結構力學第三章靜定結構的內力計算教師講義

2021-03-03 23:53:59 字數 3621 閱讀 2881

§3-1 平面桿件的截面內力

[截面內力及符號規定]

從微觀上看,截面內力為:正應力、剪應力

從巨集觀上看,平面桿件任一截面內力為:軸力、剪力和彎矩

(1)截面上正應力的合力,稱為軸力。軸力的拉為正,壓為負。

(2)截面上剪應力的合力,稱為剪力。剪力以繞隔離體順時針轉為正,反之為負。

(3)截面上正應力對截面形心的合力矩,稱為彎矩。對於梁下部受拉為正,反之為負。

[內力圖]

作軸力圖和剪力圖時要註明正負號;作彎矩圖時畫在桿件受拉纖維一邊,不註明正負號。

[內力與荷載的關係]

彎矩、剪力與荷載集度之間的微分關係

(1),即無荷載作用的區間,剪力圖為水平線,彎矩圖為斜直線;

(2)常數,即均布荷載作用的區間,剪力圖為斜直線,彎矩圖為拋物線。

[截面法]

截面法是求內力的最基本方法。欲求某截面內力,即將該指定截面切開,取左邊或右邊部分為隔離體,畫受力圖,根據平衡方程求內力。

§3-2 單跨靜定梁

[彎矩圖的疊加]

基本彎矩圖

彎矩圖的疊加,為彎矩圖豎標的疊加。

[單跨靜定梁]

三種基本形式:

(1)簡支梁     (2)外伸梁     (3)懸臂梁

其它形式:

[作剪力圖]

梁的剪力圖簡易作法:先求出全部的支座反力。然後根據外力和反力的指向,從梁的左端零點出發,順著力的方向,依次繪出剪力圖,最終到達梁的右端零點。剪力圖繪在梁的上方為正,下方為負。

[作彎矩圖]

先求出各控制截面的彎矩,然後根據彎矩圖的疊加,分段作出結構的全部彎矩圖。

求控制截面彎矩的固定截面法:先求出全部的支座反力。欲求某控制截面的彎矩,只要將該截面假想固定,可取左半部或右半部為物件,根據懸臂結構的彎矩,判斷受拉邊,求出彎矩值。

§3-3 多跨靜定梁

[多跨靜定梁]

(1)由若干根梁用鉸相連,跨越幾個相連跨度的靜定梁。

(2)多跨靜定梁可分為基本部分與附屬部分。

基本部分——幾何不變部分;

附屬部分——依靠基本部分才能保持其幾何不變性。

(3)多跨靜定梁的計算原則:

先計算附屬部分,後計算基本部分。

§3-4 靜定剛架

[剛架]

剛架是由若干樑和柱主要用剛結點組成的結構。

[平面靜定剛架常見型別]

(1)懸臂剛架

(2)簡支剛架

(3)三鉸剛架

(4)組合剛架

§3-5 三鉸拱

[拱結構]

杆軸為曲線且在豎向荷載作用下能產生水平推力的結構。

拱與梁的區別——水平推力的存在。

曲梁拱[常見的三鉸拱]

(1)無拉桿的三鉸拱

(2)有拉桿的三鉸拱

[三鉸拱]

拱的兩端支座處稱拱趾,兩拱趾間的水平距離稱拱的跨度。拱軸最高處稱拱頂,拱頂至兩支座聯線的豎直距離稱為矢高。矢高與跨度之比稱為拱的矢跨比。

[三鉸拱的支座反力計算]

三鉸拱的支座豎向反力等於相應簡支梁兩支座的豎向反力,水平推力等於相應簡支梁與拱中間鉸對應的截面的彎矩除以矢高。

可見,水平推力只與荷載及三個鉸的位置有關,而與拱軸形狀無關。矢高愈大愈小,反之愈小則愈大。若則,此時三個鉸位於同一直線上,為瞬變體系。

[三鉸拱的內力計算]

內力符號規定:彎矩使內側受拉為正,剪力繞順時針轉為正,軸力以拉力為正。

求指定截面的內力:

、為相應簡支梁截面的彎矩與剪力。的符號在左半拱取正,右半拱取負。由於水平推力的存在,拱的彎矩比相應梁結構的彎矩小得多。

[三鉸拱的壓力線]

三鉸拱的截面的內力為彎矩、剪力與軸力,三者可合成為一合力,合力在截面上存在乙個作用點,所有各個截面的這些作用點聯接起來便成為一條折線或曲線,稱之為拱的壓力線。

[三鉸拱的合理拱軸]

在已知荷載作用下,如所選擇的三鉸拱軸線能使所有截面上的彎矩均等於零,這樣的拱軸稱為合理拱軸。

§3-6 靜定平面桁架

[桁架的計算簡圖]

桁架是由若干直杆在其兩端用鉸鏈接而成的結構。

桁架的三條基本假定:

(1)桁架的結點都是光滑的鉸結點;

(2)各桿的軸線都是直線並通過鉸的中心;

(3)荷載和支座反力都作用在結點上。

根據上述假定,桁架的計算簡圖各桿均用軸線表示,且都是只承受軸力的二力杆。

[平面桁架的分類]

(1)按桁架的外形可分為

a、平行弦桁架

b、折弦桁架

c、三角形桁架

(2)按支座反力的特點可分為

a、無推力桁架或梁式桁架

b、有推力桁架或拱式桁架

(3)按幾何組成方式可分為

a、簡單桁架——由乙個基本鉸接三角形開始,依次增加二元體所組成的桁架。

b、聯合桁架——由幾個簡單桁架按照兩剛片或三剛片規則聯合所組成的幾何不變的桁架。

c、複雜桁架——不是按照上述兩種方式組成的其它桁架。

[結點法計算桁架的內力]

結點法——擷取桁架的結點為隔離體,利用各結點靜力平衡條件計算各桿內力。

[桁架零杆的判斷及結點平衡的特殊情況]

零杆——內力為零的桿件。

零杆判斷的要訣:

兩桿結點無荷載;

三桿結點一直線;

四桿結點對稱性。

解釋:(1)不共線的兩桿結點,無荷載作用時,則兩桿為零杆。

(2)有兩桿共線的三桿結點,無荷載作用時,則第三桿為零杆。

(3)四桿對稱k結點,結構對稱,荷載對稱,k結點位於對稱軸上,無荷載作用時,則不在一直線上的兩桿為零杆。

結點平衡的特殊情況

(1)k結點,四桿對稱k結點,無荷載作用時,則不在一直線上的兩桿內力絕對值相等,但符號相反。

(2)x結點,兩兩共線的四桿結點,無荷載作用時,則同一直線上的兩桿內力相等。

[截面法計算桁架的內力]

截面法——擷取桁架其中任一部分為隔離體,根據靜力平衡條件計算未知桿件的內力。所選平衡方程的不同,截面法可分為力矩法和投影法。

[各類平面梁式桁架的比較]

平行弦桁架、三角形桁架和拋物線形桁架的受力情況,其中弦杆內力可寫成統一計算公式:

其中,是相應簡支梁對應矩心點的彎矩,是內力對矩心的力臂。正號表示下弦受拉,負號表示上弦受壓。

分析結論:

(1)平行弦桁架的內力分布不均勻,弦杆內力向垮中遞增;

(2)三角形桁架的內力分布也不均勻,弦杆內力接近支點處最大;

(3)拋物線折線形桁架的內力分布均勻,材料使用最為經濟。

§3-7 靜定組合結構

[組合結構]

由只承受軸力的鏈杆和承受彎矩、剪力和軸力的梁式桿件所組成。

[計算組合結構的一般步驟]

(1)求支座反力;

(2)計算各鏈杆的軸力;

(3)計算梁式杆的內力;

(4)作出其內力圖。

§3-8 靜定結構的特性

[靜定結構的特性]

(1)在靜定結構中,除荷載外,任何其它因素,如溫度改變,支座位移,材料收縮,製造誤差等,均不產生任何反力和內力。

(2)靜定結構的區域性平衡。當由平衡力系所組成的荷載作用於靜定結構的幾何不變部分時,則只有該部分受力,而其餘部分的反力和內力均等於零。

(3)靜定結構荷載的等效變換。對作用於靜定結構某一幾何不變部分上的荷載進行等效變換時,則只有該部分的內力發生變化,而其餘部分的反力和內力均保持不變。

結構力學 靜定結構內力 練習題

二 靜定結構的內力 1 靜定結構的全部內力及反力,只根據平衡條件求得,且解答是唯一的。2 靜定結構受外界因素影響均產生內力。大小與桿件截面尺寸無關。3 靜定結構的幾何特徵是 a.無多餘的約束 b.幾何不變體系 c.運動自由度等於零 d.幾何不變且無多餘約束。4 靜定結構在支座移動時,會產生 a.內力...

第三章靜定結構的受力分析

1.教學內容 從幾何構造分析的角度看,結構必須是幾何不變體系。根據多餘約束 n 幾何不變體系又分為 有多餘約束 n 0 的幾何不變體系 超靜定結構 無多餘約束 n 0 的幾何不變體系 靜定結構。從求解內力和反力的方法也可以認為 靜定結構 凡只需要利用靜力平衡條件就能計算出結構的全部支座反力和桿件內力...

《結構力學習題集》2靜定結構內力

第二章靜定結構內力計算 一 是非題 1 靜定結構的全部內力及反力,只根據平衡條件求得,且解答是唯一的。2 靜定結構受外界因素影響均產生內力,內力大小與桿件截面尺寸無關。3 靜定結構的幾何特徵是幾何不變且無多餘約束。4 圖示結構。5 圖示結構支座a轉動角,0,0。6 荷載作用在靜定多跨樑的附屬部分時,...