静定平面桁架

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练习: 试指出零杆
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§5-2 结点法
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结构力学
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练习: 试指出零杆
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§5-2 结点法
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练习: 试指出零杆
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§5-2 结点法
练习: 试指出零杆
P
结构力学
下图示对称结构在正对称 荷载作用下,若 A 点无外荷 载,则位于对称轴上的杆 1 、 2都是零杆。 为什么?
结构力学
1. 对于一些特殊的结点,可以应用平衡条件直
接判断该结点的某些杆件的内力为零。 零杆
(1) 两杆交于一点,若结点无荷载,则两杆的内力都
为零。
FN1 F N2
FN1 = F N2= 0
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§5-2 结点法
结构力学
(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,而在直线上的两杆内力大小相等,且性质相
1 F A
2wenku.baidu.comF
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§5-2 结点法
结点法计算简化的途径:
结构力学
2.对称结构受对称荷载作用, 内力和反力均为对称:
受反对称荷载作用, 内力和反力均为反对称。
E 点无荷载,红色杆不受力 垂直对称轴的杆不受力 对称轴处的杆不受力
FAy FAy
FBy FBy
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结构力学
弦杆
下弦杆 Bottom chard
竖杆Vertical chard 上弦杆 Top chard
腹杆 桁高
d 节间
跨度
经抽象简化后,杆轴交于一点,且“只受结点荷 载作用的直杆、铰结体系”的工程结构—桁架
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§5-1 平面桁架的计算简图
桁架计算简图假定:
结构力学
(1) 各杆在两端用绝对光滑而无摩擦的铰(理想铰)相互联结。 (2) 各杆的轴线都是直线,而且处在同一平面内,并且通过铰 的几何中心。 (3) 荷载和支座反力都作用在结点上 ,其作用线都在桁架平面 内。 思考: 实际桁架是否完全符合上述假定? 主内力: 按理想桁架算出的内力,各杆只有轴力。 次内力:实际桁架与理想桁架之间的差异引起的杆件弯曲, 由此引起的内力。
屋架 计算简图
16m
128m
64m
武汉长江大桥所采用的桁架型式
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§5-1 平面桁架的计算简图
空间桁架荷载传递途径:
结构力学
横梁 主桁架 纵梁
荷载传递: 轨枕-> 纵梁-> 结点横梁-> 主桁架
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§5-1 平面桁架的计算简图
桁架各部分名称:
斜杆 Diagonal chard
结构力学
分类 力矩法和投影法
1. 求反力(同静定梁); 2. 作截面(用平截面,也可用曲截面)截断桁架,取隔离体; 3. (1)选取矩心,列力矩平衡方程(力矩法)(2)列投影方程(投影法); 4. 解方程。
注意事项
1、尽量使所截断的杆件不超过三根(隔离体上未知力不超过三个), 可一次性求出全部内力; 2、选择适宜的平衡方程,最好使每个方程中只包含一个未知力, 避免求解联立方程。 3、若所作截面截断了三根以上的杆件,但只要在被截各杆中,
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§5-3 截面法
(4) 斜杆ED
结构力学
取EF和CD杆的延长线交点 O为矩心,并将FNED在D 点分解为水平和竖向分力 FxED和 FyED,由力矩平衡方 程∑MO=0,先求ED杆的竖向分力FyED,此时力臂即为 a+2d。 -FAa+F1a+F2(a+d)+FyED (a+2d) =0 FyED=(FAa-F1a-F2(a+d))/ (a+2d) 再由比例关系求FNED,其拉或压需视上式右端分子 为正或为负而定。 (5) DG杆如何求?
FNCF
A 20 kN
B
取C点为隔离体,由 X 0 , FNCE FNCH 0 Y 0 , 10kN 2FNCE sin FNCD 0 1 得 FNCD 10 kN 2 (22.36kN) 10 kN 5 FNCH FNCE 22.36 kN
除一杆外,其余均汇交于一点(力矩法)或均平行(投影法),则该杆
内力仍可首先求得。
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§5-3 截面法
结构力学
示例1:试求图示桁架中杆EF、ED,CD,DG的内力。
截面如何选择?
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§5-3 截面法
解: (1) 求出支座反力FA和FB。
结构力学
(2) 求下弦杆CD内力,利用I-I截面 ,力矩法 取EF和ED杆的交点E为矩心, CD杆内力臂为竖杆 高h,由力矩平衡方程∑ME=0,可求CD杆内力。
2). 空间(三维)桁架(space truss) ——组成桁架的杆件不都在同一平面内
结构力学
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§5-1 平面桁架的计算简图
二、按外型分类
1. 平行弦桁架
结构力学
2. 三角形桁架
3. 抛物线桁架
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§5-1 平面桁架的计算简图
三、按几何组成分类
1. 简单桁架 (simple truss)
FAd-F1d-F2×0-FNCDh=0
FNCD=(FAd-F1d-F2×0)/h
与等代梁比较,得出:FNCD=M0E/h (自己总结)
当荷载向下时,M0E为正,FNCD为拉力,即简支桁 架下弦杆受拉。
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§5-3 截面法
(3) 求上弦杆EF内力
结构力学
取 ED 和 CD 杆 的 交 点 D 为 矩 心 , 由 力 矩 平 衡 方 程 ∑MD=0,先求EF杆的水平分力 FxEF,此时力臂即为桁 高 H。 FA×2d-F1×2d-F2d+FxEFH=0 FxEF=-(FA×2d-F1×2d-F2d)/H 与等代梁比较,得出: FxEF=-M0D/H, 再由比例关系求FNEF。 当荷载向下时,M0D为正,FNEF为压力,即简支桁 架上弦杆受压。
1. 结点法和截面法
结点法—最适用于计算简单桁架。
结构力学
取结点为隔离体,建立(汇交力系)平衡方程求解。 原则上应使每一结点只有两根未知内力的杆件。
通常假定未知的轴力为拉力,计算结果得负值表示轴 力为压力。
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§5-2 结点法
例5-1 试用结点法求三角形桁架各杆轴力。
10 kN 5 kN 2m
20 kN 5 kN FNAE cos 0
FNAG
FNAE 15 kN 5 33.54 kN(压) 2 FNAE cos 33.5 30 kN (拉) 5
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§5-2 结点法
10 kN 5 kN 2m

结构力学
10 kN C 10 kN F 5 kN
10 kN E G D 2 m 4=8 m H 10 kN C 10 kN F B 20 kN 5 kN
F N ED
A 20 kN
取E点为隔离体,由
X 0
Y 0
FNEC cos FNED cos FNEA cos 0
FNEC FNED 33.54 kN FNEC sin - FNED sin FNEA sin 10 kN 0
FN1 = FF N2 = F N2 N1 FN3= FF = F
N3
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§5-2 结点法
结构力学
值得注意:若事先把零杆剔出后再进行计算, 可使计算大为简化。
FP FP
FP/2FP
FP/ 2
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§5-2 结点法
零杆: 轴力为零的杆
P
结构力学
0 0
受力分析时可以去掉零杆, 0 是否说该杆在结构中是可 0 有可无的?
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§5-2 结点法
10 kN 5 kN 2m

结构力学
10 kN C 10 kN F 5 kN
E G D 2 m 4=8 m H
A 20 kN
B 20 kN
可以看出,桁架在对称轴右边各杆的内力与左 边是对称相等的。
结论:对称结构,荷载也对称,则内力也 是对称的。
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E G D 2 m 4=8 m H
A 20 kN
B 20 kN
F NGE FNGA G FNGD
取G点为隔离体
X 0 Y 0
FNGD FNGA 30 kN FNGE 0
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§5-2 结点法
10 kN E F NEA F N EC
2m 5 kN

结构力学
FN1 F N1 FN3 F N3
F N4 F N2
F N4 FN1 F N2
F FN1 FN3 FN3
F F N2 F N2
FN1 = F FN2 N1 = F N2 FN3 = F FN4 N3 = FN4
FN1 = FF N2 = F N2 N1 FN3= FF = F
N3
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结构力学 第五章 静定平面桁架
§5-1 平面桁架的计算简图 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6 结点法 截面法 截面法与结点法的联合应用 各式桁架比较 组合结构的计算
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§5-1 平面桁架的计算简图
结构力学
桁架是由杆件相互连接组成的格构状体系,它 的结点均为完全铰结的结点,它受力合理用料省, 在建筑工程中得到广泛的应用。 1、桁架的计算简图(truss structure)
§5-3 截面法
截面法定义:
结构力学
作一截面将桁架分成两部分,然后任取一部分为隔离体 ( 隔离体包含一个以上的结点 ) ,根据平衡条件来计算所截 杆件的内力。 应用范围 1、求指定杆件的内力; 2、计算联合桁架。
联合桁架(联合杆件)
指定杆件(如斜杆)
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§5-3 截面法
截面法计算步骤
FNEC FNED 10 5 33.5
联立解出
FNEC 22.36 kN
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, FNED 11.18 kN
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§5-2 结点法
10 kN 5 kN 2m

结构力学
10 kN C 10 kN F 5 kN
10 kN C F NCE FNCD
20 kN
E G D 2 m 4=8 m H

结构力学
10 kN C
10 kN F 5 kN
E G D 2 m 4=8 m H
A 20 kN
B 20 kN
解: (1) 求支座反力。
FxA 0
FyA 20 kN (↑)
FyB 20 kN (↑)
(2) 依次截取结点A,G,E,C,画出受力图, 由平衡条件求其未知轴力。
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实际桁架不完全符合上述假定, 但次内力的影响是次要的。
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§5-1 平面桁架的计算简图
2、桁架的分类 一、根据维数分类
1). 平面(二维)桁架(plane truss)
结构力学
——所有组成桁架的杆件以及荷载的作用线都在同一 平面内
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§5-1 平面桁架的计算简图
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§5-2 结点法
10 kN 10 kN C 10 kN F G D 2 m 4=8 m H
结构力学
5 kN 5 kN
5 kN A

FNAE FNAG
2m

E
20 kN
A 20 kN
B 20 kN
取A点为隔离体,由
X 0 Y 0
有 所以
FNAE cos FNAG 0
结构力学
2. 联合桁架 (combined truss)
3. 复杂桁架 (complicated truss)
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§5-1 平面桁架的计算简图
四、按受力特点分类
结构力学
1. 梁式桁架
2. 拱式桁架
竖向荷载下将产 生水平反力
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§5-2 结点法 二、桁架的内力计算
§5-2 结点法
结构力学
(4) 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。
FN1 F N1 FN3 F N3
F N4 F N2
F N4 FN1 F N2
F FN1 FN3 FN3
F F N2 F N2
FN1 = F FN2 N1 = F N2 FN3 = F FN4 N3 = FN4
同(同为拉力或压力)。
FN1 FN3 FN1 = FN2 FN3 = 0 FN2
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§5-2 结点法
结构力学
(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。 推论,若将其中一杆换成外力F,则与F 在同一直 线上的杆的内力大小为F ,性质与F 相同。
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§5-2 结点法
小结:
结构力学
•以结点作为平衡对象,结点承受汇交力系作用。 •按与“组成顺序相反”的原则,逐次建立各结点 的平衡方程,则桁架各结点未知内力数目一定不超 过独立平衡方程数。 •由结点平衡方程可求得桁架各杆内力。
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§5-2 结点法
结点法计算简化的途径:
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