таким чином, система канонічних рівнянь (2.6) для плоскопросторової рами в загальному випадку розпадається на дві незалежні системи:
(2.11)
Де
– невідомі зусилля і моменти, діючі в площинах, ортогональних до площини рами;
– невідомі і моменти, що лежать в площині рами.
В випадку, якщо зовнішнє навантаження є антиплоским
,
, вільні члени
системи (2.11) звертаються в нуль, що призводить до нульових рішень для зусиль
в площині рами.
Отже, для плоскопросторових рам, навантажених ортогонально до її площини, ступінь статичної невизначуваності
визначається числом додаткових зв'язків, накладених на раму в площині дії зовнішнього навантаження. Відмінними від нуля невідомими
є зусилля, що призводять до появи згинальних і крутних моментів в площинах, перпендикулярних площині рами, причому нехтуємо впливом поздовжніх та поперечних сил:
(2.12)
Значення коефіцієнтів канонічних рівнянь, як показують вирази (2.7), залежать від співвідношення згинальних
,
та крутної
жорсткостей поперечних перерізів стержньової системи та довжин
відповідних ділянок стержня.
Якщо рама зібрана з прямолінійних стержнів постійної згинальної і крутної жорсткості, то безпосереднє інтегрування в формулі Мора можна замінити перемноженням епюр по способу Верещагіна (1.8).