问题描述:
下图所示的外伸梁在均布线荷载作用下,其自由端的竖向位移与外伸长度 X 之间并非单调的递增或递减关系。也就是说,随着 X 的增加,自由端的竖向位移既可能增加也可能减少。请问,如何从理论上解释这个现象呢?

解答:
对于上图所示的外伸梁,在只考虑弯曲变形及 EI 为常数的情况下,利用单位荷载法(图乘法)计算自由端的竖向位移 Δ,如下所示。具体计算过程详见结构力学的相关教材,此处不再赘述。

其中,Δ 以竖直向下为正,竖直向上为负。当 X 取零时,Δ 等于零,即:外伸梁退化为简支梁。同理,当 X = l 时,Δ =
ql^4/8EI,即:外伸梁退化为悬臂梁。基于上述公式,外伸长度 X 与自由端竖向位移 Δ 之间的函数关系如下图所示:

可以看出,随着外伸长度的增加,自由端竖向位移的数值先减后增。如果考虑竖向位移的方向,可将以上曲线划分为三段,从左向右依次为:向上增加段 → 向上减少段 → 向下增加段。
因此,当线荷载的作用方向(竖直向下)与自由端的位移方向相反(负值 = 竖直向上)时,随着外伸长度 X 的增加,自由端的竖向位移 Δ 并非单调递增或单调递减,这与外伸长度的变化范围密切相关。