结构发生自由振动时,各质点离开原静力平衡位置作往复运动,待质点位移达到最大时,结构势能达到最大值,这时结构的动能 为零(速度等于零)。当结构各质点通过静力平衡位置时,则结构的动能具有最大值(速度最大),而结构的势能为零。忽略阻尼影响,由能量守恒原理,最大动能值应等于最大势能值,由此可计算结构固有频率 。固有频率 是与结构本身的质量 大小和截面惯性矩及跨度有关的固有特征。
▲图1
如图1所示,简支梁在平面内的动位移为
简支梁的动能为
处于平衡位置时(即 )最大动能为:
梁的势能随着杆的振动变形而改变,忽略剪切影响,其弯曲应变能
由 得弯曲应变能最大值
由 ,可得固有频率
对于多跨连续梁体系,应使任意相邻两跨挠度曲线方向相反,再按这种状态设定荷载,进而得出一阶振形 近似表达式,用此曲线决定结构的第一频率是可行的。而对于单跨梁,除了自重作用下的挠度曲线外,另外的荷载工况作用下的挠度曲线也可近似看作一阶振形 。例如悬臂梁在自由端集中荷载作用下的挠度曲线.