桁架与拱结构力学

4d d3
B
(2) N c
VA 1.5P
Yc1.5PP0.5P Nc 54Yc 0.62P5
VB 1.5P
4‘ e
d
Nc
B
45
P 1.5P
Aห้องสมุดไป่ตู้
VA 1.5P
1‘
2‘
3‘
4‘
e
a
cd
b
1 2345 P P P 6d
4d d3
B
VB 1.5P
(3) Nd
Xe
Ne
4‘ Y e
Nd
45
B
P 1.5P
2d
2d
N1
P
N1 P N2 0
N2 N2 N1
判断结构中的零杆
FP
FP/2
FP
FP/ 2
FP
D
C
7
10
4
1
8
2
5
9
11
6
3
A
B
C AB
截面法
截取桁架的某一局部作为隔离体，由平面任意力系的 平衡方程即可求得未知的轴力。
对于平面桁架，由于平面任意力系的独立平衡方程数 为3，因此所截断的杆件数一般不宜超过3
A 1 2 3 4 5
B
P PP 6d
VA 1.5P
(1) N a N b
1‘ 2‘
Na
4d 3
1 2 Nb
1.5P
P
VB 1.5P
Y 0 N a P V A 0 .5 P M 2 0 N b3 4d 1 .5 P 2 d0
Nb 2.25P
1‘ 2‘ 3‘ 4‘ e
a
cd
b
A 1 2 3 4 5 P PP 6d
桁架与拱
桁架结构
桁架的特点和组成分类
桁架是由链杆组成的格构体系，当荷载仅作用在结点上时，杆 件仅承受轴向力，截面上只有均匀分布的正应力，是最理想的 一种结构形式。 理想桁架：
（1）桁架的结点都是光滑无摩擦的铰结点； （2）各杆的轴线都是直线，并通过铰的中心； （3）荷载和支座反力都作用在结点上
0
-33
34.8 19
-33
-33
-33
-8
-8
-5.4 -5.4
37.5
34.8 19
小结：
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。
利用结点单杆的结概点念单，根杆据荷载状况可
平面内
2. 空间（三维）桁架（space truss） ——组成桁架的杆件不都在同一平面内
二、按外型分类 1. 平行弦桁架 2. 三角形桁架 3. 抛物线桁架 4. 梯形桁架
三、按几何组成分类
简单桁架 （simple truss）
先组成三角形，再由 加二元体组成
联合桁架 （combined truss）
试用截面法求图示桁架指定杆件的内力。
n
m
1
A 2.5FP
34
n2m
FP
FP
FP
FP
FP
65m
6m B
2.5FP
FN1 =-3.75FP FN4=0.65FP
FN2 =3.33FP FN3 =-0.50FP
截面单杆 截面法取出的隔离体， 不管其上有几个轴力，如果某
杆的轴力可以通过列一个平衡 方程求得，则此杆称为截面单 杆。 可能的截面单杆通常有相交型 和平行型两种形式。
0
-33
34.8 19
19
Y0Y N A D1k 1N YNAD CD0.5 XNAD AC 1.5 X N A D 3 Y N A D 3k 3N
X 0F N A C 3k 3N
0
-33
-33
34.8
-8
19
19
0
-33
-33
34.8
-8 -5.4
19
37.5
19
-8 kN
YDE CD0.75 XDE CE 0.5
相
交
情 况
FP
FP
FP
FP
FP
FP
a 为 截 面 单 杆
FP FP
平行情况
b为截面单杆
用截面法灵活截取隔离体
P
P
k。
A
B
RA
RB
RB
。k
P
P
简单桁架——一般采用结点法计算；
联合桁架——一般采用截面法计算。
例1、求图示平面桁架结构中指定杆件的内力。
1‘ 2‘ 3‘ 4‘ e
a
cd
b
4d d3
Mk 0
N d P 2 d 2 d 1 .5 P 2 d 0
Nd 0.25P
M4 0
k Xe 2.25P
10 3
Ne
3
Xe
4
10P
联合法
凡需同时应用结点法和截面法才能确 定杆件内力时，统称为联合法 （combined method）。
试求图示K式桁架指定杆1、2、3的轴力
ED杆内力如何求?
小结：
熟练掌握 计算桁架内力的基 本方法： 结点法和截面法
采取最简捷的途径计算桁架 内力
拱(arch)
一、简介
曲梁
杆轴线为曲线 在竖向荷载作 用下不产生水 平反力。
FP
拱--杆轴线为曲
线，在竖向荷载 作用下会产生水 平推力的结构。
桁架内力分析
桁架结构（truss structure）
横梁
主桁架
纵梁
弦杆
上弦杆 斜杆 竖杆 腹杆
下弦杆
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.
特性：只有轴力，而没有弯矩和剪力。轴力又称为 主内力（primary internal forces）。
结点判平面断汇此交力杆系内中，力除是某一否杆为件外零，。其它所有待求内力的杆件均 共结线点时单，杆则零的此内内杆力件力可称杆直为接该简根结称据点静的零力结杆平点衡（单条杆z件（er求noo出dba。lasrin）gle bar） 。
N1 N1 0
N1
N2
N2 0 N2
N1
N2
N3 N1 N2 N3 0
实际结构中由于结点并非是理想铰，同时还将产生弯矩、 剪力，但这两种内力相对于轴力的影响是很小的，故称为 次内力（secondary internal forces）。
次内力的影响举例
杆号 起点号 终点号 桁架轴力 刚架轴力
12
4 -35.000 -34.966
24
6 -60.000 -59.973
36
8 -75.000 -74.977
48
10 -80.000 -79.977
51
3
0.000 0.032
63
5
35.000 35.005
75
7
60.000 59.997
87
9
75.000 74.991
桁架结构的分类：
一、根据维数分类 1. 平面（二维）桁架（plane truss） ——所有组成桁架的杆件以及荷载的作用线都在同一
由几个简单桁架通过 二、三刚片规则组成
复杂桁架 （complicated truss）
四、按受力特点分类：
1. 梁式桁架
2. 拱式桁架
竖向荷载下将 产生水平反力
结点法（nodal analysis method）
以只有一个结点的隔离体为研究对象，用汇交 力系的平衡方程求解各杆内力的方法
例1. 求以下桁架各杆的内力