静定结构的内力分析.PPTx
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1、返返 回回4、图也不画,然后就叙述刚片AB、CD等。5、题抄错了。6、叙述无逻辑,更谈不上严谨。7、抄作业。原题该处为刚结点该处抄为铰结点第1页/共83页第2页/共83页返返 回回3-1 杆件内力计算3-2 静定梁3-3 静定刚架3-4 三铰拱3-5 静定桁架3-6 静定结构的内力分析和受力特点第3页/共83页31 杆件内力计算一、杆件内力符号规定二、计算杆件内力的截面法三、直杆平衡的微分方程返返 回回第4页/共83页返返 回回一、杆件内力符号规定轴力轴力FN 截面上应力沿轴线切向的合力 以拉力为正。FNFN剪力剪力FQ 截面上应力沿轴线法向的合力 以绕隔离体顺时针转为正。FQFQ弯矩M 截面
2、上应力对截面中性轴的力矩。不规定正负,但弯矩图画在纤维受拉一侧。MM图示均为正的轴力和剪力二、计算杆件内力的截面法 轴力=截面一边的所有外力沿轴切向投影代数和。剪力=截面一边的所有外力沿轴法向投影代数和,如外力绕截面形心顺时针转动,投影取正否则取负。弯矩=截面一边的所有外力对截面形心的外力矩之和。弯矩及外力矩产生相同的受拉边。第5页/共83页返返 回回截面上内力符号的规定:轴力截面上应力沿杆轴切线方向的合力,使杆产生伸长变形为正,画轴力图要注明正负号;剪力截面上应力沿杆轴法线方向的合力,使杆微段有顺时针方向转动趋势的为正,画剪力图要注明正负号;弯矩截面上应力对截面形心的力矩之和,不规定正负号。
3、弯矩图画在杆件受拉一侧,不注符号。FNFNMMFQFQ第6页/共83页返返 回回三、直杆平衡的微分方程MM+dMqxFQFQ+dFQdxxFNFN+dFN第7页/共83页返返 回回A、分布于梁上的荷载使梁的某些区段成为:无荷载区(q=0)剪力 为常数,弯矩M为x的一次函数 在均布荷载区段,因q为常数,所以剪力 为x的一次函数,弯矩M为x的二次函数。荷载为直线分布的区段:因q为x的一次函数,所以 图为二次抛物线,M图为三次抛物线第8页/共83页返返 回回B、集中荷载作用点处、集中力矩作用点处以及分布荷载的两端是荷载分布的间断点。在这些点处,内力图具有定的特征。集中荷载作用点处,剪力图发生突变,弯
4、矩图发生转折集中力矩作用点处弯矩图发生突变,剪力图无变化分布荷载的两端处,弯矩图的直线段或曲线段与曲线段在此相切等。C、梁的端点的内力有时是给定的,不需计算。铰支端:有集中力矩作用时,其弯矩等于集中力矩的大小;无力矩作用时则等于零。对于自由端:受集中荷载作用时,其剪力等于集中荷载之值,而弯矩等于零;若无荷载作用则其剪力和弯矩均等于零。第9页/共83页返返 回回内力图形状特征无何载区段 均布荷载区段集中力作用处平行轴线斜直线 FQ=0区段M图 平行于轴线FQ图 M图备注二次抛物线凸向即q指向FQ=0处,M达到极值发生突变FP出现尖点尖点指向即P的指向集中力作用截面剪力无定义集中力偶作用处无变化
5、发生突变两直线平行m集中力偶作用面弯矩无定义在自由端、铰支座、铰结点处,无集中力偶作用,截面弯矩等于零,有集中力偶作用,截面弯矩等于集中力偶的值。第10页/共83页32 静定梁一、单跨静定梁 单跨静定梁应用很广,是组成各种结构的基构件之一,其受力分析是各种结构受力分析的基础。1.单跨静定梁的反力常见的单跨静定梁有:简支梁外伸梁悬臂梁返返 回回第11页/共83页2.用截面法求指定截面的内力 在梁的横截面上,一般有三个内力分量:轴力FN、剪力FQ、弯矩M。计算内力的基本方法是截面法(见图)。(1)FN:其数值等于该截面一侧所有外力沿截面法线方向投影的代数和(受拉为正)。(2)FQ:其数值等于该截面
6、一侧所有外力沿截面切线方向投影的代数和。(顺时针旋转为正)(3)M:其数值等于该截面一侧所有外力对截面形心力矩的代数和。(上侧纤维受拉为正)AKVAHAFNFQMP1KABP1P2其结论是:返返 回回第12页/共83页3.利用微分关系作内力图 梁的荷载集度 q、剪力 FQ、弯矩 M 三者间存在如下的微分关系:据此,得直梁内力图的形状特征 利用上述关系可迅速正确地绘制梁的内力图梁上情况q=0M M 图图水平线斜直线q=常数qqqq斜直线抛物线有极值P 作用处有突变突变值为P有尖角尖角指向同P如变号有极值 M作用处无变化有突变 铰或自由端(无M)M=0返返 回回无变化FQ图FQ处第13页/共83页
7、简易法绘制内力图的一般步骤:(1)求支反力。(2)分段:凡外力不连续处均应作为分段点,如集中力和集中力偶作用处,均布荷载两端点等。(3)定点:据各梁段的内力图形状,选定控制截面。如 集中力和 集中力偶作用点两侧的截面、均布荷载起迄点等。用截面法求出这些截面的内力值,按比例绘出相应的内力竖标,便定出了内力图的各控制点。(4)连线:据各梁段的内力图形状,分别用直线和曲线将各控制点依次相联,即得内力图。返返 回回第14页/共83页4.利用区段叠加法作弯矩图利用区段叠加法作弯矩图很方便,以例说明:从梁上任取一段AB 其受力如(a)图所示,(b)因此,梁段AB的弯矩图可以按简支梁并应用叠加法来绘制。MA
8、MB+ABLMAMB(a a)MAMBABMAMB 则它相当(b)图所示的简支梁。返返 回回第15页/共83页4kNm4kNm2kNm4kNm6kNm4kNm2kNm4kNm4kNm6kNm4kNm2kNm(1)集中荷载作用下(2)集中力偶作用下(3)叠加得弯矩图(1)悬臂段分布荷载作用下(2)跨中集中力偶作用下(3)叠加得弯矩图3m3m4kN4kNm3m3m8kNm2kN/m2m第16页/共83页例 31 作梁的 FQ、M 图。解:首先计算支反力RA=58kN()RB=12kN()作剪力图(简易法)作弯矩图:1.分段:2.定点:MC=0 MA=20kNmMD=18kNm ME=26kNmMF
9、=18kNm MG左=6kNmMG右=4kNm MB左=16kNm3.连线RARB20388 Q图图(kN)201826186416 M图图(kNm)012 分为CA、AD、DE、EF、FG、GB六段。返返 回回第17页/共83页返返 回回 由MB=0,有 RA820930754410+16=0 得 RA=58kN()再由Y=0,可得 RB=20+30+5458=12kN()MC=0,MA=201=20kNmMD=202+581=18kNmME=203+582301=26kNmMF=12216+10=18kNmMG左=12116+10=6kNmMG右=12116=4kNm MB左=16kNm第
10、18页/共83页几点说明:1.作EF段的弯矩图用简支梁叠加法2.剪力等于零截面K 的位置 3.K截面弯矩的计算MK=ME+FQ E x=26+81.6=32.4kNmFQ K=FQ Eqx=85x=0 RARBKMmax=32.4knN MM图图(kNkNm)m)x=1.6m38812 Q Q图图(kN)kN)20Kx1.6mMk返返 回回第19页/共83页二、多跨静定梁1.多跨静定梁的概念 若干根梁用铰相联,并用若干支座与基础相联而组成的结构。2.多跨静定梁的特点:(1)几何组成:可分为基本部分和附属部分。返返 回回第20页/共83页基本部分:不依赖其它部分的存在而能独立地维持其几何不变性的
11、部分。附属部分:必须依靠基 本部分才能维持其几何不变性的部分。如BC部分。层次图:为了表示梁各部分之间的支撑关系,把基本部分画在下层,而把附属部分画在上层,如(b)图所示,称为层次图。(a)(b b)如:AB、CD部分。ABCD返返 回回第21页/共83页返返 回回第22页/共83页(2)受力分析:作用在基本部分上的力不传递给附属部分,而作用在附属部分上的力传递给基本部分,如图示 因此,计算多跨静定梁时应该是先附属后基本,这样可简化计算,取每一部分计算时与单跨静定梁无异。(a)(b)BAP1P2VBVCP2P1返返 回回第23页/共83页返返 回回 上述先附属部分后基本部分的计算原则,也适用于
12、由基本部分和附属部分组成的其他类型的结构。图A中AB杆的受力?图B中AC、BC杆的受力?第24页/共83页例 3-2 计算下图所示多跨静定梁 解:首先分析几何组成:AB、CF为基本部分,BC为附属部分。画层次图(b)按先属附后基本的原则计算各支反力(c)图。之后,逐段作出梁的弯矩图和剪力图。101012125 5 MM图图(kNkNm)m)18185 52.52.59.59.5FQ图图(kN)kN)10109 95 512120 00 0(a)5 55 55 54918kNm5 56kN/m7.521.53 30 0(c)ABCDEF4kN10kN6kN/m2m2m2m2m2m2m2m(b)1
13、0kNBCABCDEF返返 回回第25页/共83页例 33 作此多跨静定梁的内力图解:本题可以在不计算支反力的情况下,首先绘出弯矩图。弯矩为直线的梁段,在此基础上,剪力图可据微分关系或平衡条件求得。例如:FQ CE=2kNFQ B右=7.5kN可利用微分关系计算。如CE段梁:QCE=弯矩图为曲线的梁段,可利用平衡关系计算两端的剪力。如BC段梁,由MC=0,求得:QB右=RA=11.5kNRC=10.5kNRE=4kNRG=6kNRA=11.5kNRC=10.5kNRE=4kNRG=6kN4 48 85 52 22 24 47 75 54 44 4 MM图图 (kNkNm)m)4 40 00 0
14、82 20 00 0 FQ图(kN)返返 回回第26页/共83页返返 回回作业:第48页3-1、3-2第27页/共83页1.平面刚架的概念刚架是由梁柱组成的含有刚结点的杆件结构l刚架梁桁架弯矩分布均匀弯矩分布均匀可利用空间大可利用空间大3-3 静定刚架第28页/共83页2.静定刚架型式静定刚架的分类:简支刚架悬臂刚架单体刚架(联合结构)三铰刚架(三铰结构)复合刚架(主从结构)第29页/共83页返返 回回 刚架的梁与柱联结处在构造上为刚性联结,即当刚架受力而变形时,汇交于联结处的各杆端之间的夹角始终保持不变。这种结点称为刚结点。具有刚结点是刚架的持点。刚架的内力是指各杆件中垂直于杆轴的横刚架的内
15、力是指各杆件中垂直于杆轴的横截面上的截面上的弯矩、剪力和轴力弯矩、剪力和轴力。在计算静定刚架。在计算静定刚架时,通常应由整体或某些部分的平衡条件,求时,通常应由整体或某些部分的平衡条件,求出各支座反力和各铰接处的约束力,然后逐杆出各支座反力和各铰接处的约束力,然后逐杆绘制内力图。绘制内力图。3.刚架的特点:具有刚结点。刚架的内力:第30页/共83页返返 回回前述有关梁的内力图的绘制方法,对于刚架中的每一杆件同样适用。刚架杆件中一般有轴力,这是它们与梁的主要区别。应该指出,当荷载与杆轴垂直时,此杆的轴力沿杆轴无变化。第31页/共83页4.计算刚架内力的一般步骤:(1)首先计算支反力,一般支反力只
16、有三个,由平衡 方程求得。三铰刚架支反力有四个,须建立补充方程。(2)按“分段、定点、连线”的方法,逐个杆绘制内 力图。说明:(a)M图画在杆件受拉的一侧。(c)汇交于一点的各杆端截面的内力用两个下标表示,例如:MAB表示AB杆A端的弯矩。MMABAB返返 回回 (b)、的正负号规定同梁。、图可画在杆的任意一侧,但必须注明正负号。第32页/共83页返返 回回例34 作图示刚架的内力图一、求支座反力二、绘制内力图1 1、弯矩图2 2、剪力图3 3、轴力图第33页/共83页返返 回回一、求支座反力由 得 由 得 由 得 由 校核 二、绘制内力图1、弯矩图:各控制截面弯矩图d 图b 右侧受拉 右侧受
17、拉 第34页/共83页返返 回回2、剪力图:由控制截面的弯矩值,即可绘出弯矩图。图C 下边受拉 校核:计算无误 分别由图b、c、d所示隔离体,即可求得即可绘出剪力图 3、轴力图:分别由图b、c、d所示隔离体,即可求得绘出轴力图第35页/共83页返返 回回为了校核所作剪力图和轴力图的正确性,可用任一截面截取出刚架的某一部分,检验其平衡条件 是否得到满足。如右图绘制内力图如下:第36页/共83页例35 作图示刚架的内力图解:(1)计算支反力HA=48kN,RB=42kNVA=22kN(2)逐杆绘M图CD杆:MDC=0MCD=48kNm(左)CB杆:MBE=0MEB=MEC=126kNm(下)MCB
18、=192kNm(下)AC杆:MAC=0MCA=144kNm(右)(3)绘Q图CD杆:QDC=0,QCD=24kNCB杆:QBE=-42kN,QEC=-22kNAC杆:QAC=48kN,QCA=24kNRB=MCD=MEB=MEC=423 =126kNm(下)MCB=426-203 =192kNm(下)48由X=0 可得:HA=68=48kN由MA=0 可得:由Y=0 可得:(左)192126144V VA AH HA AR RB B返返 回回第37页/共83页(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),MC=
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