第13章 结构弹性稳定
一、选择题
1．用能量法求得的临界荷载值（）。
A．总是等于其精确解
B．总是小于其精确解
C．总是大于其精确解
D．总是大于或等于其精确解
【答案】D
2．如图13-1所示各结构中，F Pcri（i＝1，2，3，4）为临界荷载，EI＝常数，k为弹簧刚度，则（）。
A．F Pcr1＞F Pcr2＞F Pcr3＞F Pcr4
B．F Pcr2＞F Pcr3＞F Pcr4＞F Pc1
C．F Pcr1＞F Pcr4＞F Pcr3＞F Pcr2
D．F Pcr4＞F Pcr3＞F Pcr2＞F Pcr1
图13-1
【答案】B
【解析】当其他条件相同时，约束越强，则临界荷载越大。
3．用能量法求图13-2所示压杆的临界荷载时，设挠曲线用正弦级数表示，若只取两项，则应采用（）。
图13-2
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】B
【解析】从压杆两端的边界条件：当x ＝0，y ＝0，y"＝0；当x ＝l 时,y ＝0，y"＝0，判定。
4．解稳定问题时，将图13-3（a ）所示弹性杆件体系，简化为图13-3（b ）所示弹性支承单个杆件，其弹性支承刚度系数为（ ）。
A ．3
3EI
k l =
B ．312EI k l
=C ．33EI EA k l l =+D ．()31
/3/k l EI l EA
=+
图13-3
【答案】D
【解析】方法一：由于BCD 部分相当于两个串联的弹簧，串联后的等效刚度计算式为
111CD BC
k k k =+由位移法的形常数可知，33CD EI k l =
BC EA k l
=所以弹性支承刚度系数()31
/3/k l EI l EA
=+方法二：根据弹簧刚度是的定义，k 就是8点（去除AB 杆）产生单位水平位移时需要施加的力，如图13-3（c ）所示，由整体平衡条件得到
3
3EI k l
?
=再取结点C 为隔离体，如图13-3（d ）所示，由水平方向平衡可得
将Δ代入到，即得33EI k l
?=()31
/3/k l EI l EA
=+5．用能量法求图13-4所示排架的临界荷载P cr 时，失稳时柱的变形曲线可设为（ ）。
图
13-4
A
．
B ．
C ．
D ．
【答案】B
【解析】由排架柱两端的边界条件判定，当x ＝0时，y ＝0，y"＝0；当x ＝H 时，有侧移y 。
二、填空题
1．求临界荷载的基本方法有两种，即______法和______法。在原理上，前者依据的是______，后者依据的是______。
【答案】静力；能量；失稳时变形状态的二重性；势能II 为驻
2．图13-5（a
）所示刚架，如按图13-5（b ）所示弹性支承压杆计算稳定时。弹性支承的刚度系数k 为______。
图13-5
【答案】
【解析】AB 柱上端无侧移，BC 杆对AB 柱上端提供转动弹性支承，刚度系数为以上值。
1 ： 图 a 桁 架, 力 法 基 本 结 构 如 图 b ，力 法 典 型 方 程 中 的 系 数 为 ：( ) 3. 2：图示结构用力矩分配法计算时，结点A 的约束力矩（不平衡 力矩）为（以顺时针转为正） ( ) 4.3Pl/16 3：图示桁架1,2杆内力为： 4. 4：连续梁和 M 图如图所示，则支座B 的竖向反力 F By 是：
4.17.07(↑) 5：用常应变三角形单元分析平面问题时，单元之间（）。 3.应变、位移均不连续； 6：图示体系的几何组成为 1.几何不变,无多余联系； 7：超静定结构在荷载作用下的内力和位移计算中，各杆的刚度为（） 4.内力计算可用相对值，位移计算须用绝对值 8：图示结构用力矩分配法计算时，结点A之杆AB的分配系数
μAB 为（各杆 EI= 常数）( ) 4.1/7 9：有限元分析中的应力矩阵是两组量之间的变换矩阵，这两组量是（ ）。 4.单元结点位移与单元应力 10：图示结构用位移法计算时，其基本未知量数目为( ) 4.角位移=3，线位移=2 11：图示结构，各柱EI=常数，用位移法计算时，基本未知量数 目是（ ） 3.6 12：图示结构两杆长均为d,EI=常数。则A 点的垂直位移为（ ） 4.qd 4/6EI （↓） 13：图示桁架,各杆EA 为常数,除支座链杆外,零杆数为：
1.四 根 ； 14：图示结构，各杆线刚度均为i,用力矩分配法计算时，分配 系数μAB 为（ ） 2. 15：在位移法中，将铰接端的角位移，滑动支撑端的线位移作为基本未知量： 3.可以，但不必； 1：用图乘法求位移的必要条件之一是：( ) 2.结构可分为等截面直杆段； 2：由于静定结构内力仅由平衡条件决定,故在温度改变作用下静定结构将（ ） 2.不产生内力 3：图示结构，各杆EI=常数，欲使结点B 的转角为零，比值P1/P2应 为（ ） 2.1
摘要：早在上个世纪六十年代我国就开始出现轻型门式钢架建筑结构，其发展鼎盛时期为九十年代，该时期我国彩色钢板产量不断增加，出现了焊接h型钢，这此都推动了轻钢结构的发展。本文基于设计的角度讨论轻型门式钢架结构的稳定性，从其结构类型与截面形式着手分析，提出在设计过程中保证其稳定性的策略。 关键词：轻型门式钢架结构；稳定性 一、轻型门式钢架结构类型与截面形式 轻型门式钢架的结构类型包括多种，比如单跨钢架、多跨连续钢架以及多跨中间交接柱钢架等等；其截面形式分为等截面以及变截面两种；柱脚构造则包括铰接与刚接等等，其中刚接的侧向刚度相对较大。根据钢架的梁体截面以及柱体截面的类型不同，其结构可以分为实腹式钢架与格构式钢架丙种，实腹式钢架的梁体、柱体等通常采用h型实腹截面，相对而言刚度较高，不过该结构的用钢量比较多，无形中也增加了建筑成本；而格构式钢架通常采用小截面角钢或者钢管等构件，其梁体与柱体的截面为格构式，该结构用钢量相对较少，但是加工、制作工艺复杂，通常大跨度钢架会选择该结构。除此以外，钢架梁、柱的截面还有其它空腹结构的形式，比如蜂窝梁或者蜂窝柱等，不过应用于实际工程序的机会比较少。 二、提高轻型门式钢架结构稳定性的原则 要保证轻型门式钢架结构的稳定性，就要遵循以下几点原则：第一，通常构件如果采用门式钢架构，往往其抗弯刚度以及搞扭刚度相对较小，削弱了结构的整体钢度，所以要通过必要措施避免构件出现弯曲或者扭转变形等问题；第二，加强支撑体系与隅撑的设置，强调构件与屋面板、墙面板的连接，保证结构的整体性；第三，锈蚀会削弱结构构件，因此要注意采取相应的防护措施；第四，门式钢架结构的梁柱一般变截面杆件，因此在设计梁柱腹板时要将屈曲后强度的作用充分发挥出来，不宜采用塑性设计。 三、提高轻型门式钢架结构稳定性的具体措施 （二）门式钢架的荷载取值 通常作用于门式钢架建筑的荷载包括结构自重、雪荷载以及积灰荷载等竖向荷载以及风荷载、吊车刹车力等水平荷载，此外还有地震荷载。不过对于轻型门式钢架结构而言，由于其自重轻，所以受到地震作用是反应也比较轻，因此有利于抗震。 （三）计算钢架内力与侧移 计算钢架内力的方法如下：对于变截面门式钢架而言，其内力可以利用弹性分析法来确定，塑性分析法只适用于钢架梁柱均为等截面的条件下。在计算变截面门式钢架内的内力时，一般会利用杆系单元的直接刚度法在计算机上进行编程计算；采用底部剪力法确定地震作用效应。在结构基于不同荷载组合条件下进行内力分析，确定对截面起控制作用的内力组合。通常柱底、柱顶、柱牛腿连接处、梁端以及梁跨中等位置为控制截面。 侧移的计算方法如下：针对变截面门式钢架来说，可以采用弹性分析法确定其柱顶侧移，计算过程中可以忽略荷载分项系数，荷载则取标准值。如果经过验算所求取的钢架侧移刚度无法满足实际要求，则要采取相应的调整措施，比如增大柱或梁的截面尺寸，或者用刚接柱脚代取铰接柱脚。 （四）设计檩条、拉条以及撑杆 1、檩条的设计 檩条为双向受弯构件，分析其内力时要沿着截面两个形心主轴方向进行弯矩计算，并计算出其它参数，比如强度、整体稳定性以及变形等。檩条为冷弯薄壁构件，压弯板件宽厚比相对较大，受力后会呈屈曲状态，因此计算强度时要选择有效宽度，减弱原有截面；并且计算强度时要用净断面，可以通过钉孔的方法减弱截面，对于小截面窄翼缘的梁来说，这种减弱的
《结构力学》作业参考答案 一、判断题（将判断结果填入括弧内，以 √表示正确 ，以 × 表示错误。） 1．图示桁架结构中有3个杆件轴力为0 。（×） 2．图示悬臂梁截面A 的弯矩值是ql 2 。 (×) l l 3．静定多跨梁中基本部分、附属部分的划分与所承受的荷载无关。（√ ） 4．一般来说静定多跨梁的计算是先计算基本部分后计算附属部分。（× ） 5．用平衡条件能求出全部内力的结构是静定结构。（ √ ） 6．求桁架内力时截面法所截取的隔离体包含两个或两个以上的结点。（√ ） 7．超静定结构的力法基本结构不是唯一的。（√） 8．在桁架结构中，杆件内力不是只有轴力。（×） 9．超静定结构由于支座位移可以产生内力。 （√ ） 10．超静定结构的内力与材料的性质无关。（× ） 11．力法典型方程的等号右端项不一定为0。 （√ ） 12．计算超静定结构的位移时，虚设力状态可以在力法的基本结构上设。（√） 13．用力矩分配法计算结构时，汇交于每一结点各杆端分配系数总和为1，则表明分配系 数的计算无错误。 （× ） 14．力矩分配法适用于所有超静定结构的计算。（×） 15．当AB 杆件刚度系数i S AB 3 时，杆件的B 端为定向支座。 (×)
二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号填在题干后面的括号内。不选、错选或多选者，该题无分。） 1．图示简支梁中间截面的弯矩为（ A ） q l A．82 ql B．42 ql C．22 ql D． 2 ql 2．超静定结构在荷载作用下产生的内力与刚度（B） A．无关 B．相对值有关 C．绝对值有关 D．相对值绝对值都有关 3．超静定结构的超静定次数等于结构中（B ） A．约束的数目 B．多余约束的数目 C．结点数 D．杆件数 4．力法典型方程是根据以下哪个条件得到的（C）。 A．结构的平衡条件B．结构的物理条件 C．多余约束处的位移协调条件D．同时满足A、B两个条件 5．图示对称结构作用反对称荷载，杆件EI为常量，利用对称性简化后的一半结构为（A ）。 6．超静定结构产生内力的原因有（D） A．荷载作用与温度变化 B．支座位移 C．制造误差D．以上四种原因
钢结构稳定设计指南 钢结构失稳形式存在多样性外，还应了解下列四个方面的特点：(1)稳定问题要考虑构件及结构的整体作用；(2)稳定计算要按二阶分析进行；(3)考虑初始缺陷的极值稳定计算正在取代完善构件的分岔点稳定计算；(4)稳定性不仅通过计算来保证，还需要从结构方案布置和构造设计来配合。 关键字：钢结构稳定，轴心压杆，计算长度，受弯构件，框架稳定 一．钢结构稳定问题的待点 失稳形式存在多样性外，还应了解下列四个方面的特点：(1)稳定问题要考虑构件及结构的整体作用；(2)稳定计算要按二阶分析进行；(3)考虑初始缺陷的极值稳定计算正在取代完善构件的分岔点稳定计算；(4)稳定性不仅通过计算来保证，还需要从结构方案布置和构造设计来配合。 二．轴心压杆的稳定计算 (1)影响轴心压杆稳定承载力的最主要因素是残余应力，它是把稳定系数分成a、b、c三类的依据，残余压应力越大，位置距形心轴越远，值越低。 (2)轴心压杆不仅会发生弯曲失稳，也可能发生扭转失稳。在采用单轴对称截面时．需要特别注意扭转的不利作用。 (3)设计格构柱时，需要了解几何缺陷的不利影响和柱肢压缩对缀条的影响。 三．轴心压杆的计算长度 关于压杆计算长度的确定，需要明确以下几点： (1)确定杆系结构中的杆件计算长度时，应把它和对它起约束作用的构件一起作稳定分析。这是稳定性整体计算的一种简化方法。压杆一般不能依靠其他压杆对它的约束作用，除非两者的压力相差悬殊。 (2)节点连接的构造方式会影响杆件的稳定性能。因此，杆件计算长度和构造设计有密切联系。比如杆件在交叉点的拼接会影响它的出平面弯曲刚度并使计算长度增大。又如起减小计算长度作用的撑杆的连接有偏心，会降低它的有效性。 (3)塔架杆件的计算长度有不同于平面桁架(屋架)的特点．主杆和腹杆都各有其特殊之处。此外、塔架中单角钢杆件预期绕平行轴失稳时，需要考虑扭转的不利影响。 (4)桁架体系的支撑构件和塔架中的横隔构件都对杆件的计算长度有直接影响。确定桁架杆件出平面计算长度时，需要特别注意杆系的相互关系 四. 受弯构件的整体稳定
15 结构的动力计算判断题 体系的振动自由度等于集中质量数。（） 图示体系具有1个振动自由度。（） 图示体系具有2个振动自由度。（） 图示体系具有3个振动自由度。（）
图示体系具有2个振动自由度。（） 图示体系具有2个振动自由度。（） 结构的自振频率除与体系的质量分布状况、杆件刚度有关外，还与干扰力有关。（）自由振动是指不受外界干扰力作用的振动。（） 自由振动是由初位移和初速度引起的，缺一不可。（）
有阻尼单自由度体系的阻尼比越大，自振频率越小。（） 临界阻尼现象是指起振后振动次数很少且振幅很快衰减为零的振动。（）惯性力并不是实际加在运动质量上的力。（） 计算一个结构的自振周期时，考虑阻尼比不考虑所得的结果要大。（）临界阻尼振动时质点缓慢地回到平衡位置且不过平衡点。（） 阻尼力总是与质点加速的方向相反。（）
在某些情形下建立振动微分方程式时，不考虑重力的影响是因为重力为恒力。（） 图示结构的自振频率为w，在干扰力P(t)=P sin qt作用下，不管频率q怎样改变，动位移y(t)的方向总是和P(t)的方向相同。（） 计算图示振动体系的最大动内力和动位移时可以采用同一个动力系数。（） 不论干扰力是否直接作用在单自由度体系的质量m上，都可用同一个动力系数计算任一点的最大动位移。（） 单自由度体系受迫振动的最大动位移的计算公式y max=my j中，y j是质量m的重量所引起的静位
移。（） 多自由度体系作自由振动，一般包括所有的振型，不可能出现仅含某一主振型的振动。（）解得图(a)所示两个自由度体系的两个主振型为图(b)和图(c)，此解答是正确的。（） 图(a)与图(b)所示梁的自由振动频率w A、w B相比，w A>w B。（） 填空题 动力荷载是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿荷载。
第11章 结构的稳定计算习题解答 习题11.1 是非判断题 （1）要提高用能量法计算临界荷载的精确度，不在于提高假设的失稳曲线的近似程度，而在于改进计算工具。（ ） （2）对称结构承受对称荷载时总是按对称形式失稳。（ ） （3）刚架的稳定问题总是可以简化为具有弹性支座的单根压杆进行计算。（ ） （4）结构稳定计算时，叠加原理已不再适用。（ ） （5）有限自由度体系用能量法求出的临界荷载是精确解。（ ） （6）当结构处于不稳定平衡状态时，可以在原结构位置维持平衡，也可以在新的形式下维持平衡。（ ） 【解】（1）错误。能量法计算临界荷载的精确度，直接取决于所假设的失稳曲线的近似程度。 （2）错误。既可按对称形式失稳也可按反对称形式失稳。 （3）错误。在能求出刚度系数的情况下，才可简化为具有弹性支座的单根压杆进行计算。 （4）正确。一般情况下，结构的稳定计算中，既要考虑几何非线性也要考虑材料非线性，因此，不能采用适用于线性弹性理论的叠加原理。 （5）正确。 （6）错误。 习题 12.2 填空题 （1）结构由稳定平衡到不稳定平衡，其临界状态的静力特征是平衡形式的 。 （2）临界荷载与压杆的支承情况有关，支承的刚度越大，则临界荷载越 。 （3）用能量法求无限自由度体系的临界荷载时，所假设的失稳曲线y (x )必须满足 条件，并尽量满足 条件。 （4）利用对称性，求习题11.2（4）图所示结构的临界荷载F Pcr ＝ 。 习题11.2（4）图 （5）习题11.2（5）图（a ）所示结构可简化为习题11.2（5）图（b ）所示单根压杆计算，则弹簧抗转动刚度系数k ＝ 。 1= l 3EI (a) (b) 习题11.2（5）图 （6）习题11.2（6）图（a ）所示结构可简化为习题11.2（6）图（b ）计算，则抗移动
第二章 作业参考答案 习题2-3 (b ) (a ) F A K 解：先计算计算自由度： 3(2)321(2303)0W m h r =?+=×?×+= 或者 2()212(213)0W j b r =?+=×?+=这表明体系具有几何不变所需最少的联系数目。 此体系的支座链杆只有三根，且不完全平行也不交于一点，若体系为一刚片，则他与地基是按两刚片规则组成的，因此只需分析体系本身是不是一个几何不变的刚片即可。 去掉M 和C 两个二元体。在b 图中，KFL 刚片、ABF 刚片和GEJ 刚片通过不共线的三个铰（Ⅰ，Ⅱ）、（Ⅱ，Ⅲ）和（Ⅰ，Ⅲ）两两连接，由三刚片规则可知，体系为几何不变体系，且无多余联系。 习题2-5 解：先计算计算自由度： 3(2)34(244)W m h r =?+=×?×+=0 这表明体系具有几何不变所需最少的联系数目。 大地作为刚片Ⅰ，ACE 和BDF 分别作为刚片Ⅱ和Ⅲ，此三刚片用不共线的三个铰（Ⅰ，Ⅱ）（或者A ）、（Ⅱ，Ⅲ）和（Ⅰ，Ⅲ）（或者B ）两两连接，如上图，由三刚片规则可知，体系为几何不变体系，且无多余联系。
K N M F J A 解：先计算计算自由度 3(2)328 (2200)4W m h r =?+=×?×+=>3 或者 2()216(280)43W j b r =?+=×?+=>这表明体系具有几何可变的（常变）。 注：如果分不清是常变还是瞬变，可以直接写可变也行。 习题2-9 解：先计算计算自由度： 3(2)311(2153)W m h r =?+=×?×+=0 或者 2()27(113)0W j b r =?+=×?+=这表明体系具有几何不变所需最少的联系数目。 此体系的支座链杆只有三根，且不完全平行也不交于一点，若体系为一刚片，则他与地基是按两刚片规则组成的，因此只需分析体系本身是不是一个几何不变的刚片即可。 按照上图，三个刚片ADE 、ECB 和FG 用不共线的三个铰（Ⅰ，Ⅱ）、（Ⅱ，Ⅲ）和（Ⅰ，Ⅲ）两两连接起来，按照三刚片规则可知，体系为几何不变体系，且无多余联系。
. ... . 院（系） 建筑工程系 学号 三 明 学院 姓名 . 密封 线 内 不 要 答 题 密封……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………结构力学试题答案汇总 一、选择题(每小题3分,共18分) 1. 图 示 体 系 的 几 何 组 成 为 ： （ A ） A. 几 何 不 变 ， 无 多 余 联 系 ； B. 几 何 不 变 ， 有 多 余 联 系 ； C. 瞬 变 ； D. 常 变 。 （第1题） （第4题） 2. 静 定 结 构 在 支 座 移 动 时 ， 会 产 生 ： （ C ） A. 力 ； B. 应 力 ； C. 刚 体 位 移 ； D. 变 形 。 3. 在 径 向 均 布 荷 载 作 用 下 ， 三 铰 拱 的 合 理 轴 线 为： （ B ） A ．圆 弧 线 ； B ．抛 物 线 ； C ．悬 链 线 ； D ．正 弦 曲 线 。 4. 图 示 桁 架 的 零 杆 数 目 为 ： （ D ） A. 6； B. 7； C. 8； D. 9。 5. 图 a 结 构 的 最 后 弯 矩 图 为 ： （ A ） A ．图 b ； B ．图 c ； C ．图 d ； D ．都不 对 。 6. 力 法 方 程 是 沿 基 本 未 知 量 方 向 的 ： （ C ） A ．力 的 平 衡 方 程 ； B ．位 移 为 零 方 程 ； C ．位 移 协 调 方 程 ； D ．力 的 平 衡 及 位 移 为 零 方 程 。
. ... . 二、填空题（每题3分,共9分） 1.从 几 何 组 成 上 讲 ， 静 定 和 超 静 定 结 构 都 是___几何不变____ 体 系 ， 前 者___无__多 余 约 束 而 后 者____有___多 余 约 束 。 2. 图 b 是 图 a 结 构 ___B__ 截 面 的 __剪力__ 影 响 线 。 3. 图 示 结 构 AB 杆 B 端 的 转 动 刚 度 为 ___i___, 分 配 系 数 为 ____1/8 ____, 传 递 系 数 为 ___-1__。 三、简答题（每题5分，共10分） 1.静定结构内力分析情况与杆件截面的几何性质、材料物理性质是否相关？ 为什么？ 答：因为静定结构内力可仅由平衡方程求得，因此与杆件截面的几何性质无关， 与材料物理性质也无关。 2.影响线横坐标和纵坐标的物理意义是什么？ 答：横坐标是单位移动荷载作用位置，纵坐标是单位移动荷载作用在此位置时物 理量的影响系数值。 四、计算分析题，写出主要解题步骤(4小题,共63分) 1.作图示体系的几何组成分析（说明理由），并求指定杆1和2的轴力。（本题16分） （本题16分）1.因为w=0 所以本体系为无多约束的几何不变体系。（4分） F N1=- F P （6分）； F N2=P F 3 10（6分）。 2.作 图 示 结 构 的 M 图 。（本题15分）
建筑钢结构整体稳定性分析 0 引言 建筑钢结构的应用越来越广泛，其稳定性和重量轻的特点为建筑整体的稳定性起到了促进作用，避免建筑物的倒塌等事故的发生，但是就现状来看，建筑钢结构的整体稳定性还存在着一定的问题，因此加强对钢结构的稳定性研究具有重要的现实意义。 1 建筑钢结构的概述 （1）建筑钢结构的优势。其一，抗震性高。在建筑工程中，选用钢结构是因为其自身的优势所在，由于钢材料的强度较高，另外还具有相对较强的可塑性和柔韧度，能够满足建筑工程的需要。再加上建筑钢结构的延展性比较好，对地震的抗御能力较高，当地震灾害发生时，钢结构具有一定的缓冲能力，其抗震性增加了建筑物的安全性；其二，钢结构的精确度较高。为了增强建筑物的稳定性，应选用精确度较高的材料，钢结构就具备这样的优势，因为它相对传统的钢筋混凝土结构具有较强的精确度。另外，钢结构还具有一定的可塑性和韧性，可以适用于大跨度的建筑。如果想要达到增强建筑物稳定性的目的，就应优先选用钢结构，它的应力幅度具有很强的弹性，而且这种钢建筑在受力的情况下，与工程建筑的力学计算方式相符合，被广
泛的应用；其三，建筑钢结构的施工过程较简单。建筑钢结构主要是由钢板、冷加工的薄型钢板或者是热轧型钢为材料制作而成的，不论是制作过程还是制作方法都相对较简单，这样就有力的缩短了建筑施工的周期和建筑施工所用的成本；（2）建筑钢结构的劣势。建筑钢结构在拥有一定优势的情况下，同时也存在着一定的不足，主要体现在钢结构的耐腐蚀性和抗火性相对较差，这些都隐藏着一定的危险，容易引发事故。除此之外，在建筑施工的过程中，通常选取强度较低的构件，这样就对建筑的整体稳定性造成了一定的限制。因为施工单位一味的注重稳定性，却忽视了强度的重要性，这样就造成了建筑材料的浪费，同时也造成了对建筑工程质量的不良影响。 2 建筑钢结构稳定性的概念 建筑钢结构的强度不够，或是失稳现象出现，都会对建筑结构造成一定的影响。建筑钢结构的稳定性与强度不同，由于建筑构件受到外部的重荷以及建筑结构内部的抵抗能力，在这期间存在着不稳定性，在施工的过程中，最重要的任务就是找到一个平衡的状态，从而减少钢结构损坏的现象出现。在建筑施工过程中，钢材的强度较高，在受到压力的情况下，为了在强度与稳定性之间找到平衡，取得最优的效果，往往都是选择了稳定性方面的要求，这样就导致了建筑钢结构的强度得不到很好的发挥。由此可见，在建筑钢结构的设计过程中，要注重对钢结构强度与稳定的界定，充分的了解对建筑物造成破坏的
一、判断题(共223小题） 1。结构的类型若按几何特征可分为平面结构和空间结构。(A) 2、狭义结构力学的研究对象是板、壳结构(B)。 3 单铰相当于两个约束。(A) 4、单刚节点相当于三个约束。(A) 5、静定结构可由静力平衡方程确定全部约束力和内力。A 6、超静定结构可由静力平衡方程确定全部约束力和内力B。 7 无多余约束的几何不变体系是静定结构。A 8 三刚片规则中三铰共线为可变体系。B 9 两刚片用一个单铰和一个不通过该铰的链杆组成的体系为静定结构。A 10 两刚片用一个单铰和一个不通过该铰的链杆组成的体系为超静定结构B。 11链杆相当于两个约束。B 12 平面上的自由点的自由度为2 A 13 平面上的自由刚体的自由度为3 A 14 铰结点的特征是所联结各杆可以绕结点中心自由转动。A 15 有多余约束的几何不变体系是超静定结构。A 16 无多余约束的几何可变体系是超静定结构。B 17、无多余约束的几何可变体系是静定结构。B 18刚结点的特征是当结构发生变形时汇交于该点的各杆端间相对转角为零。A 19 三刚片规则中三铰共线为瞬变体系。A 20三个本身无多余约束的刚片用三个不共线的单铰两两相连，则组成的体系为静定结构。A 21 一个刚结点相当于3个约束。 22 一个连接3个刚片的复铰相当于2个单铰。A 23 一个铰结三角形可以作为一个刚片。A 24 一个铰结平行四边形可以作为一个刚片。B 25 一根曲杆可以作为一个刚片。A 26 一个连接４个刚片的复铰相当于2个单铰．B 27 任意体系加上或减去二元体，改变体系原有几何组成性质。B 28 平面几何不变体系的计算自由度一定等于零。B 29 平面几何可变体系的计算自由度一定等于零。B 30 三刚片体系中若有1对平行链杆，其他2铰的连线与该对链杆不平行，则该体系为几何不变体系。A 31 三刚片体系中，若有三对平行链杆，那么该体系仍有可能是几何不变的。B 32 三刚片体系中，若有２对平行链杆，那么该体系仍有可能是几何不变的。A 33 一个单铰相当于一个约束。B 34 进行体系的几何组成分析时，若体系通过三根支座链杆与基础相连，可以只分析体系内部。B 35 三刚片体系中，若有两个虚铰在无穷远处，则该体系一定为几何可变。B 36 有多余约束的体系为静定结构。B 37 静定结构一定几何不变。A 38 超静定结构一定几何不变．A 39 几何不变体系一定是静定结构。B 40几何不变体系一定是超静定结构。B 41力是物体间相互的机械作用。A 42 力的合成遵循平行四边形法则。A 43 力的合成遵循三角形法则。A 44 力偶没有合力。A 45 力偶只能用力偶来平衡。A 46 力偶可以和一个力平衡。B 47 力偶对物体既有转动效应，又有移动效应。B 48 固定铰支座使结构在支承处不能移动也不能转动。B 49 可动铰支座使结构在支承处能够转动，但不能沿链杆方向移动。A 50 结点法求解桁架内力应按照结构几何组成相反顺序来求解。A 51 将一个已知力分解为两个力可得到无数解答。A 52 作用力和反作用力是作用在同一物体上的两个力。B 53 作用力和反作用力是作用在不同物体上的两个力。A 54 两个力在同一轴上的投影相等，此两力必相等 B 55 力偶对平面内任一点的矩等于力偶矩A 56 力偶在坐标轴上的投影的代数和等于零A 57 一个固定铰支座相当于两个约束。A 58三个本身无多余约束的刚片用三个不共线的单铰两两相连，则组成的体系为超静定结构B 59 桁架是“只受结点荷载作用的直杆、铰结体系”。A 60桁架结构的内力有轴力。A 61 拱的合理拱轴线均为二次抛物线。B 62无铰拱属于超静定结构。A 63 三铰刚架和三铰拱都属于推力结构。A 64 简支刚架属于推力结构。B 65 三铰拱属于静定结构。A 66 相同竖向载荷作用下，同跨度拱的弯矩比代梁的弯矩大得多。B 67 桁架结构中，杆的内力有轴力和剪力。B 68 竖向载荷作用下，简支梁不会产生水平支反力．A 69 竖向载荷作用下，拱不会产生水平支反力。B 70 竖向载荷作用下，拱的水平推力与拱高成正比。B
试卷1 一、是非题（每题2分，共10分） 1．功的互等定理仅适用于线性变形体系。() 2. 对图2中a图所示桁架用力法计算时，取图b作为基本体系(杆AB被去掉),则 其典型方程为：。（） 图2 图3 3．图3所示梁在一组移动荷载组作用下，使截面K产生最大弯矩的最不利荷载 位置如图（a）所示。（） 4. 图示结构用位移法求解时，基本未知量数目为3，用力法求解，则基本未知量 数目为5。（） 5.位移法典型方程的右端项一定为零。（） 二、填空题（共18分） 1．图1所示体系是________________体系，它有______个多余约束。（4分） 图1 图2 2．图2所示桁架杆1的内力为。（4分）
3．力法方程中柔度系数代表，自由项代表。（4分） 4．已知荷载作用下结构的M图如图所示，画出其剪力图。（6分） 图4 M图 Q图 三、作图示结构的M、Q图。d=2m。（20分） 四、用力法计算，并作图示对称结构M图。EI=常数。（20分） 五、用位移法计算图示刚架，并画出M图。（20分）
六、作图示梁的 的影响线，并利用影响线求给定荷载作用下的 值。(12分) 课程名称：结构力学I （样卷解答） 考试班级： 土木02（1、2、3、水建） 一、是非题（每题2分，共10分） 1．( √ ) 2. ( ? ) 3． ( ? ) 4． ( ? ) 5． ( √ ) 二、填空题（共18分） 1．_几何不变体系（3分）， 0 （1分） 2． 0 （4分） 3． 基本结构在 1=j X 作用下产生的沿i X 的位移（2分） 基本结构在仅荷载作用下产生的沿i X 的位移（2分） 4． 5ql/ 8 （6分） 正负号各1分 三、（20分） 支座反力20KN →, 10KN ↑, 20KN ↓, 10KN ↑ 每个图形10分，每根杆2分
钢结构稳定问题的综述 建筑与土木工程学院刘小伟学号：2111316139 摘要：总结了钢结构稳定问题的基本概念和类型，介绍了影响钢结构稳定的一些因素和稳定问题的计算方法、规范规定，并总结了钢结构稳定设计的设计原则和目前钢结构稳定问题研究中存在的问题特点。 关键词：钢结构稳定性原则类型 Abstract:Summarized the basic concept and type of stability problems of steel structure, introducing the standard calculation method.The influence of some factors and stability problems of steel structure stability of the regulation, and summarizing the design principle of stability design of steel structure and the present research of structure stability problems in steel. Keywords: Steel structure stability principle type 1、引言 随着我国钢铁工业的快速发展，又由于钢结构的诸多优点，所以这种被认为绿色环保型产品的钢结构，是建筑的发展方向。但由于钢比混凝土的抗压强度高20多倍，因此设计的承担相同受力功能的钢构件与混凝土构件相比，具有截面尺寸小、构件细长等特点，在对于受压、受弯等存在受压区的钢构件处理不当时，就很可能出现失稳现象。因此为了提高截面效率、充分发挥钢材的强度，钢结构一般做成
2 结构的几何组成分析 判断题 几何不变且无多余约束的体系其自由度必定等于零。( ) 体系的自由度小于或等于零是保证体系为几何不可变的必要和充分条件。( ) 三个刚片之间只要用三个铰两两相连，就能构成无多余约束的几何不变体系。( ) 在任何情况下，在几何不变体系上去掉一个二元体，所余体系仍然是几何不变的。( ) 一个点与一个刚片之间用两根链杆相连，则一定构成几何不变体系。( ) 在某些特殊情况下，几何可变体系加上一个二元体后可以变为几何不变体系。( ) 如体系在去掉某个约束后能承受特殊荷载而平衡，说明原体系中该约束为多余约束。( ) 超静定结构中的多余约束是为保持杆件体系的几何不变性而设置的。( ) 超静定结构设置多余约束的目的之一是调整结构的内力分布。( ) 填空题 一个点在平面上有＿＿＿个自由度；一个刚片在平面上有＿＿＿个自由度。 一个平面体系中有两个刚片，用单铰相联，则其自由度为＿＿＿＿。 图示支座简图各相当于几个约束，在各图上标出可能出现的约束反力。
(a)＿＿＿个约束；(b)＿＿＿个约束。 (a) 图示支座简图各相当于几个约束，在各图上标出可能出现的约束反力。 (a)＿＿＿个约束；(b)＿＿＿个约束。 (b) 图示结构一共设置了五个支座链杆，对于保持其几何不变来说有＿＿＿个多余约束，其中第＿＿＿根链杆是必要约束。 在任何情况下，几何可变体系上增加一个二元体后构成的体系总是＿＿＿＿＿＿＿体系。 若两刚片由三根链杆相连构成无多余约束的几何不变体系，则三根链杆的空间位置必须满足＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 指出图示体系的几何组成性质。答案＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 指出图示体系的几何组成性质。答案＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
结构力学习题及答案 一．是非题（将判断结果填入括弧：以O表示正确，X表示错误）（本大题分4小题，共11分） 1 . (本小题3分) 图示结构中DE杆的轴力F NDE =F P/3。（）. 2 . (本小题4分) 用力法解超静定结构时，只能采用多余约束力作为基本未知量。（） 3 . (本小题2分) 力矩分配中的传递系数等于传递弯矩与分配弯矩之比，它与外因无关。（） 4 . (本小题2分) 用位移法解超静定结构时，基本结构超静定次数一定比原结构高。（） 二．选择题（将选中答案的字母填入括弧内）（本大题分5小题，共21分） 1 （本小题6分）
图示结构EI=常数，截面A 右侧的弯矩为：（ ） A ．2/M ； B ．M ； C ．0； D. )2/(EI M 。 2. （本小题4分） 图示桁架下弦承载，下面画出的杆件内力影响线，此杆件是：（ ） Ａ.ch; B.ci; C.dj; D.cj. 3. (本小题 4分) 图a 结构的最后弯矩图为： A. 图 b; B. 图c; C. 图d; D.都不对。（ ） ( a) (b) (c) (d) 4. (本小题 4分) 用图乘法求位移的必要条件之一是： A.单位荷载下的弯矩图为一直线； 2 =1 l
B.结构可分为等截面直杆段； C.所有杆件EI 为常数且相同； D.结构必须是静定的。 ( ) 5. （本小题3分） 图示梁A 点的竖向位移为（向下为正）：( ) Ａ．F P l 3/(24EI); B. F P l 3/(!6EI); C. 5F P l 3/(96EI); D. 5F P l 3/(48EI). 三（本大题 5分）对图示体系进行几何组成分析。 四（本大题 9分）图示结构B 支座下沉4 mm ，各杆EI=2.0×105 kN·m 2，用力法计算并作M 图。 F P 6 4 =4 mm
钢结构稳定性的分析 摘要：在钢结构设计中,稳定形设计是较为重要的一个环节。在各种类型的钢结构中，由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生，凸显了稳定问题研究的重要性。本文从钢结构失稳的类型入手，阐述了钢结构稳定性的分析方法及稳定设计需要注意的问题。 关键词：钢结构稳定性分析 Abstract: Stable shape design is an important link in the steel structure design. In various types steel structure, casualties results from the structure instability, which highlights the importance of research on the stability. This article from the steel structure buckling type, elaborates the steel structure stability analysis method and some issues requiring attention in the stable design. Key words: steel structure; stability ; analysis 1 .前言 钢结构稳定分析是研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题。结构或构件的平衡状态有三种：1）稳定平衡：处于平衡位置的结构或构件,在任意微小外界扰动下,将偏离其平衡位置,当外界扰动除去以后,仍能自动回复到初始平衡位置时,称为稳定平衡。2）不稳定平衡：如果不能回复到初始平衡位置,则称为不稳定平衡。3）随遇平衡或中性平衡：如果受到扰动后不产生任何作用于该体系的力,因而当扰动除去以后,既不能回复到初始平衡位置又不继续增大偏离,则为随遇平衡或中性平衡。结构或构件由于平衡形式的不稳定性,从初始平衡位置转变到另一平衡位置,称为屈曲,或称为失稳。 钢结构稳定与强度有着显著区别。强度是指结构或者构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力是否超过材料的极限强度,因此是一个应力问题。极限强度的取值取决于材料的特性,对混凝土等脆性材料,可取它的最大强度,对钢材则取它的屈服点。稳定问题则与强度问题不同,它主要是找出外荷载与结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态,即变形开始急剧增长的状态,从而设法避免进入该状态,因此,它是一个变形问题。如轴压柱，由于失稳，侧向扰度使柱增加数量很大的弯矩，因而柱子的破坏荷载可远远低于它的轴压强度。显然，，失稳是柱子破坏的主要原因，而非强度不够。 2 .钢结构失稳的分类 区分结构失稳类型的性质十分重要，这样才有可能正确估量结构的稳定承载力。钢结构的失稳按有无平衡分叉可分为两类： 2.1 第一类稳定问题—具有平衡分岔的失稳，也叫“分叉屈曲”。
总计（300题） 一、名词解释（抽4题，每题5分）。 1、线弹性体： 2、结构力学基本假设： 3、影响线： 4、影响量： 5、一元片： 6、二元片： 7、二刚片法则： 8、三刚片法则： 9、零载法： 10、梁： 11、刚架： 12、桁架： 13、拱： 14、静定结构： 15、超静定结构： 16、绘制桁架中“K”，“X”, “T”型组合结构并说明受力特点： 17、二力构件： 18、临界荷载： 19、临界位置： 20、危险截面：
21、包络线： 22、绝对最大弯矩： 23、虚功原理： 24、虚力原理： 25、虚位移原理： 26、图乘法： 27、功互等定律： 28、位移互等定律： 29、反力互等定律： 30、反力位移互等定律： 31、力法方程： 32、对称结构的力法方程（写三次超静定结构） 33、结构正对称力正对称结构的受力、变形特点： 34、结构正对称力反对称结构的受力、变形特点： 35、将一般对称结构受力分解为正对称和反对称受力结构: 36、奇数跨超静定结构的受力特点： 37、偶数跨超静定结构的受力特点： 二、判断题（抽5题，每题2分） （O）1、在任意荷载下，仅用静力平衡方程即可确定全部反力和内力的体系是几何不变体系。 2、图中链杆1和2的交点O可视为虚铰。（X）
1 2 3 4 5 3、在图示体系中，去掉1—5，3—5， 4—5，2—5，四根链杆后， 得简支梁12 ，故该体系为具有四个多余约束的几何不变体系 。（X ） 1 2 3 4 5 4、几何瞬变体系产生的运动非常微小并很快就转变成几何不变体系 ，因而可以用作工程结构。（X ） 5、有多余约束的体系一定是几何不变体系。（X ） 6、图示体系按三刚片法则分析，三铰共线，故为几何瞬变体系。（O ） 7、计算自由度W 小于等于零是体系几何不变的充要条件。（X ） 8、两刚片或三刚片组成几何不变体系的规则中，不仅指明了必需的约束数目，而且指明了这些约束必须满足的条件。（O ） 9、在图示体系中，去掉其中任意两根支座链杆后，所余下部分都是几何不变的。（X ） 10、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。（O ） 11、静定结构受外界因素影响均产生内力，内力大小与杆件截面尺寸无关。 （ X ） 12、静定结构的几何特征是几何不变且无多余约束。 （O ）
第十六章轴 16.1选择题 16.1.1 自行车轮的轴是。 a）心轴 b）转轴 c）传动轴 16.1.2 自行车大链轮的轴（脚蹬轴，又称中轴）是。 a）心轴 b）转轴 c）传动轴 16.1.3 后轮驱动的汽车，起前轮的轴是。 a）心轴 b）转轴 c）传动轴 16.1.4 某45钢轴的刚度，可采取措施来提高其刚度。 a）用40Cr钢代替 b）淬火 c）增大轴的尺寸 d）改进轴的结构以减轻应力集中 16.1.5 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，采用材料为宜。 a）45钢正火b）Q255 c）38CrMoAlA d）45钢调质 16.1.6 对大直径轴的轴肩圆周角处进行喷丸处理，起目的是。 a）是尺寸精确些 b）达到规定的表面粗糙度 c）降低材料对应力集中的敏感性 d）提高材料的抗腐蚀性能
16.1.7 计算当量弯矩M'=[M2+（αT）2]0.5，α是根据转矩性质而定的校正 系数，当承受的转矩是对称循环时，α= 。 a）0.3 b）0.6 c）1.0 d）1.5 16.1.8 转轴设计中，当弯矩是第Ш类（对称循环）而转矩是第П类（脉 动循环）时，其修正系数α等于。 a）[σ-1]b/ [σ0]b b）[σ0]b / [σ-1]b c）[σ-1]b/ [σ+1]b d）[σ+1]b / [σ-1]b 16.1.9 转轴在精确计算时，首先应确定断面的位置。 a）危险 b）承受最大合成弯矩处 c）应力集中较大处 16.1.10 材料为钢质的传动轴，轴上分置四个带轮（如图），主动轮C上输 入功率P C=65KW，三个从动轮A、B、D其输出功率分别为P A=15KW、P B=20KW、 P D=30KW，当轴n=470r/min时，受扭矩最大。 a）A-B极 b）B-C极 c）C-D 极
2 结构的几何组成分析 二、填空题： 2、若两刚片由三根链杆相连构成无多余约束的几何不变体系，则三根链杆的空间位置必须 满足＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：不交于一点且不互相平行 6 静定桁架和组合结构 填空： 2、静定结构的静力特征是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：内力和反力都可 由静力平衡条件求得确定且唯一的答案 5、理想桁架必须满足的几个条件是 10、理想桁架各杆件截面上只有＿＿＿＿应力，它呈＿＿＿＿＿分布状态。答案：正、均匀 11、分析静定桁架内力的方法主要是＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。答案：节点法、截面法 在用结点法计算静定桁架时，所取隔离体上的力系属于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿力系，其平衡条件为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：平面汇交力系；力系合力为零 8 影响线 判断题： 1、影响线仅应用在移动荷载作用下的内力计算问题中，而不能应用在恒载作用下的内力计 算问题。( )答案：错 2、静定梁任一截面 C 的剪力影响线在截面 C 左、右的两线段总是互相平行的。( )答案：错 4、结构各截面弯矩影响线的最大竖标和最小竖标分别相连，即构成该结构的弯矩包络图。
( )答案：错 7、内力影响线与内力图的不同之处仅在于内力影响线竖标与内力图竖标的量纲不同。（）答案：错 二、填空： 2、用静力法作影响线的基本方法可分为两大步骤：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：列影响线方程、根据列影响线方程作图 3、影响线的主要用途有（1）＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；（2）＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：确定最不利荷载位值计算内力、反力 5、计算结构位移时可利用＿＿＿＿影响线。答案：位移 6、临界荷载是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案： 使判别式变号的集中荷载 7、最不利荷载位置是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案： 使某指定量值取最大值时的荷载位置 9、静定结构的内力影响线一般由＿＿＿＿＿线段构成。答案：直 10、移动集中荷载组的某种布置状态使某量Z 取极大值时，则该布置状态成为＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿。答案：最不利荷载位置 11、作弯矩包络图时要取＿＿＿＿＿＿＿个截面计算该截面弯矩最大（小）值，不需取大量 截面计算。答案：有限 12、绝对最大弯矩的是指：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。答案：所有最大
ANSYS软件分析轴压和压弯构件的 稳定性问题
摘要：轴心受压杆件和压弯杆件广泛应用于工程中，本文通过ansys软件对该两种杆件进行分析，对于轴心受压杆件，运用beam189、solid95、shell65单元，进行弹性稳定分析和非线性分析，得到其屈曲荷载和变形情况；对于压弯杆件，在集中荷载和分布荷载的条件下，运用beam3单元进行非线性分析，得到其最大弯矩值，通过和理论值相比较，验证其正确性。 关键词：ANSYS；轴心受压杆件；压弯杆件；非线性分析 Abstract：Axial strut pieces and bending rods are widely used in engineering. This paper, using ANSYS software, analyzes the two rods. For Centrally Compressed Members, this paper using beam189, solid95, shell65 unit, carries out elastic stability analysis and nonlinear analysis, getting the buckling load and deformation. For the bending rod under conditions of concentrated loads and distributed loads, nonlinear analysis was conducted using beam3 unit, getting its greatest moment, and was compared to theoretical value to verify its correctness. Keywords: ANSYS;Centrally Compressed Members; the bending rod member; nonlinear analysis 钢材具有高强度、质轻、力学性能良好的优点，是制造结构物的一种极好的建筑材料，所以广泛运用于工程实例中，它和钢筋混凝土结构相比，对于充任相同受力功能的构件，具有截面轮廓尺寸小、构件细长和构件柔薄的特点。对于因受压、受弯和受剪等存在受压受压区的构件或板件，如果技术上处理不当，可能使钢结构出现整体失稳或局部失稳。失稳前结构物的变形可能很微小，突然失稳使结构物的几何形状急剧改变而导致结构物完全丧失抵抗能力，以致整体塌落。钢结构的稳定性能是决定其承载力的一个特别重要的因素[1]。对于钢结构稳定性的研究也就极其重要。而轴压杆件和压弯杆件是钢结构的基础，对此杆件进行稳定性分析也就是不可避免的和尤为重要的。所以，非常有必要利用大型通用ANSYS软件对这两类杆件进行分析，得到一系列的研究成果。 一、基本理论 结构在荷载作用下由于材料的弹性性能而发生变形，若变形后结构上的荷载保持平衡，这种状态称为弹性平衡。如果结构在平衡状态时，受到扰动而偏离平衡位置，当扰动消除后仍能恢复到原来平衡状态的，这种平衡状态称为稳定平衡状态。根据失稳的性质，结构的稳定问题可以分为平衡分岔失稳，极值点失稳和跃越失稳三种情况。结构的弹性稳定分析属于平衡分岔失稳，在ANSYS中对应的分析类型是特征值屈曲分析（Buckling Analysis）[2]。