第16章:静定结构的内力计算

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内力是结构承受荷载及变形的能力的体现,可理解 为在各种外因用下结构内部材料的一种响应。内力 是看不见的,但可由结构上受有荷载和结构发生变 形(变形体)体现。
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。
(2)计算控制截面的剪 力并作FQ图 取支座B以左: FQBC= 60×4/5= 48 kN 取支座B以左: FQBD = 60×4/5
–140.67 = - 92.67 kN
解:(1)支座反力
梁的整体平衡方程
∑ΜA=0 FBy=140.67 kN(↑)
∑ΜB=0 FAy=27.33 kN (↑)
2)求C截面的内力 切开过C点的横截面,将梁分成两部分。取左侧
部分考虑,其暴露的截面上按规定的内力的正方向 将内力示出,建立静力平衡方程。
说明:计算内力要点: 1)所取的隔离体(包括结构的整体、截面法截取 的局部),其隔离体周围的所有约束必须全部切断 并代以约束力、内力。 2)对未知外力(如支座反力),可先假定其方向, 由计算后所得结果的正负判断所求力的实际方向, 并要求在计算结果后的圆括号内用箭线表示实际方 向。 3)计算截面的内力时,截面两侧的隔离体可任取 其一,一般按其上外力最简原则选择。截面内力均 按规定的正方向画出。
多跨静定梁小结
了解多跨静定梁两种基本类型的几何组成特点。 多跨静定梁分层计算的目的,为了不解联立方程。
计算要点:按先附属,后基本的顺序。
§16-3 静定平面刚架 • 平面刚架:梁和柱构成的平面结构,其特点是在梁和柱的联系
处的为夹刚角结始点终,保当持刚不E 架变受。E力′而产生C变形时,P 刚结F 点处各杆端之间 F′
一、多跨静定梁的组成及传力特征
对上图所示梁进行几何组成分析: AD杆与大地按两个刚片的规则组成无多余约 束的几何不变体,可独立承受荷载;然后杆DF和 杆FG也分别按两个刚片的规则依次扩大先前已形 成的几何不变体。显然,杆DF是依赖于D以右的 部分才能承受荷载,而杆FG是依赖于F以右的部 分才能承受荷载的。或者说,杆FG被杆DF支承 ,杆DF被杆AD支承。根据各杆之间这种依赖、 支承关系,引入以下两个概念:
解:(1)求支座反力 (2)求控制截面内力
取截面C以左: FQC=70-20×4=-10 kN MC=70×4-20×4×2=120kNm
(下侧受拉)
取截面DR以右: FQDB=-50kN ΜDB=50×2=100kNm
取截面DL以右: FQDC=-50+40=-10kN
(3)作内力图
(下侧受拉)
基线接力法概念。
3、直杆段弯矩图的区段叠加法 直杆区段的弯矩图叠加可利用简支梁的弯矩图叠加 法。其步骤是: (1)计算直杆区段两端的最后弯矩值,以杆轴为 基线画出这两个值的竖标,并将两竖标连一直线; (2)将所连直线作为新的基线,叠加相应简支梁 在跨间荷载作用下的弯矩图。
例16-1-2 作图示简支梁的内力图。
例16-2-2 分析图示多跨静定梁可分解成单跨梁分 别计算的条件,并作梁的FQ、M图。
分析:(1)图示梁的荷载以及约束的方向,是竖 向平行力系。一个平面平行力系只能列两个独立的 平衡方程,解两个未知数。 (2)杆CE有两个与大地相连的竖向支座链杆, 当仅在竖向荷载作用下时,可维持这个平行力系的 平衡。所以,杆CE在仅有竖向荷载的作用下,可 视为与杆AB同等的基本部分。
∑Fx=0 FAx= 36 kN (→)
由∑Fy=0 校核, 满足。
(3) 计算控制截面的弯矩并作M图 取截面CL以左:
MCA=27.33×4-20×4×2=-50.68 kNm (上侧受拉)
取截面CR以左: MCB=27.33×4-20×4×2+100 =49.32 kNm (下侧受拉)
取截面B以右: MCB=MCB=60×4×2/5 =96 kNm (上侧受拉)
2、荷载与内力的关系
微分关系: 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; 当FQ=0时,Μ图为水平直线。
区段叠加法求E、D截面弯矩; ΜE=20×42/8+120/2=100kNm (下侧受拉) ΜD=40×4/4+120/2=100kNm (下侧受拉)
说明:集中力或集中力偶作用点,注意对有突变的 内力应考虑分两侧截面分别计算。
例16-1-3 求作图示伸臂梁的FQ、M图。
分析:仅有竖向荷载作用时,梁的内力只有弯矩和剪 力。剪力图的控制截面在C、DL和DR,而弯矩 图取截面C即可,综合考虑,取控制截面为截面C、 DL和DR。
由于这种多跨静定梁的层叠图象阶梯,可称为阶 梯形多跨静定梁。
二、 多跨静定梁的内力计算 多跨静定梁的内力总能由静力平衡条件求出。关
键是按怎样的途径使计算概念清晰、简明。 例16-2-1 计算图示多跨静定梁,并作内力图。
解:按层叠图依次取各单跨梁计算
∑MA=0 FCFyC=y-×142+.(51k0N-(5↓×) √2×√2/2)×6+20=0
二、荷载与内力的关系 1、内力图概念
表示结构上所有截面的轴力、剪力和弯矩分布的 图形称为内力图。
作内力图的最基本的方法是,按内力函数作内力 图。
1)建立表示截面位置的x坐标
2)取x处的(即K截面)以右部分建立平衡方程
∑Fy= 0
得梁AC段的剪力函数:
FQk=70-20x
( 0≤x≤4)
梁AC段的剪力图是一条斜直线,取该区段内任意 两截面的座标值代入函数,既可画出该区段的剪力 图。内力函数是分段的连续函数。
(2)在均布荷载区段,FQ图为斜直线;Μ图为抛 物线,且凸向与荷载指向相同。
2) 增量关系及几何意义:
DFN=-FPx DFQ=-FPy DM=m
(1)水平集中力FPx作用点两侧截面FN图有突变, 其突变值等于FPx。FQ图和Μ图不受影响。 (2)竖向集中力FPy作用点两侧截面FQ图有突变, 其突变值等于FPy。Μ图有折点,其折点的尖角与 FPy方向相同;FN图不受影响。 (3)集中力偶Μ作用点两侧截面的Μ图有突变, 其突变值等于Μ;FN图和FQ图不受影响。
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 。 1、内力的定义
FN:截面上平行于截面外法线方向的正应力的代数 和,一般以受拉为正。
3、利用荷载和内力关系的几何意义,可由荷载的分 布和类型定性地判断或校核区段上的内力图形状以 及突变点和突变值的大小。
三、叠加法作弯矩图 1、简支梁的弯矩图叠加法
2、弯矩图叠加的实质: 指弯矩竖标的叠加(而不是图形的简单叠加),
当同一截面在两个弯矩竖标在基线不同侧时,叠加 后是两个竖标绝对值相减,弯矩竖标画在绝对值大 的一侧;当两个竖标在基线同一侧时,则叠加后是 两个竖标绝对值相加,竖标画在同侧。
Q图 80kN·m 40kN·m
M图
2m A 2m
80kN·m
(-)
N图
解:[q=例(1106k1-N)/3m-取1,]作a整=图4体m示。为三研铰究刚架对的象M:图、yQ图、N图。已知:CP=60kaN/P,2
绕曲线杆端切线
q
XA A
B XB
C
E
D B
A
源自文库
• 一、静定刚架支座反力的计算:平衡方 程
二、绘制内力图:用截面法求解刚架任意 指定截面的内力,应用与梁相同的内力符 号正负规定原则即相同的绘制规律与绘图 方法作内力图(M图、Q图、N图)
40kN
(+) (-)
40kN
q=20kN/m
B
C
P=40kN D
例16-1-4 比较图示斜梁 和简支梁的异同。
分析:(1)支座反力相同。 (2)两梁的内力由内力函 数比较 简支梁:F0Nx=0
F0Qx=ql/2-qx M0x=qlx/2-qx2/2 斜梁: FNx= -(ql/2qx)sina
= - F0Qx sina FQx=(ql/2-qx)cosa
= F0Qx cosa Mx=qlx/2-qx2/2
解:(1)画层叠图 (2)计算各单跨梁的约束力 按层叠图以次画出各单跨梁的受力图,注意杆
BC在杆端只有竖向约束力,并按由上向下的顺序 分别计算。 (3)作内力图
说明:本例中杆BC是不直接与大地相连的杆件, 称这类杆为有悬跨多跨静定梁。当仅有竖向荷载作 用时,悬跨梁可视为附属部分;当是任意的一般荷 载作用时,杆BC不能视为附属部分,杆CE部分 也不能作为基本部分。
第十六章:静定结构内力计算
§16-1 单跨静定梁
第十六部分 静定结构内力计算
静定结构的特性: 1、几何组成特性 2、静力特性 静定结构的内力计算依据静力平衡原理。
第十六章 静定梁和静定刚架 §16-1 单 跨 静 定 梁
单跨静定梁的类型:简支梁、伸臂梁、悬臂梁
一、截面法求某一指定截面的内力
1、内力概念
2)C截面内力 ∑Fx=0 ∑FFFNNyCC=- =06600k=N0 FQC-60+10×1.5 =0
FQC=45kN ∑ΜC=0 Μ10C×-16.50××(11..55-/2)
=0 (Μ下C=侧1受01拉.25)kNm
1)计算支座反力 去掉梁的支座约束,代以支座约束反力,并假定
反力的方向,建立梁的整体平衡方程。
杆DF上没有直接作用的外荷载(注意铰D上作 用的集中荷载FP可放在铰的任意侧),但在F处有 杆FG部分传来的已知约束力FPy。该杆的计算相当 于伸臂梁的计算,其上的荷载即是由其上的附属部 分由约束处传来的已知约束力。
杆AD是整个梁的基本部分,有三个与大地相连 的待求的支座约束力,其上除了有在D处由D以右 部分传来的已知约束力,还有直接作用的外荷载FP 和m。该杆仍是伸臂梁的计算。
(2) 将所有单根梁的约束力求得后,即可将各单 跨梁的内力图作出后汇集,也可先汇集成整体再一 次作内力图。注意AC段上集中力偶作用时弯矩图 的叠加特点。 (3)当多跨静定梁的附属部分上有外荷载时,该 外荷载将使该附属部分产生内力,并传给它以下的 基本部分使其也产生内力;当在其基本部分上有外 荷载时,该外荷载仅使该基本部分(及以下)产生 内力,对其上的附属部分不产生内力。
基本部分: 结构中不依赖于其它部分而独立与 大地形成几何不变的部分。
附属部分: 结构中依赖基本部分的支承才能保 持几何不变的部分。
把结构中各部分之间的这种依赖、支承关系形象 的画成如图示的层叠图,可以清楚的看出多跨静定 梁所具有的如下特征: 1) 组成顺序:先基本部分,后附属部分; 2) 传力顺序:先附属部分,后基本部分。
FQ:截面上垂直于截面法 线方向的切应力的代数和, 以使隔离体产生顺时针转 动为正。
Μ:截面上正应力对截面 中性轴的力矩代数和,对 梁一般规定使其下部受拉 为正。
2)内力计算式(用截面一侧上外力表达的方式):
FN=截面一侧所有外力在杆轴平行方向上投影 的代数和。左左为正,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。
∑MC=0 FAy×4-20 +(5×√2×√2/2-10)×2
=0
FAy=7.5 kN (↑)
∑Fx= 0 FAx+5×√2×√2/2=0 FAx=-5kN (←)
说明: (1)按层叠图从上往下的顺序,画各单跨梁的受 力图,并按这个顺序逐一计算各单跨梁的约束力。
杆FG的约束力有3个,如简支梁的计算。
= M0x
单跨静定梁小结
要求: 1)理解内力、内力图的概念; 2)了解梁的主要受力、变形特点; 3)理解并掌握截面法计算内力的方法; 4)熟练掌握用叠加法做直杆段的弯矩图。
本节难点及重点: 1)内力正、负号的判断; 2)叠加法做弯矩图。
§16-2 多跨静定梁
多跨静定梁由相互在端部铰接、水平放置的若干直 杆件与大地一起构成的结构。
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