结构力学静定结构的内力分析.pptx
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1、一、单跨静定梁:一、单跨静定梁:3-1 3-1 3-1 3-1 3-1 3-1 静定梁的内力分析静定梁的内力分析静定梁的内力分析简支梁悬臂梁外伸梁mPq静静定定梁梁:由由静静力力学学方方程程可可求求出出支支反反力力的的梁梁。(一)分类(一)分类第1页/共140页(二)截面法求梁的内力(二)截面法求梁的内力 P1YAXAoP1P2lABnnNQMyx轴力:剪力:弯矩:第2页/共140页(三)内力的正负规定:3.3.弯矩M:Q()Q()Q(+)Q(+)M(+)M(+)M()M()1.1.轴力N N:拉为正,压为负。2.2.剪力Q:Q:第3页/共140页(四)剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系(四)剪
2、力、弯矩与分布荷载集度间的关系q(x)Q(x)+d Q(x)M(x)+d M(x)Q(x)M(x)dxv剪力图上某点处的切线斜率等剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小。于该点处荷载集度的大小。v弯矩图上某点处的切线斜率等弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。于该点处剪力的大小。dxxq(x)第4页/共140页(1 1)q0 0 时,剪力图为一水平直线,弯矩图为斜直线。(2 2)q常数时,剪力图为一斜直线,弯矩图为一抛物线。绘 Q、M 图时,可按载荷情况分段,由各段的竖标绘出内力图。v梁的内力图的特点:梁的内力图的特点:内力图规定:内力图规定:弯矩图:画在梁的受弯矩图:画在梁
3、的受拉拉一侧,不注明正、负号。一侧,不注明正、负号。剪力图:可画在刚架轴线的任一侧(通常正值画在上剪力图:可画在刚架轴线的任一侧(通常正值画在上侧),但须侧),但须注明正、负号注明正、负号。第5页/共140页(五)按叠加原理作弯矩图(五)按叠加原理作弯矩图v 叠加原理:多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引起的内力的代数和。适用条件:所求参数(内力、应力、位移)必须与荷载满适用条件:所求参数(内力、应力、位移)必须与荷载满足线性关系。即在弹性限度内满足虎克定律。足线性关系。即在弹性限度内满足虎克定律。第6页/共140页叠加法作内力图的步骤:分别作出各项荷载单独作用下梁
4、的弯矩图;将其相应的纵坐标叠加。(注意:不是图形的简单拼凑)v对称性与反对称性的应用:对称结构在对称载荷作用下,Q 图反对称,M 图正对称;对称结构在反对称载荷作用下,Q 图正对称,M 图反对称。第7页/共140页简单梁的内力图:MPLPLQPMqLLqMM第8页/共140页mmm/2m/2mmmm第9页/共140页Pl/4Pl/2l/2qlql2/8mmPm+Pl/4mm第10页/共140页ql2/8PmqJKqqMJMKMKMJQJQKVKVJMKMJqMKMJMJMKql2/8v 区区段段叠叠加加法法第11页/共140页(1)求得区段两端截面的弯矩竖标,用虚线将两)求得区段两端截面的弯矩
5、竖标,用虚线将两竖标相连。竖标相连。(2)以虚线为基线,将相应简支梁在均匀分布载)以虚线为基线,将相应简支梁在均匀分布载荷或集中力作用下的荷或集中力作用下的M 图叠加上去。图叠加上去。(3)最后所得图线与原定基线之间包含的图形即)最后所得图线与原定基线之间包含的图形即为实际的为实际的M 图。图。v区段叠加法作M图的步骤:第12页/共140页 例11按叠加原理作静定梁的弯矩图和剪力图q=10KN/mP=15KNACDBEm=20KNm2m3m3m4m解:(1)求支反力。VAVB第13页/共140页(2 2)作剪力图q=10KN/mP=15KNACDBEm=20KNm2m3m3m4m312431Q
6、(KN)915159第14页/共140页(3 3)作弯矩图q=10KN/mP=15KNACDBEm=20KNm2m3m3m4m312444M(KNm)1733020第15页/共140页 例22按叠加原理作静定梁的弯矩图和剪力图解:(1)求支反力。VAVBq=20KN/mP1=30KNABCDE2m2m2m4mP2=70KN第16页/共140页(2 2)作剪力图90Q(KN)3060107016060q=20KN/mP1=30KNABCDE2m2m2m4mP2=70KN1060第17页/共140页(3 3)作弯矩图M(KNm)10010016060q=20KN/mP1=30KNABCDE2m2m
7、2m4mP2=70KN107040第18页/共140页 例33按叠加原理作静定梁的弯矩图和剪力图q=40KN/mP2=40KNABCDFm=80KNm2m1m2m4m解:(1)求支反力。VAVB1mEP1=160KN第19页/共140页(2 2)作剪力图130Q(KN)303012040q=40KN/mP2=40KNABCDFm=80KNm2m1m2m4m1303101mEP1=160KN130190第20页/共140页(3 3)作弯矩图340M(KNm)13016080q=40KN/mP2=40KNABCDFm=80KNm2m1m2m4m1303101mEP1=160KN210280第21页
8、/共140页(六)斜梁1.求反力。2.求截面C的内力。VAVBVACqlAB x CqQCNCMC第22页/共140页ql2/8N 图(六)斜梁3.作内力图。qlABVAVB CQ 图M 图第23页/共140页定义:若干根梁用铰连接而成,用来跨越几个相连跨度的静定梁。用途:桥梁结构。计算简图:(整体上是几何不变的)二、多跨静定梁ABCDEF几何不变部分在竖向 载荷作用下能独立维持平衡依靠基础部分部分才能保持几何不变性基础部分基础部分从属部分从属部分第24页/共140页q基础部分:可不依靠从属部分而保持其几何不变性。q从属部分:依靠基础部分才可保持其几何不变性。q层次图:表明多跨梁基本部分和从属
9、部分的支承关系。二、多跨静定梁二、多跨静定梁ABCDEFEFABCD第25页/共140页v作图示多跨梁的层次图EFABCDABCDEFGHIJIJGHP1P2P3P4P5n作用在基本部分上的载荷对附属部分没有影响。n作用在附属部分上的载荷将使基本部分产生反力和内力。第26页/共140页v作图示多跨梁的层次图P1P2P3n计算多跨梁的原则:先附属,后基本。ABCDEFABCDEF多跨梁单跨梁单跨梁内力图多跨梁内力图第27页/共140页 例1 1 作多跨静定梁的弯矩图和剪力图40KN/m120KNABCD2m6m8m3m40KN/m120KN解:(1)作层次图ABCD第28页/共140页2m6m8
10、m3m40KN/m120KN(2)求反力ABCD40KN/mAB120KNCD60KN60KN60KN235KN145KN第29页/共140页(3)作Q 图2m6m8m3m40KN/m120KNABCD60KN60KN60KN235KN145KN145KN175KN60KN60KN第30页/共140页(4)作弯矩图2m6m8m3m40KN/m120KNABCD60KN60KN60KN235KN145KN180KNm120KNm320KNm第31页/共140页 例2 2 作多跨静定梁的弯矩图和剪力图qqaA2qa2BCDEFa/2a/2a/2a/2aa7qa/83qa/83qa/811qa/86
11、qa/8qABCDqa2qa2DEF第32页/共140页作弯矩图:M图7qa/83qa/8qABCD3qa/811qa/86qa/8qa2qa2DEF第33页/共140页作Q 图:Q图7qa/83qa/8qABCD3qa/811qa/86qa/8qa2qa2DEF第34页/共140页32 32 平面刚架的内力分析平面刚架的内力分析一、平面刚架的特征及应用1.平面刚架:同一平面内,不同取向的杆件,通过杆端相 互刚性连接(用刚结点)而组成的结构。2.刚结点:各杆端不可相对移动与转动,受力变形时杆端仍联接在一起,并保持夹角不变。qABlCDP第35页/共140页能承受和传递弯矩能承受和传递弯矩削减弯
12、矩的峰值使分布均匀削减弯矩的峰值使分布均匀内部空间大便于利用内部空间大便于利用直杆组成,制作方便直杆组成,制作方便工民建、钢筋混凝土工民建、钢筋混凝土一、平面刚架的特征及应用qABlCDP第36页/共140页3.平面刚架的分类:(1)简支刚架ABCD(2)悬臂刚架(3)三铰刚架(4)双铰刚架(5)框架ABCDABCDABCD第37页/共140页二、二、平面刚架的内力计算:平面刚架的内力计算:2.内力图规定:内力图规定:弯矩图:画在各杆的弯矩图:画在各杆的受拉一侧,不注明正、负号受拉一侧,不注明正、负号。剪力图及轴力图:可画在刚架轴线的任一侧(通常正剪力图及轴力图:可画在刚架轴线的任一侧(通常正
13、值画在刚架的外侧),但须值画在刚架的外侧),但须注明正、负号注明正、负号。3.计算步骤:计算步骤:(1)求反力。)求反力。(2)逐渐用截面法计算各杆端内力。)逐渐用截面法计算各杆端内力。(3)画内力图。)画内力图。1.平面刚架内力的 特点:刚架各杆的内力有:Q、M、N。第38页/共140页例1 试作图示刚架的内力图。P1P2alABCN 图+Q 图+M 图P1a+P2 lP2P1P1P1a分段定点连线第39页/共140页 例2 2 作图示刚架的内力图3216M图(KNm)AB2KN/m8KND4m4mC4m16B321616第40页/共140页Q图N图AB2KN/m8KND4m4mC4m8KN
14、8KN16KNB8KN8KN16KN第41页/共140页 例3 3 作图示刚架的内力图18060M图AB30KN20KN/mD4m2m6mCE30408018090第42页/共140页Q图(KN)AB30KN20KN/mD4m2m6mCE30408030308040N图(KN)304080第43页/共140页ABqDl/2l/2lCE 例4 4 作图示刚架的内力图ql2/8ql2/8ql/8ql/2ql/2ql2/8ql2/8ql/8M图第44页/共140页作Q 图ql/2ql/2ql/8ql/2ql/2ABqDl/2l/2lCEql/8ql/8ql/8Q图第45页/共140页作N N图ql/
15、8ql/2ql/2ABqDl/2l/2lCEql/8ql/2ql/8ql/2N图第46页/共140页 例5 5 作图示刚架的 M 图12020808012020BEC:AB20KN/mD4m4m6mCE2m 第47页/共140页ABDllCEllm 例6 6 作图示刚架的内力图m/2mM图m/20m/2lm/2lm/2第48页/共140页作Q 图m/2lQ图ABDllCEllmm/2l0m/2lm/2l第49页/共140页作N 图m/2lN图ABDllCEllm0m/2lm/2l第50页/共140页33 33 静定拱的内力分析静定拱的内力分析一、静定拱的特征及分类1.静定拱:杆轴线为曲线,在竖
16、向载荷作用下会产生水平静定拱:杆轴线为曲线,在竖向载荷作用下会产生水平反力的结构。反力的结构。拱高 f跨度 l拱轴线:拱身各截面形心连线。CAB拱趾起拱线拱顶高跨比:拱高和跨度之比。第51页/共140页在竖向载荷作用下会产生水水平反力在竖向载荷作用下会产生水水平反力推力推力拱的弯矩比跨度和载荷相同的梁小,且主要承受拱的弯矩比跨度和载荷相同的梁小,且主要承受压力,拱截面上应力分布均匀。可用抗压好的材压力,拱截面上应力分布均匀。可用抗压好的材料(砖、石、混凝土)建造。料(砖、石、混凝土)建造。内部空间大便于利用内部空间大便于利用支座承受水平推力,要求地基或支承结构坚固。支座承受水平推力,要求地基或
17、支承结构坚固。2.拱的特征CABFPFAVFBVFBHFAH第52页/共140页3.拱的分类:(1)三铰拱(2)两铰拱(3)无铰拱(4)带拉杆拱CABABABCAB第53页/共140页二、二、静定拱的反力计算静定拱的反力计算(三铰拱)(三铰拱)以拱整体为对象:CABFAVFBHFAHl fFP1a1FP2a2以左半拱为对象:FP2FP1CABFBV第54页/共140页三、三、静定拱的内力计算:静定拱的内力计算:弯矩:使拱内侧受拉为正。弯矩:使拱内侧受拉为正。剪力:绕隔离体顺时针转动为正。剪力:绕隔离体顺时针转动为正。轴力:压为正。轴力:压为正。2.计算方法:截面法计算方法:截面法1.静定拱的内
18、力有:M、FQ、FN。CABFP2FAVFBVFHFHFP1l fa1xyxkykK 第55页/共140页FP1AxKyK KFNKFQKMKFHFAVCABFP2FP1xK第56页/共140页CAB4KND1KN/m8m 4m4m4mCABD4KN1KN/m例1:试求图示三铰拱的支反力和截面D的内力。解:(1)作与三铰拱对应的简支梁并求反力FAVFBVFHFH第57页/共140页(2)求D截面的内力CAB4KN7KN5KN6KN6KND1KN/m8m 4m4m4mCABD4KN1KN/mxy7KN5KN第58页/共140页(2)求D截面的内力CAB4KN7KN5KN6KN6KND1KN/m8
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