静定平面刚架
合集下载
第三章静定平面刚架讲解
A C
x
L
B 斜梁的反力与相应简支 梁的反力相同。
（2）内力 求斜梁的任意截面C的内力，取隔离体AC：
a
相应简支梁C点的内力为：
FP1 A
FYA
x
MC FNC C
FQC
MC0
=
FY
0 A
x
FP1 (x
a)
FQ0C = FY A FP1 FN0C = 0
Fp1 M0
C
斜梁C点的内力为：
MC = FYA x FP1 (x a) = MC0
F0 YA
F0 QC
FQC = (FYA FP1)Cos = FQ0CCos
FNC = (FYA FP1)Sin = FQ0CSin
结论：斜梁任意点的弯矩与水平梁相应点相同， 剪力和轴力等于水平梁相应点的剪力在沿斜梁 切口及轴线上的投影。
例：求图示斜梁的内力图。
q
A
L
解：a、求反力
B
XA =0
FNDC=8k0N
A
MDC=24kN.m（下拉）
FQDB=8kN D FNDB=6kN
MDB=16kN.m（右拉）
8kN
B
6kN C 6kN
2m
8kN
B24kN.m
6kN
4m
6kN
－6kN 8kN
∑Fx = 8－8 = 0 ∑Fy = －6－（－6） = 0
16kN.m 6kN
∑M = 24－8 － 16 = 0
Fx = 0 : FNCE = 0 .45 kN
校核 Fy= (3.13+0.45)sin +(1.793.58)cos
= 3.58 1.79×2 = 0
静--定-平-面-刚--架PPT课件
FyA 60kN FyB 60kN
Fx 0 FxA 120kN
五、静定刚架的M图正误判别
① M图与荷载情况是否相符。 ② M图与结点性质、约束情况是否相符。 ③作用在结点上的各杆端弯矩及结点集中力偶
是否满足平衡条件。
×P
D
×B
C
×q
A
E
（a）
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
×C
× A （c）
B×
A
B
M
l ql 2 / 2 ql
l ql
ql
3ql 2 / 2
ql 2
A FQAB
B FQBA
FQBA 0, FQAB ql
FQAB ql
FQBA 0
FQ ql
ql
ql
§3-2 静定平面刚架
四、刚架内力图绘制
3.由做出的剪力图作轴力图 做法:逐个杆作轴力图,利用结点的平衡条件,由已 知的杆端剪力求杆端轴力,再由杆端轴力画轴力图.
注意:轴力图画在杆件哪一侧均可,必须注明符号 和控制点竖标.
四、刚架内力图绘制
例：计算图示刚架，绘内力图 (1) 求水平支座反力； （2）用叠加法做弯矩图 （3）由弯矩图做剪力图 （4）利用结点平衡做轴力图
练习：做出的剪力图作轴力图
Fpa / 2 Fp a / 2
Fp a Fp
Fp / 2
Fp
A
静 定平面刚 架
§3-2 静定平面刚架
一、刚架分类及特点
1.刚架的分类
悬臂刚架
单体结构
静
简支刚架
定
刚
三铰刚架
架
复合刚架
三铰结构
刚架--具有刚结点的由直杆组成的结构。
主从结构
Fx 0 FxA 120kN
五、静定刚架的M图正误判别
① M图与荷载情况是否相符。 ② M图与结点性质、约束情况是否相符。 ③作用在结点上的各杆端弯矩及结点集中力偶
是否满足平衡条件。
×P
D
×B
C
×q
A
E
（a）
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
×C
× A （c）
B×
A
B
M
l ql 2 / 2 ql
l ql
ql
3ql 2 / 2
ql 2
A FQAB
B FQBA
FQBA 0, FQAB ql
FQAB ql
FQBA 0
FQ ql
ql
ql
§3-2 静定平面刚架
四、刚架内力图绘制
3.由做出的剪力图作轴力图 做法:逐个杆作轴力图,利用结点的平衡条件,由已 知的杆端剪力求杆端轴力,再由杆端轴力画轴力图.
注意:轴力图画在杆件哪一侧均可,必须注明符号 和控制点竖标.
四、刚架内力图绘制
例：计算图示刚架，绘内力图 (1) 求水平支座反力； （2）用叠加法做弯矩图 （3）由弯矩图做剪力图 （4）利用结点平衡做轴力图
练习：做出的剪力图作轴力图
Fpa / 2 Fp a / 2
Fp a Fp
Fp / 2
Fp
A
静 定平面刚 架
§3-2 静定平面刚架
一、刚架分类及特点
1.刚架的分类
悬臂刚架
单体结构
静
简支刚架
定
刚
三铰刚架
架
复合刚架
三铰结构
刚架--具有刚结点的由直杆组成的结构。
主从结构
第三章3静定结构受力分析(平面刚架)
三. 刚架指定截面内力计算
四.刚架的内力分析及内力图的绘制
①分段：根据荷载不连续点、结点分段。 ②定形：根据每段内的荷载情况，定出内力图的形状。 ③求值：由截面法或内力算式，求出各控制截面的内力值。
④画图：画M图时，将两端弯矩竖标画在受拉侧，连以直 线，再叠加上横向荷载产生的简支梁的弯矩图。Q，N 图要标
方法:切断两个刚片之间的约束,取一个刚片为隔离体,假定 约束力的方向,由隔离体的平衡建立三个平衡方程.
例1: 求图示刚架的支座反力
C
B
C
B
l
2
YB
P
lP
A
l
2
A X A YA
解:
Fx 0, X A P 0, X A P()
MA
0, P
l 2
YB
l
0,YB
P 2
()
Fy
0,YA
YB
0,YA
另外，根据这些关系，常可不经计算直观检查 M 图的轮廓是否正确。 ①M图与荷载情况不符。 ②M图与结点性质、约束情况不符。 ③作用在结点上的各杆端弯矩及结点集中力偶不满足平衡条件。
内力图形状特征
Q图 M图
1.无何载区段 2.均布荷载区段 3.集中力作用处
平行轴线
↓↓↓↓↓↓
＋ －
发生突变
＋P －
斜直线
2m
8kN
B24kN.m
6kN
4m
6kN
0
－6kN
∑X = 8－8 = 0
8kN
∑Y = －6－（－6） = 0
16kN.m 6kN
∑M = 24－8 － 16 = 0
作内力图
8kN
QDA=8kN NDA=0 MDA=8kN.m（左拉）
四.刚架的内力分析及内力图的绘制
①分段：根据荷载不连续点、结点分段。 ②定形：根据每段内的荷载情况，定出内力图的形状。 ③求值：由截面法或内力算式，求出各控制截面的内力值。
④画图：画M图时，将两端弯矩竖标画在受拉侧，连以直 线，再叠加上横向荷载产生的简支梁的弯矩图。Q，N 图要标
方法:切断两个刚片之间的约束,取一个刚片为隔离体,假定 约束力的方向,由隔离体的平衡建立三个平衡方程.
例1: 求图示刚架的支座反力
C
B
C
B
l
2
YB
P
lP
A
l
2
A X A YA
解:
Fx 0, X A P 0, X A P()
MA
0, P
l 2
YB
l
0,YB
P 2
()
Fy
0,YA
YB
0,YA
另外，根据这些关系，常可不经计算直观检查 M 图的轮廓是否正确。 ①M图与荷载情况不符。 ②M图与结点性质、约束情况不符。 ③作用在结点上的各杆端弯矩及结点集中力偶不满足平衡条件。
内力图形状特征
Q图 M图
1.无何载区段 2.均布荷载区段 3.集中力作用处
平行轴线
↓↓↓↓↓↓
＋ －
发生突变
＋P －
斜直线
2m
8kN
B24kN.m
6kN
4m
6kN
0
－6kN
∑X = 8－8 = 0
8kN
∑Y = －6－（－6） = 0
16kN.m 6kN
∑M = 24－8 － 16 = 0
作内力图
8kN
QDA=8kN NDA=0 MDA=8kN.m（左拉）
§3-3 静定平面刚架
qa ∑ M A = 0，FyB = (↑) 2 qa ∑ Fy = 0，FyA = − (↓) 2
qa
q
A
qa 2
qa 2
Step2：求控制截面的内力。设弯矩内侧受拉为正。
FNAC
M AC
M AC = 0 FQAC = qa FNAC qa = 2
M CB
FNCB
C
B qa
FQCB
2
qa
F A QAC
FNBA
M BA
M BC = −6.23KN .m FQBA M = −6.23KN .m BA FQBC = 3.86 KN FNBC = −2.74 KN FQBA = −1.348 KN FNBA = −4.5 KN
1.384 KN 4.5 KN
A
1KN / m
FNCB
FQCB
M CB
C B A 1.384 KN 4.5 KN
§3-3 静定平面刚架
平面刚架：由直杆组成的具有刚结点的结构，且各杆轴线和外力作用 线都处于同一平面内。
一、刚架的特征
变形特征：刚结点处，各杆端不能产生 变形特征 相对移动和转动，变形前后各杆所夹角 度不变。
受力特征：刚结点能够承 受力特征 受和传递弯矩 使 结构中内力分布相对比较 均匀、合理，减小弯矩的 峰值，节省材料
3、组合刚架：先进行几何组成分析，分清附属部分和基本部分，先计 算附属部分的支座反力，再计算基本部分的支座反力
例1：三铰刚架支座反力的求解
思路：尽量每列一个方程就能求解一个未知力 FAy=30KN(↑),FBy=10KN(↑) FBx=6.67KN(←) ,FAx=6.67KN(→)
例2：组合刚架支座反力的求解
qa
q
A
qa 2
qa 2
Step2：求控制截面的内力。设弯矩内侧受拉为正。
FNAC
M AC
M AC = 0 FQAC = qa FNAC qa = 2
M CB
FNCB
C
B qa
FQCB
2
qa
F A QAC
FNBA
M BA
M BC = −6.23KN .m FQBA M = −6.23KN .m BA FQBC = 3.86 KN FNBC = −2.74 KN FQBA = −1.348 KN FNBA = −4.5 KN
1.384 KN 4.5 KN
A
1KN / m
FNCB
FQCB
M CB
C B A 1.384 KN 4.5 KN
§3-3 静定平面刚架
平面刚架：由直杆组成的具有刚结点的结构，且各杆轴线和外力作用 线都处于同一平面内。
一、刚架的特征
变形特征：刚结点处，各杆端不能产生 变形特征 相对移动和转动，变形前后各杆所夹角 度不变。
受力特征：刚结点能够承 受力特征 受和传递弯矩 使 结构中内力分布相对比较 均匀、合理，减小弯矩的 峰值，节省材料
3、组合刚架：先进行几何组成分析，分清附属部分和基本部分，先计 算附属部分的支座反力，再计算基本部分的支座反力
例1：三铰刚架支座反力的求解
思路：尽量每列一个方程就能求解一个未知力 FAy=30KN(↑),FBy=10KN(↑) FBx=6.67KN(←) ,FAx=6.67KN(→)
例2：组合刚架支座反力的求解
静定平面刚架
48kN·m 48kN m
C
144kN·m 144kN m 0
192kN·m 192kN m
（a）
24kN 0 22kN
C
24kN 22kN （b回 返）
例题 3—6 作图示刚架的内力图
返回
连接两个杆端的刚结点, 连接两个杆端的刚结点,若 刚架指定截面内力计算 结点上无外力偶作用, 结点上无外力偶作用,则两 与梁的指定截面内力计算方法相同. 与梁的指定截面内力计算方法相同.方向 个杆端的弯矩值相等, 个杆端的弯矩值相等, 相反. 相反. 求图示刚架1,2截面的弯矩 例: 求图示刚架 截面的弯矩
返回
（4）绘N图（略） （5）校核: 内力图作出后应进行校核。 M图: 通常检查刚结点处是否满足力矩的平衡条件。
例如取结点C为隔离体（图a），有： ∑MC=48－192+144=0 满足这一平衡条件。 Q(N)图： 可取刚架任何一部分为隔 离体，检查∑X=0 和 ∑Y=0 是否满足。 例如取结点C为隔离体（图b）， 有: ∑X=24－24=0 ∑Y=22－22=0 满足投影平衡条件。
练习: 练习 作图示结构弯矩图
Pl / 2 Pl / 2 l/2
P
P
P
l
l/2
l l
Pl / 2
l
2Pl
P
l/2 l/2
Pl
Pl
P
l l
l
练习: 练习 作图示结构弯矩图
P
l l
l
P
l
l
l
P
l
l
作业： 第48、49页 3-4、3-5、3-7
返回
MAB
返回
例3—4 作图示刚架的内力图
一、求支座 反力 二、绘制内 力图 1、弯矩图 2、剪力图 3、轴力图
C
144kN·m 144kN m 0
192kN·m 192kN m
（a）
24kN 0 22kN
C
24kN 22kN （b回 返）
例题 3—6 作图示刚架的内力图
返回
连接两个杆端的刚结点, 连接两个杆端的刚结点,若 刚架指定截面内力计算 结点上无外力偶作用, 结点上无外力偶作用,则两 与梁的指定截面内力计算方法相同. 与梁的指定截面内力计算方法相同.方向 个杆端的弯矩值相等, 个杆端的弯矩值相等, 相反. 相反. 求图示刚架1,2截面的弯矩 例: 求图示刚架 截面的弯矩
返回
（4）绘N图（略） （5）校核: 内力图作出后应进行校核。 M图: 通常检查刚结点处是否满足力矩的平衡条件。
例如取结点C为隔离体（图a），有： ∑MC=48－192+144=0 满足这一平衡条件。 Q(N)图： 可取刚架任何一部分为隔 离体，检查∑X=0 和 ∑Y=0 是否满足。 例如取结点C为隔离体（图b）， 有: ∑X=24－24=0 ∑Y=22－22=0 满足投影平衡条件。
练习: 练习 作图示结构弯矩图
Pl / 2 Pl / 2 l/2
P
P
P
l
l/2
l l
Pl / 2
l
2Pl
P
l/2 l/2
Pl
Pl
P
l l
l
练习: 练习 作图示结构弯矩图
P
l l
l
P
l
l
l
P
l
l
作业： 第48、49页 3-4、3-5、3-7
返回
MAB
返回
例3—4 作图示刚架的内力图
一、求支座 反力 二、绘制内 力图 1、弯矩图 2、剪力图 3、轴力图
土木工程力学教案——静定平面钢架之一
一静定平面刚架(一)、静定平面刚架的特点,结构整体性好，刚度大，内力分布较均匀。
在大跨度、重荷载的情况下，是一种较好的承重结构，所以刚架结构在工业与民用建筑中，被广泛地采用。
(二)、静定刚架的内力计算及内力图1、内力计算如同研究梁的内力一样，在计算刚架内力之前，首先要明确刚架在荷载作用下，其杆件横截面将产生什么样的内力。
现以图13—8a所示静定悬臂刚架为例作一般性的讨论。
刚架是在任意荷载作用下，现研究其中任意一截面m—m产生什么内力。
先用截面法假想将刚架从m—m截面处截断，取其中一部分隔离体图13—8b。
在这隔离体上，由于作用荷载，所以截面m—m上必产生内力与之平衡。
从∑=0X，知截面上将会有一水平力，即截面的剪力Q，与荷载在x轴上的投影平衡；从∑=0Y，知截面将会有一垂直力，即知截面必有一力偶，即截面的弯矩M，与荷载对O点之矩平衡。
因此可得出结论：刚架受荷载作用产生三种内力：弯矩、剪力和轴力。
要求出静定刚架中任一截面的内力(M、Q、N)也如同计算梁的内力一样，用截面法将刚架从指定截面处截开，考虑其中一部分隔离体的平衡，建立平衡方程，解方程从而求出它的内力。
因此，关于静定梁的弯矩和剪力计算的一般法则，对于刚架来说同样是适用的。
现将计算法则重复说明如下(注意与前面的提法内容是一致的)：“任一截面的弯矩数值等于该截面任一侧所有外力(包括支座反力)对该截面形心的力矩的代数和”。
“任一截面的剪力数值等于该截面任一侧所有外力(包括支座反力)沿该截面平面投影或称切向投影的代数和”。
“任一截面的轴力数值等于该截面任—侧面所有外力(包括支座反力)在该截面法线方向投影(或称法向投影)的代数和”。
2．内力图的绘制在作内力图时，先根据荷载等情况确定各段杆件内力图的形状，之后再计算出控制截面的内力值，这样即可作出整个刚架的内力图。
对于弯矩图通常不标明正负号，而把它画在杆件受拉一侧，而剪力图和轴力图则应标出正负号。
在运算过程中，内力的正负号规定如下：使刚架内侧受拉的弯矩为正，反之为负；轴力以拉力为正、压力为负；剪力正负号的规定与梁相同。
结构力学 第三章 静定梁和静定平面钢架
２、截面法 若要求某一横截面上的内力，假想用一平面沿杆轴垂直方向将该 截面截开，使结构成两部分；在截开后暴露的截面上用力（内力）代 替原相互的约束。
对于截开后结构的两部分上，截面上的内力已成为外力，因此，
由任一部分的静力平衡条件，均可列出含有截面内力的静力平衡方程。 解该方程即将内力求出。
３、截面内力 截开一根梁式杆件的截面上有三个内力（分量），即：轴力ＦN 、 剪力ＦQ和弯矩Μ 。
dFN/dx=-qx
dFQ/dx=-qy dM/dx=Q
d2M/dx2=-qy
增量关系： DFN=-FPx
DFQ=-FPy
DM=m
１）微分关系及几何意义： dFN/dx=-qx dFQ/dx=-qy dM/dx=Q d2M/dx2=-qy （１）在无荷载区段，ＦQ图为水平直线；
当ＦQ≠０时，Μ图为斜直线;
右右为正。
ＦQ＝截面一侧所有外力在杆轴垂直方向上投影的代数和。左上为正， 右下为正。
Μ ＝截面一侧所有外力对截面形心力矩代数和。弯矩的竖标画在杆
件受拉一侧。
例3-1-1 求图（a）所示简支梁在图示荷载下截面的内力。
解：1）支座反力 ∑ΜA=0 FBy×4﹣10×4×2﹣100× (4/5)×2=0 Fby=60kN (↑) ∑ΜB=0 FAy=60kN (↑) ∑Fx= 0 FAx+100×(3/5)=0 FAx=－60kN (← ) 由 ∑Ｆy= 0 校核，满 足。
(下侧受拉)
区段叠加法求Ｅ、Ｄ截面弯矩； ΜE＝20×42/8＋120/2＝100kNm ΜＤ＝40×4/4＋120/2＝100kNm
(下侧受拉) (下侧受拉)
内力应考虑
说明：集中力或集中力偶作用点，注意对有突变的 分两侧截面分别计算。
3.3 静定平面刚架
FQDC
51.08 9 51.
3 0.4 10. 22
由∑MD = 0，得
FQ CD 68.58 20 4 2 2 4.447 20.43 kN
2
11.43
11.43
V 图(kN)
F NCD
4 20.
3
(4)求作N 图
.09 1 5 F NDC a
11.43kN
注意：斜杆的弯矩和剪力求法
F
10. 22
三铰刚架小结：
支 反 力： 一般先要求出各支杆的支反力 （中间铰处的力矩为零 作为附加条件） 解题顺序：从外围向中间。
解题方法：悬臂梁法，某段杆的一端内力(或荷载)已知时； 简支梁法，某段杆的两端弯矩均已知时。
【例3-14】试绘出图示静定结构在荷载作用下的弯矩图轮廓。
m 4.47
FQCD
20kN/m
D
4/c
os a
a
C
=4.
(40)
474
m 2m
68.58
C D E
45.72
E
4m
B A
2m 4m 4m
17.14kN
11.43kN
A
B
11.43kN
62.86kN
cosa = 0.894 sina = 0.447
FQCD
M图 (kN· m) 09
.09F N 1 5 F NDC
于是有 FAx
ql 16
(2)求作M、FQ 、 FN图
q
D E C ql2/16 (ql2/32) D l/4 C E ql2/16
ql FAx 16
FAy=3ql/8 3ql/8
静定平面刚架
悬臂刚架
静
定
A
D
刚
简支刚架
架
B
C
三铰刚架
D
E
刚架--具有刚结点的由 直杆组成的结构。
有基、附关系的刚架
附属部分
基本部分
刚结点处的 变形特点
保持角度不变
超静定刚架
一个多余约束
三个多余约束
静定刚架的内力图绘制方法：
一般先求反力，然后求控 制弯矩，用区段叠加法逐杆 绘制，原则上与静定梁相同。
例一、试作图示刚架的内力图
附属 部分
基本 部分
弯矩图如何?
少求或不求反力绘制弯矩图
根
1.弯矩图的形状特征（微分关系） 2.刚结点力矩平衡
3.外力与杆轴关系(平行,垂直,重合)
4.特殊部分(悬臂部分,简支部分)
据 5.区段叠加法作弯矩图
例五、不经计算画图示结构弯矩图
FP
40
80ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D
FNDE FNED
E
30
30
FNDC
FNEB
FQ
40 kN
FN 30 kN
80 kN
例三、试作图示三铰刚架的内力图
整体对A、B
取矩，部分
20
对C取矩。 20
FBx
FBx
80 FAy
80 FBy
FN FQ
关键是注意： 取斜杆对杆端取矩求剪力
这样可不解联立方程
例四、试作图示刚架的弯矩图
求反力
(单位：kN . m)
48
144
192
126
12
48 kN
22 kN
42 kN
例一、试作图示刚架的内力图 FQ (单位：kN . m)
静
定
A
D
刚
简支刚架
架
B
C
三铰刚架
D
E
刚架--具有刚结点的由 直杆组成的结构。
有基、附关系的刚架
附属部分
基本部分
刚结点处的 变形特点
保持角度不变
超静定刚架
一个多余约束
三个多余约束
静定刚架的内力图绘制方法：
一般先求反力，然后求控 制弯矩，用区段叠加法逐杆 绘制，原则上与静定梁相同。
例一、试作图示刚架的内力图
附属 部分
基本 部分
弯矩图如何?
少求或不求反力绘制弯矩图
根
1.弯矩图的形状特征（微分关系） 2.刚结点力矩平衡
3.外力与杆轴关系(平行,垂直,重合)
4.特殊部分(悬臂部分,简支部分)
据 5.区段叠加法作弯矩图
例五、不经计算画图示结构弯矩图
FP
40
80ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D
FNDE FNED
E
30
30
FNDC
FNEB
FQ
40 kN
FN 30 kN
80 kN
例三、试作图示三铰刚架的内力图
整体对A、B
取矩，部分
20
对C取矩。 20
FBx
FBx
80 FAy
80 FBy
FN FQ
关键是注意： 取斜杆对杆端取矩求剪力
这样可不解联立方程
例四、试作图示刚架的弯矩图
求反力
(单位：kN . m)
48
144
192
126
12
48 kN
22 kN
42 kN
例一、试作图示刚架的内力图 FQ (单位：kN . m)
3.3 静定平面刚架解析
悬臂梁法，某段杆的一端内力（或荷载）已知时； 简支梁法，某段杆的两端弯矩已知时。
【例3-10】试求作图3-25所示悬臂刚架的内力图。
q 2qa2 6qa
a
D F B E 3a
C
2q
A
4a
8qa
14qa2
2a 2a
10qa
4a
解：
(1) 求支反力 (2)求作M图 1) CD段
D
C
q
2qa
2
6qa
F B
10kN/m
D
2kN
F
20kN· m
C
MCD(求)
8kN· m
4kN
2m
24kN· m
① 杆AE：MAE = MEA = 0
FAy=17kN
16kN· m
② 杆EC：MEC = 0，MCE = 4×2 = 8kN· m (左侧受拉) ③ 杆BD：MBD = 0，MDB = 4×4 = 16 kN· m (右侧受拉) ④ 杆DF：MFD = 0，MDF = (2×2)+(×10×22)=24 kN· m(上 侧受拉)
2、方法：静定平面刚架内力图的基本作法是杆梁法，即把刚 架拆成若干个杆件，用截面法计算出各杆端内力，并根据杆端 内力分别绘出各杆的内力图，再拼合在一起成为刚架的内力图。 其内力计算方法原则上与静定梁相同。 3、通常步骤： 首先、由刚架的整体或局部平衡条件，求出支座反力或某些铰 结点处的约束力； 其次、用截面法逐杆计算各杆的杆端内力(控制截面的内力)； 然后、根据杆端内力按照静定梁方法分别作出各杆内力图；
E 3a
a
MDC=MCE=2qa2(左侧受拉)；
2q
A 8qa
4a
引直线相连。
静定平面刚架
§3-3 静定平面刚架一、刚架的特点由直杆组成，具有刚结点的结构。
桁架刚架1、刚架的内部空间大，空间分隔灵活，便于使用。
2、刚结点将梁柱联成一整体，增大了结构的刚度，变形小。
3、刚架中的弯矩分布较为均匀，节省材料。
刚结点的变形特点？ql 2/8二、静定平面刚架的型式1、悬臂刚架2、简支刚架3、三铰刚架4、复合刚架（主从刚架）单体刚架两刚片规则组成三刚片规则组成附属部分基本部分基本部分附属部分有基本部分和附属部分三、工程应用举例钢筋混凝土框架结构钢筋混凝土框架结构广泛用于住宅、学校、办公楼；钢框架结构钢框架结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。
全木框架结构四层全木榫铆结构的框架，瑞士媒体公司tamedia 的新总部，瑞士最大的木材框架结构建筑，约2000m3云杉完成。
门式刚构桥云南的“红河大桥”世界最高(建成时)的连续刚构桥，桥面距江面高度163米.58+182+265+194+70米V形刚构桥连续刚构桥斜腿刚构桥例3: 求约束力。
解:1)取AB 为隔离体,0 Cy y F F )(,0 ql F FAy y)(,0 ql F M By A2)取AC 为隔离体3)取AB 为隔离体)(2/,0 ql F MAx C)(2/,0 ql F F Cx x)(2/,0 ql F F F Ax Bx xAlClBlql2qCyF CxF CAxF AyF AA ql2BAyF AxF ByF Bx F例4: 求反力和约束力。
解: 1) 取BCE 为隔离体,0 Axx FF 2) 取整体为隔离体)(3,03,0 F F l F l F M ByBy A 0,0 Bx xF F )(2,0,0 F F F F FF Ay By Ayy3) 取BCE 为隔离体)(4 ,0,0 F F l F l F l F MNEF NEF By C)(6,0 F F FNCD ylBxF llEFA CDBAyF AxF By F FlNCDF NEFF ECBBxF ByF F3.主从刚架(复合刚架)方法: 先算附属部分,后算基本部分,计算顺序与几何组成顺序相反.解:1) 取附属部分2)取基本部分)(4/ F F Dy )(4/F F Cy )( F F Dx )(4/ F F By )( F F Ay )( F F Ax 若附属部分上无外力,附属部分上的约束力是否为零?FAC2/l 4/l BAy F AxF By F DCyF 4/l llDxF DyF FCDCyF ABAyF Ax F ByF DyF DxF思考题图示体系支反力和约束力的计算途径是怎样的?FFFF思考题图示体系支反力和约束力的计算途径是怎样的?F FlFFFl F思考题图示体系支反力和约束力的计算途径是怎样的?FFFF注意：①正确地选取隔离体。
3.2刚架
静定刚架的 M图正误判别
利用上述内力图与荷载、支承和联结之间的对应关 系，可在绘制内力图时减少错误，提高效率。
另外，根据这些关系，常可不经计算直观检查 M 图的轮廓是否正确。
①M图与荷载情况不符。 ②M图与结点性质、约束情况不符。 ③作用在结点上的各杆端弯矩及结点集中力偶不满 足平衡条件。
例1
×P
m
m
m
此处无集中力，不该有尖点
h
q ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
ql2/8
ql2/8
ql2/8
h
l/2
l/2
例1. 试计算图(a)所示简支刚架的支座反力，并绘制Ｍ、Q和N
图。 [解] (1)支座反力 HA = 80kN, VA = 20kN, VB = 60kN 。
(2)求杆端力并画杆单元弯矩图。
X =0 Y = 0 MB =0
a
a
A
RA
B
XB
Y
B
Mo=m－2a×XB=0, 得 XB=M/2a
注: 1：三铰刚架仅半边有荷载，另半边为二力体，其反力沿两
铰连线，对o点取矩可求出B点水平反力，由B支座开始作弯矩图。 2：集中力偶作用处，弯矩图发生突变，突变前后两条线平行。 3：三铰刚架绘制弯矩图时，关键是求出一水平反力！！
O
l
y x
0
C
RA A
B
RC
. RB O
如图（a）三铰刚架，具有四个支座反力，可以利用三个整
体平衡条件和中间铰结点C 处弯矩等于零的局部平衡条件，一共
四个平衡方程就可以求出这四个支座反力。
C
C
q
q
f
f
(a)
(b)
A l /2
3-2静定刚架
f YA l q f = 0 2 qf 2 YA = 2l
qf 2 YB = 2l
X =0
X A q f XB = 0
X A = X B qf
4
MA = 0
f YB l q f = 0 2
XC
YC
C
f l /2 B (c) YB
XB
X A = X B qf
6qa B
M BD
结点D
0
2qa 2qa
2
2
0
D
QDB
M DB
N DB
N DB = 0 QDB = 0
M DB = 2qa
2
D
N BD
10qa 2
N BD = 0
QBD = 6qa
QBD
6qa
2
M BD = 10qa 2
2qa 2
M图
2qa2
12
C
2qa2 C 6qa
q 3)杆BE
E
3a
x =0
1/2qa2
0 a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
1 反力计算
1） 整体对左底铰建立矩平衡方程 MA= qa2+2qa2-2aYB=0 (1) 2） 对中间铰C建立矩平衡方程 MB=0.5qa2+2aXB -aYB=0 (2) 解方程(1)和(2)可得
q
qa2
C
qa
a
1/2qa2
A
qa2XA /2 YA a a
B
qa2/2 XB
XB=0.5qa YB=1.5qa
3） 再由整体平衡 X=0 Y=0 解得 XA=-0.5qa 解得 YA=0.5qa
YB
qf 2 YB = 2l
X =0
X A q f XB = 0
X A = X B qf
4
MA = 0
f YB l q f = 0 2
XC
YC
C
f l /2 B (c) YB
XB
X A = X B qf
6qa B
M BD
结点D
0
2qa 2qa
2
2
0
D
QDB
M DB
N DB
N DB = 0 QDB = 0
M DB = 2qa
2
D
N BD
10qa 2
N BD = 0
QBD = 6qa
QBD
6qa
2
M BD = 10qa 2
2qa 2
M图
2qa2
12
C
2qa2 C 6qa
q 3)杆BE
E
3a
x =0
1/2qa2
0 a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
1 反力计算
1） 整体对左底铰建立矩平衡方程 MA= qa2+2qa2-2aYB=0 (1) 2） 对中间铰C建立矩平衡方程 MB=0.5qa2+2aXB -aYB=0 (2) 解方程(1)和(2)可得
q
qa2
C
qa
a
1/2qa2
A
qa2XA /2 YA a a
B
qa2/2 XB
XB=0.5qa YB=1.5qa
3） 再由整体平衡 X=0 Y=0 解得 XA=-0.5qa 解得 YA=0.5qa
YB
3.3 静定平面刚架
FPl 4
D
M图 图
FP l 4
B
MCB(求) 求
解： (1) 求支反力 (2)求作 图 求作M图 求作
C
FP l 4
MBC(求) 求
A FP/4
B FP C FP/4 FQ图 D
A
B FP/4 FP
FN图
C FP/4 B FP FNBC(求) 求
D
FNAB(求) 求
【例3-9】试求作图示简支刚架的内力图。 】试求作图示简支刚架的内力图。
3) 关于 图的绘制：对于比较复杂的情况，可取结点为隔离体， 关于N 图的绘制：对于比较复杂的情况，可取结点为隔离体 结点为隔离体，
根据已知 V，利用投影方程，求杆件轴力值。 ，利用投影方程，求杆件轴力值。
【说明2】绘图规定 说明 】绘图规定:
1、M图约定绘在刚架的杆件受拉一侧，不标注正负号； 图约定绘在刚架的杆件受拉一侧，不标注正负号； 2、Q图和 图可绘在杆件的任一侧，但必须标注正负 图和N图可绘在杆件的任一侧 图和 图可绘在杆件的任一侧， 一般杆左或杆上为正，杆右或杆下为负； 号，一般杆左或杆上为正，杆右或杆下为负； 其符号正负规定与梁相同。 其符号正负规定与梁相同。
I
E
FQCE FNCE
C
I
E
ql 16
l I
A B
I
ql FBx = 16
B
FBx =
FAx = FBx
l/2 l/2 ql 3ql FBy = FAy = 8 8
a) 悬臂刚架
b) 简支刚 架
c) 三铰刚架
d) 多跨刚架
e) 多层刚架
三、静定平面刚架内力图的绘制
1、静定平面刚架的内力图有三种：弯矩图、剪力图和轴力图 、静定平面刚架的内力图有三种：弯矩图、剪力图和 2、方法：静定平面刚架内力图的基本作法是杆梁法，即把刚 、方法：静定平面刚架内力图的基本作法是杆梁法， 是杆梁法 架拆成若干个杆件，用截面法计算出各杆端内力， 架拆成若干个杆件，用截面法计算出各杆端内力，并根据杆端 内力分别绘出各杆的内力图，再拼合在一起成为刚架的内力图。 内力分别绘出各杆的内力图，再拼合在一起成为刚架的内力图。 内力计算方法原则上与静定梁相同。 其内力计算方法原则上与静定梁相同。 3、通常步骤： 、通常步骤： 首先、由刚架的整体或局部平衡条件， 首先、由刚架的整体或局部平衡条件，求出支座反力或某些铰 结点处的约束力； 结点处的约束力； 其次、用截面法逐杆计算各杆的杆端内力 控制截面的内力)； 控制截面的内力 其次、用截面法逐杆计算各杆的杆端内力(控制截面的内力 ； 然后、根据杆端内力按照静定梁方法分别作出各杆内力图； 然后、根据杆端内力按照静定梁方法分别作出各杆内力图； 最后、将各杆内力图拼合在一起，得到刚架的内力图。 最后、将各杆内力图拼合在一起，得到刚架的内力图。
3.3 静定刚架-文档资料
M 90 kN m 右侧受拉 AB M 90 kN m 右侧受拉 BA
剪力图 F QCB 0
F 60 kN QBC
A
3m
F F 0 , QAB QBA
90 kN m
轴力图
90 90
F F 0 N CB NBC
FAx
1、求支座反力
通过整体平衡求出支座反力
x
A
FAy
FBy
a
F 0 ,
F qa Ax
简支刚架
由 ∑MB= 0
1 2 qa F a 0 , F M 0 , qa By By A 2 2 qa F 0 , FAy y 2
校核，满足。
三、静定刚架的计算
杆端内力的基本方法：截面法
刚架的内力：各杆件中垂直于杆轴的横截面上的弯矩 M、 剪力 FQ、轴力 FN 。
①内力正负号的规定：刚架中，剪力和轴力都规定正负号 （同梁）标出正负号，弯矩不规定正负号，规定纵坐标画 在杆件受拉一边；
②结点处的杆端截面：节点D处有三个杆件DA、DB、DC 相交，则有三个截面D1、D2、D3，这三个截面的弯矩通常
FNCB
C
MCB
B
qa 2
F F 0 NCB NBC
作轴力图 水平杆件：正号轴力一般画在杆件上侧，注明 正负号； 竖杆和斜杆：正负轴力分别画在杆件两侧，注 B 明正负号。 C
MCA
C
q
FQCA
qa 2
qa
qa 2
A
FN 图
C
qa 2
qa
B
qa 2
C
B
静定结构的内力分析—静定平面刚架(建筑力学)
静定平面刚架的类型
1.刚架的概念及特点
（1）概念：多个杆件组成，包含刚结点 （2）特点：通过刚结点，不同杆件之间不但可以传递力 还可以传递弯矩
①力学计算复杂； ②结构内力分布均匀，节省材料； ③杆件数目较少，节省空间。
静定平面刚架的类型
2.刚架的类型
悬臂刚架（图a）：部分杆件一端刚结点，一端悬臂 简支刚架（图b）：其支座类似于简支梁
分别绘制BE的轴力图、剪力图及弯矩图如图所示。 （4）DE杆件内力图
取DE为隔离体，受力分析如图所示。 直接绘制DE的轴力图、剪力图及弯矩图如图所示。
YD’ MD’
XD’
YE’ DE受力图 ME’ XE’
ME XE
YE
3.5kN
—
1.5kN
+
XB
YB BE受力图
轴力图
1.5kN
—
剪力图 轴力图
8.5kN +
例题分析
求作图示刚架内力图。
解：（1）求约束反力（略） （2）AD杆件内力图 取AD为隔离体，受力分析如图所示。
X 0, X A X D 0， 得 X D 1.5kN() Y 0, YA YD 0， 得 YD 8.5kN() MD 0, X A 5 M D 0， 得 M D 7.5kNm(左)
分别绘制AD的轴力图、剪力图及弯矩图如图所示。
MD XD
YD
XA
YA AD受力图
8.5kN
—
1.5kN
—
7.5kNm
轴力图
剪力图
弯矩图
例题分析
（3）BE杆件内力图 取BE为隔离体，受力分析如图所示。
X 0, X B X E 0，得 X E 1.5kN() Y 0, YB YE 0， 得 YE 3.5kN() MD 0, X B 5 M E 0， 得 M E 4.5kNm(右)
1.刚架的概念及特点
（1）概念：多个杆件组成，包含刚结点 （2）特点：通过刚结点，不同杆件之间不但可以传递力 还可以传递弯矩
①力学计算复杂； ②结构内力分布均匀，节省材料； ③杆件数目较少，节省空间。
静定平面刚架的类型
2.刚架的类型
悬臂刚架（图a）：部分杆件一端刚结点，一端悬臂 简支刚架（图b）：其支座类似于简支梁
分别绘制BE的轴力图、剪力图及弯矩图如图所示。 （4）DE杆件内力图
取DE为隔离体，受力分析如图所示。 直接绘制DE的轴力图、剪力图及弯矩图如图所示。
YD’ MD’
XD’
YE’ DE受力图 ME’ XE’
ME XE
YE
3.5kN
—
1.5kN
+
XB
YB BE受力图
轴力图
1.5kN
—
剪力图 轴力图
8.5kN +
例题分析
求作图示刚架内力图。
解：（1）求约束反力（略） （2）AD杆件内力图 取AD为隔离体，受力分析如图所示。
X 0, X A X D 0， 得 X D 1.5kN() Y 0, YA YD 0， 得 YD 8.5kN() MD 0, X A 5 M D 0， 得 M D 7.5kNm(左)
分别绘制AD的轴力图、剪力图及弯矩图如图所示。
MD XD
YD
XA
YA AD受力图
8.5kN
—
1.5kN
—
7.5kNm
轴力图
剪力图
弯矩图
例题分析
（3）BE杆件内力图 取BE为隔离体，受力分析如图所示。
X 0, X B X E 0，得 X E 1.5kN() Y 0, YB YE 0， 得 YE 3.5kN() MD 0, X B 5 M E 0， 得 M E 4.5kNm(右)
结构力学§3-3静定平面刚架
截面法与轴力图
截面法
截面法是结构力学中一种常用的求内 力的方法。通过在需要求内力的截面 上施加一个假想的单位力，然后根据 平衡条件求出该截面上的内力。
轴力图
轴力图是一种表示杆件轴向力的图形 ，可以直观地展示杆件在不同位置的 轴向力大小和方向。通过轴力图可以 方便地分析杆件的受力情况。
弯矩与剪力分析
刚架的稳定性分析
01
02
03
04
稳定性分析是静定刚架设计中 非常重要的一环，主要关注的 是刚架在载荷作用下是否会发 生屈曲或失稳。
稳定性分析是静定刚架设计中 非常重要的一环，主要关注的 是刚架在载荷作用下是否会发 生屈曲或失稳。
稳定性分析是静定刚架设计中 非常重要的一环，主要关注的 是刚架在载荷作用下是否会发 生屈曲或失稳。
稳定性分析是静定刚架设计中 非常重要的一环，主要关注的 是刚架在载荷作用下是否会发 生屈曲或失稳。
刚架的优化设计
优化设计是静定刚架设计中非常重要的一环，主 要目的是在满足各种限制条件的前提下，使刚架 的结构更加合理、经济和高效。
优化设计需要考虑各种可能的载荷组合和边界条 件，同时还需要考虑材料、制造和安装等方面的 因素。
02
静定平面刚架的内力分析
内力的概念与计算
内力的概念
内力是指物体在受力过程中，各部分之间相互作用力。在结 构力学中，内力是描述结构内部各部分之间相互作用的力。
内力的计算
内力的计算方法主要有截面法和偏心距法。截面法是通过在 需要求内力的截面上施加一个假想的单位力，然后根据平衡 条件求出该截面上的内力。偏心距法则是利用杆件轴线上的 偏心距来计算内力。
结构力学§3-3静定平面刚架
目
CONTENCT