二章 静定结构的受力分析
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第1节 静定平面桁架一、桁架的内力计算方法1、结点法取结点为隔离体,建立平衡方程求解的方法,每个结点最多只能含有两个未知力。
该法最适用于计算简单桁架。
根据结点法,可以得出一些结点平衡的特殊情况,能使计算简化:(1)两杆交于一点,若结点无荷载,则两杆的内力都为零(图2-2-1a )。
(2)三杆交于一点,其中两杆共线,若结点无荷载,则第三杆是零杆,而共线的两杆内力大小相等,且性质相同(同为拉力或压力)(图2-2-1b)。
(3)四杆交于一点,其中两两共线,若结点无荷载,则在同一直线上的两杆内力大小相等,且性质相同(图2-2-1c )。
推论,若将其中一杆换成力F P ,则与F P 在同一直线上的杆的内力大小为F P ,性质与F P 相同(图2-2-1d )。
F N3F N3=0F N1=F N2=0F N3=F N4(a)(b)(c)F N4(d)F N3=F PF PN1F F N2F N1F N2F N1F N2F N1F N2F N3F N3F N1=F N2,F N1=F N2,F N1=F N2,图2-2-1(4)对称结构在正对称荷载作用下,对称轴处的“K ”型结点若无外荷载作用,则斜杆为零杆。
例如图2-2-2所示对称轴处与A 点相连的斜杆1、2都是零杆。
1A2F PF PAF PF PBF PF PBA(b)(a)X =0图2-2-2 图2-2-3(5)对称结构在反对称荷载作用下,对称轴处正对称的未知力为零。
如图2-2-3a 中AB 杆为零杆,因为若将结构从对称轴处截断,则AB 杆的力是一组正对称的未知力,根据上述结论可得。
(6)对称结构在反对称荷载作用下,对称轴处的竖杆为零杆。
如图2-2-4a 中AB 杆和B 支座的反力均为零。
其中的道理可以这样理解:将图a 结构取左右两个半结构分析,对中间的杆AB 和支座B 的力,若左半部分为正,则根据反对称,右半部分必定为相同大小的负值,将半结构叠加还原回原结构后正负号叠加,结果即为零。
1 结构力学多媒体课件◆几何特性:无多余约束的几何不变体系◆静力特征:仅由静力平衡条件可求全部反力和内力◆常见静定结构:梁、刚架、三铰拱、桁架和组合结构。
◆静定结构受力分析的内容:反力和内力的计算,内力图的绘制和受力性能分析。
◆静定结构受力分析的基本方法:选取脱离体,建立平衡方程。
◆注意静力分析(拆)与构造分析(搭)的联系◆学习中应注意的问题:多思考,勤动手。
本章是后面学习的基础,十分重要,要熟练掌握!容易产生的错误认识:“静定结构内力分析无非就是选取隔离体,建立平衡方程,以前早就学过了,没有新东西”一、反力的计算4kN1kN/mDCBA2m2m 4mCB A20kN/m 4m4m2m6mDCB A(1)上部结构与基础的联系为3个时,对整体利用3个平衡方程,就可求得反力。
(2)上部结构与基础的联系多于三个时,不仅要对 整体建立平衡方程,而且必须把结构打开, 取隔离体补充方程。
1、内力分量及正负规定轴力F N :截面上应力沿杆轴法线方向的合力。
以拉力为正,压力为负。
剪力F Q :截面上应力沿杆轴切线方向的合力。
以绕隔离体顺时针转为正,反之为负。
弯矩M :截面应力对截面中性轴的力矩。
不规定正负,但弯矩图画在受拉侧。
在水平杆中, 当弯矩使杆件下部纤维受拉时为正。
A 端B 端杆端内力 F Q ABF N ABM AB正 F N BA F Q BAM BA 正2、内力的计算方法K截面法:截开、代替、平衡。
内力的直接算式(截面内力代数和法)=截面一边所有外力沿截面法线方向投影的代数和。
轴力FN外力背离截面投影取正,反之取负。
剪力F=截面一边所有外力沿截面切线方向投影代数和。
Q外力绕截面形心顺时针转动,投影取正,反之取负。
弯矩M =截面一边所有外力对截面形心的外力矩之和。
外力矩和弯矩使杆同侧受拉时取正,反之取负。
2、内力的计算方法【例】如图所示简支梁,计算截面C 、D 1、D 2的内力。
2m 4m 2mA2kN/mCBD 1 D 210kN0.2m10kN3.75kN0.25kN3、绘制内力图的规定内力图是表示结构上各截面的内力各杆件轴线分布规律的图形, 作图规定:弯矩图一律绘在受拉纤维一侧,图上不注明正负号;剪力图和轴力图可绘在杆轴线的任一侧(对水平杆件通常把正号的剪力和轴力绘于上方),但必须注明正负号,且正负不能绘在同一侧。
第一章结构的几何构造分析1 •瞬变体系:本来是几何可变,经微小位移后,又成为几何不变的体系,成为瞬变体系。
瞬变体系至少有一个多余约束。
2.两根链杆只有同时连接两个相同的刚片,才能看成是瞬较。
3.关于无穷远处的瞬较:(1)每个方向都有且只有一个无穷远点,(即该方向各平行线的交点),不同方向有不同的无穷远点。
(2)各个方向的无穷远点都在同一条直线上(广义)。
(3)有限点都不在无穷线上。
4.结构及和分析中的灵活处理:(1)去支座去二元体。
体系与大地通过三个约束相连时,应去支座去二元体;体系与大地相连的约束多于4个时,考虑将大地视为一个刚片。
(2)需要时,链杆可以看成刚片,刚片也可以看成链杆,且一种形状的刚片可以转化成另一种形状的刚片。
5.关于计算自由度:(基本不会考)(1),则体系中缺乏必要约束,是几何常变的。
(2)若,则体系具有保证几何不变所需的最少约束,若体系无多余约束,则为几何不变,若有多余约束,则为几何可变。
(3),则体系具有多与约束。
是保证体系为几何不变的必要条件,而非充分条件。
若分析的体系没有与基础相连,应将计算出的W减去3.第二章静定结构的受力分析1.静定结构的一般性质:(1)静定结构是无多余约束的几何不变体系,用静力平衡条件可以唯一的求得全部内力和反力。
(2)静定结构只在荷载作用下产生内力,其他因素作用时,只引起位移和变形。
(3)静定结构的内力与杆件的刚度无关。
(4)在荷载作用下,如果仅靠静定结构的某一局部就可以与荷载维持平衡,则只有这部分受力,其余部分不受力。
(5)当静定结构的一个内部几何不变部分上的荷载或构造做等效变换时,其余部分的内力不变。
(6)静定结构有弹性支座或弹性结点时,内力与刚性支座或刚性节点时一样。
解放思想:计算内力和位移时,任何因素都可以分别作用,分别求解,再线性叠加,以将复杂问题拆解为简单情况处理。
2.叠加院里的应用条件是:用于静定结构内力计算时应满足小变形,用于位移计算和超静定结构的内力计算时材料还应服从胡克定律,即材料是线弹性的。
第二章静定结构的受力分析第一节静定结构的特性一、静定结构的性质( )( )2-1-7 图2-1-7所示结构 B 。
( ) 2-1-8 图2-1-8示结构中|(二)选择题2-2-1 A .C .有内力、无位移、无应变; D .无内力、无位移、有应变。
2-2-2 对于一个静定结构,下列说法错误的有哪些:( ) A .只有当荷载作用于结构时,才会产生内力; B .环境温度的变化,不会产生内力;C .杆件截面尺寸及截面形状的任意改变均不会引起内力改变;D .制造误差与支座沉降可能使得结构形状发生变化,因此可能产生内力。
2-2-3 静定结构由于支座沉降(位移)或制造误差,结构内部将:( ) A .有内力、有位移; B .无内力、有位移; C .有内力、无位移; D.无内力、无位移。
2-2-4 静定结构由于支座沉降(位移),结构内部将:( ) A .有应变、有位移; B .无应变、有位移; C .有应变、无位移; (D)无应变、无位移。
(三)填空题2-3-12-3-2 。
2-3-3 已知AB 梁的值为__________ kN ·m2-3-7 比较图2-3-3a、b三、习题答案2-1-1 O2-1-2 X2-1-3 O;2-1-4 O。
提示:ACB为附属部分,根据性质7。
2-1-5 X。
提示:静定结构在温度变化时不产生内力。
2-1-7 X。
提示:附属部分上无荷载,因此附属部分无内力和反力。
2-1-8 O。
提示:静定结构内力图与杆件刚度无关,因此该结构为对称结构受反对称荷载。
2-2-1 B;2-2-2 D;2-2-3 B;2-2-4 B;2-3-1 支座移动,位移,支座移动;2-3-2 静力平衡条件;2-3-3 20。
提示:静定结构内力与刚度无关,因此无论刚度怎样变化,并不影响内力图。
2-3-6 相同,不同。
第二节多跨静定梁和刚架一、基本概念1、分段叠加法作弯矩图(1)选定外力的不连续点(如集中力作用点、集中力偶作用点、分布荷载的起点和终点等)为控制截面,求出控制截面的弯矩值。
第二章 静定结构的受力分析一 判 断 题1. 图示梁上的荷载P 将使CD 杆产生内力。
(×)题1图2. 按拱的合理拱轴线制成的三铰拱在任意荷载作用下能使拱各截面弯矩为零。
(×)3. 若有一竖向荷载作用下的等截面三铰拱,所选的截面尺寸正好满足其抗弯强度的要求。
则改用相应简支梁结构形式(材料、截面尺寸、外因、跨度均相同)也一定满足其设计要求(×)4. 静定结构在支座移动、变温及荷载作用下,均产生位移和内力。
(×)5. 两个弯矩图的叠加不是指图形的简单拼合,而是指两图对应的弯矩纵矩叠加。
(√)6. 计算位移时,对称静定结构是:杆件几何尺寸、约束、刚度均对称的结构。
(√)7. 静定结构的全部内力及反力,只根据平衡条件求得,且解答是唯一的。
(√)8. 在静定结构中,当荷载作用在基本部分时,附属部分将引起内力(×)9. 多跨静定梁仅当基本部分承受荷载时,其它部分的内力和反力均为零(√) 10. 几何不变体系一定是静定结构。
(×)11. 静定结构在荷载作用下产生的内力与杆件弹性系数、截面尺寸无关(√) 12. 直杆结构,当杆上弯矩图为零时,其剪力图也为零。
(√) 13. 温度改变,支座移动和制造误差等因素在静定结构中引起内力。
(×) 14.图示结构的反力R=)/(2ql cos 。
(√)题14图 题15图 15. 图示结构中的反力 H=2kN.( √) 16. 图示结构的M 图一定是对称的。
(√)题16图题17图题18图17. 图示结构的反力R=0。
(√)18. 图示刚桁架由于制造误差AB杆短了3cm,装配后AB杆将被拉长。
(×)19. 图示体系是拱结构。
(×)题19图题24图20. 静定结构的“解答的唯一性"是指无论反力、内力、变形都只用静力平衡条件即可确(×)21. 当外荷载作用在基本部分时,附属部分不受力;当外荷载作用在某一附属部分时,整个结构必定都受力。
(×)22. 抛物线型静定桁架在任意荷载作用下,其腹杆内力均为零。
(×)23. 两杆相交的刚结点,其杆端弯矩一定等值同侧(即两杆端弯矩代数和为零)。
(×)24. 图示结构中的反力H=m/l。
(×)25. 图示桁架杆件AB、AF、AG内力都不为零(×)题25图题26图26. 图示桁架AB、AC杆的内力不为零。
(×)27. 图示结构中的反力日R=15/8kN。
(×)题27图题29图28. 静定结构受外界因素影响均产生内力。
大小与杆件截面尺寸无关。
(×)29. 如图所示多跨静梁不管p、q为何值,其上任一截面的剪力均不为零(×)N10。
(√)30. 图示桁架结构杆1的轴力题30图31. 图示结构杆1和2的轴力相同。
(√)题31图32. 在静定刚架中,只要已知杆件两端弯矩和该杆所受外力,则该杆内力分布就可完全确定。
(×)二选择题1. 三铰拱在竖向满跨均布荷载作用下合理拱轴线是:(B)A .圆弧线;B.抛物线;C. 悬链线;D. 椭圆线。
2. 在静定结构中,除荷载外,其它因素如温度改变,支座移动等。
(C)A.均会引起内力;B.均不引起位移;C.均不引起内力D.对内力和变形没有影响3. 静定结构的几何特征是:(D)A无多余的约束B 几何不变体系C 运动自由度等于零;D 几何不变且无多余约束4. 静定结构在荷载作用下,其全部反力和内力:(D)A 不能只由平衡条件来确定,还必须考虑变形条件B 可由静定平衡条件求得,但数值有时是不确定的;C 特殊情况下,才可由静定平衡条件唯一的确定D 都可由静定平衡条件求得,而且数值是确定的。
5. 静定结构的内力计算与(A)A EI无关;B EI相对值有关;C EI绝对值有关;D E无关,I有关。
6. 静定结构在支座移动时,会产生:(C)A 内力B 应力C 刚体位 D变形7. 图示一结构受两种荷载作用,对应位置处的支座反力关系为(C)A完全相同 B 完全不同 C 竖向反力相同,水平反力不同D 水平反力相同,竖向反力不同题7图题8图8. 图示结构当高度增加时,杆I的内力(D)A 增大B 减小C 不确定D 不变9. 图示两结构及其受载状态,它们的内力符合。
(B)A 弯矩相同,剪力不同B 弯矩相同,轴力不同C 弯矩不同,剪力相同D 弯矩不同,轴力不同题9图10. 三铰拱在径向沿拱轴均布荷载作用下合理拱轴线是:(C)A 抛物线B 悬链线C 圆弧线D 椭圆线11. 静定结构有变温时(C)A 无变形,无位移,无内力B 有变形,有位移,有内力C 有变形,有位移,无内力D 无变形,有位移,无内力12. 静定结构在支座移动时(D)A 无变形,无位移,无内力B 有变形,有位移,有内力C 有变形,有位移,无内力D 无变形,有位移,无内力13. 区别拱和梁的主要标志是(C)A杆轴线的形状 B弯矩和剪力的大小 C在竖向荷载作用下是否产生水平推力D是否具有合理轴线14. 叠加原理用于求解静定结构时,需要满足的条件是(A)A位移微小且材料是线弹性的 B 位移是微小的 C 应变是微小的 D 材料是理想弹性的15. 图示结构在所示荷载作用下,其A支座的竖向反力与B支座的反力相比为(B)A前者大于后者B二者相等,方向相同 C前者小于后者: D二者相等,方向相反。
题15图题16图16. 图示简支斜梁,在荷载P作用下,若改变B支座链杆方向,则梁的内力将是(C)A M、Q、N都改变B M、N不变,Q改变C M、Q不变,N改变D M不变,Q、N 改变17. 若平衡力系作用于静定结构的某一几何不变的部分上则其支座反力(A)A恒为零 B不一定为零 C 恒大于零 D 恒小于零18. 水平跨度相同,倾斜度或链杆方向不同的简支梁,受相同的竖向均布荷载q作用时,各截面弯矩值:(A)A与梁的倾斜度和支座链杆的方向无关 B 仅与倾斜度有关 C 与链杆支座方向有关D 与倾斜度和链杆方向均有关19. 图示结构支座B的水平反力(以左为正)是(C)A 20kNB -20kNC -40kND 10kN题19图 题20图 题21图 20. 图示三铰拱支座B 的水平反力(以向左为正)是(D ) A P )/(23 B P/2 C P D 213/)(P -- 21. 图示结构杆AD 截面D 的弯矩(右侧受拉力为正)是(D ) A -3Pa/2 B -2Pa/3 C 0 D 3Pa三 填 充 题1. 已知AB 梁的M 图如图所示,当该梁的抗弯刚度改为2EI 而荷载不变时,其最大弯矩值为20m kN ⋅。
题1图 题6图2. 静定结构中,荷载作用将产生内力和位移,其它任何因素如温度改变、支座移动、制造误差、材料收缩等作用将只产生位移,不产生内力,其中支座移动外因引起的结构位移是刚体位移。
3. 在相同的竖向荷载作用下,三铰拱与相应简支梁对应截面的弯矩值相比,三铰拱的弯矩比相应的简支梁的弯矩小,原因是三铰拱有水平推力。
4. 刚结点与铰结点的区别在于:刚结点处各杆杆端转角相等,可承受和传递弯矩。
5. 三铰拱在竖向荷载作用下,其支座反力与三铰拱的位置 有 关,与拱轴形状 无 关。
6. 图a 所示斜梁在水平方向的投影长度为l ,图b 为一水平梁,夸度为l ,两者K 截面的内力间的关系为:弯矩相同,剪力不同,轴力不同。
7. 一组平衡力系作用在静定结构的某一几何不变部分,则结构其余部分内力为零。
8. 图示桁架上弦结点均落在一抛物线轨迹上。
在图示荷载作用下,节间1-2中下弦的内力与上弦杆水平分力的关系是绝对值相等(或大小相等,性质相反)题8图 题9图 题10图9. 图示刚架承受大小相等、方向相反、同在一直线上的荷载P ,则ED 杆E 端的剪力为EDQ为零10. 合理拱轴是指使拱截面弯矩处处为零的轴线,它随荷载方式变化而变化。
11. 比较图a 、b 所示两种情况:其内力相同,B 支座水平位移不等。
12. 当作用于静定结构某一几何不变部分上的荷载作等效变换时,则只是该部分的内力发生变化而其余部分的内力保持不变。
13. 当静定结构的一个内部几何不变部分上的荷载局部平衡时,其余部分的内力为零。
14. 当一个平衡力系作用在静定结构的一个几何不变部分上,则整个结构只有该部分受力,而其它部分内力等于零。
15. 用截面法求桁架内力时,每次切断杆件的个数一般不能多余三根,在除一根外其余各杆全交一点或全部平行条件下面可切断多根杆。
16. 静定直杆结构中,杆件无荷载区段,其剪力图图形为直线。
17. 静定结构的基本静力特性是满足平衡条件的解答是唯一的。
18. 图示结构AB 杆端的剪力为Q AB-M/a 。
题18图19. 合理拱轴的压力线与拱轴线完全重合,拱的各截面上弯矩和剪力为零,轴力不为零。
20. 静定结构的解答唯一性为在任意荷载作用下,所有反力和内力都可由静力平衡条件求得确定的、有限的、唯一的解答。
四 分 析 题1. 作结构M 图2. 作图示结构的图3. 作图示结构的弯矩图。
4. 作图示结构的弯矩图。
5. 作图示结构的弯矩图。
6. 作图示结构的弯矩图。
7. 作图示结构的弯矩图。
8. 作图示结构的弯矩图。
9. 作图示梁的M图。
10. 作图示结构的M图。
11. 作图示结构M图12. 作图示结构M图。
13. 作图示结构的M 图14. 作图示结构的M 图。
(1)支座反力)(),(↑==↑=kN kN R RB A14020(2)作M 图,)(↑=kN RD4015. 作图示结构的M 图。
16. 作图示结构的M 图。
17. 作图示结构的M 图。
18. 作图示结构的M 图。
19. 作图示结构的M 图。
)(3),(,0Y↑=←==P P Y X B A A20. 作图示静定钢架M 图。
)(),(),(↓=→=↑=kN kN kN Y X YB B A36321. 作图示结构的M 图。
)(),(↑=↓=kN kN Y YC A25422. 作图示结构的M 图)();(),(↑=↓=←=kN kN kN Y Y XB A A177823. 作图示静定钢架M 图12(),;4();1()BAB kN kN kN X YY =←=↓=↓可不求竖向反力24. 作图示结构M 图。
).(.),(.),(.),(.→=←=↑=↑=qa qa qa qa H H V VB A B A12501250250752。
25. 作图示结构的M 图。
(1)支座反力:)(4/1),(1←=↑=kN kN H RB A作M 图, )(4/5)(4/9),(4/3↑=↓=←=kN kN kN VV H CB C26. 作图示结构的M 图。