静定桁架和组合结构的受力分析.pptx
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1、All Rights Reserved5.1桁架的特点和组成a)屋架160m80m16mb)桥梁c)水闸闸门第1页/共68页All Rights Reserved5.1.1 关于桁架计算简图的三个假定1)各结点都是光滑的理想铰。2)各杆轴线都是直线,且通过结点铰的中心。3)荷载和支反力都作用在结点上,且通过铰的中心。满足以上假定的桁架,称为理想桁架。上弦杆下弦杆节间长度跨度ldh 桁高斜杆竖杆1212FNFNFQ1=0FQ2=05.1桁架的特点和组成第2页/共68页All Rights Reserved5.1.2 桁架的组成特点理想桁架是各直杆在两端用理想铰相连接而组成的几何不变体系(格构式结
2、构、链杆体系)。5.1.3 桁架的力学特性理想桁架各杆其内力只有轴力(拉力或压力)而无弯矩和剪力。上弦杆下弦杆节间长度跨度ldh 桁高斜杆竖杆1212FNFNFQ1=0FQ2=05.1桁架的特点和组成第3页/共68页All Rights Reserved5.1.4 主内力和次内力按理想桁架算出的内力(或应力),称为主内力(或主应力);由于不符合理想情况而产生的附加内力(或应力),称为次内力(或次应力)。大量的工程实践表明,一般情况下桁架中的主应力占总的应力的80%以上,所以,主应力的确定是桁架中应力的主要部分。也就是说,桁架的内力主要是轴力。5.1桁架的特点和组成理想桁架各杆的两端轴力大小相等
3、、方向相反、具有统一作用线,习惯称为二力杆。第4页/共68页All Rights Reserved5.1.5 静定平面桁架的分类1.按桁架的几何组成方式分1)简单桁架从一个基本铰结三角形或地基上,依次增加二元体而组成的桁架。a)e)d)5.1桁架的特点和组成第5页/共68页All Rights Reserved2)联合桁架由几个简单桁架按照两刚片或三刚片组成几何不变体系的规则构成的桁架。3)复杂桁架不是按上述两种方式组成的其它桁架。b)5.1桁架的特点和组成c)第6页/共68页All Rights Reserved2.按桁架的外形分1)平行弦桁架。2)三角形桁架。3)折弦桁架。4)梯形桁架。a
4、)b)d)e)3.按支反力的性质分1)梁式桁架或无推力桁架。2)拱式桁架或有推力桁架。f)5.1桁架的特点和组成第7页/共68页All Rights Reserved5.2静定平面桁架计算静定平面桁架各杆轴力的基本方法,仍是隔离体平衡法。根据截取隔离体方式的不同,又区分为结点法和截面法。5.2.1 结点法结点法是截取桁架结点为隔离体,利用平面汇交力系的两个平衡条件,求解各杆未知轴力的方法。结点法最适合用于计算简单桁架。第8页/共68页All Rights Reserved1.利用力三角形与长度三角形对应边的比例关系简化计算 为了便于计算,一般不宜直接计算斜杆的轴力FN,而是将其分解为水平分力F
5、x和Fy先行计算。利用这个比例关系,就可以很简便地由其中一个力推算其它两个力,而不需要使用三角函数进行计算。FNFNFxFylxlyloxyBAa(长度三角形)(力三角形)5.2.1 结点法5.2静定平面桁架(5-1)第9页/共68页All Rights Reserved用图示桁架为例,来说明结点法的应用。首先,可由桁架的整体平衡条件,求出支反力,标注于图中。然后,即可截取各结点解算杆件内力。15kN15kN15kN4m4m4m3m1234567F6=120kNF7H=120kNF7V=45kN115kNFN12FN13Fx13Fy135.2.1 结点法5.2静定平面桁架第10页/共68页Al
6、l Rights Reserved15153520120215202015315351520304050604606005152050304004560751206606045754512071204545120-15kN15kN15kN4m4m4m3m1234567F6=120kNF7H=120kNF7V=45kN15kN15kN15kN123456-20-20-120201515255040300604575-456060+5.2静定平面桁架第11页/共68页All Rights Reserved2.利用结点平衡的特殊情况,判定零杆和等力杆 (1)关于零杆的判断 在给定荷载作用下,桁架中轴
7、力为零的杆件,称为零杆。2)T形结点:成T形汇交的三杆结点无荷载作用,则不共线的第三杆(又称单杆)必为零杆,而共线的两杆内力相等且正负号相同(同为拉力或压力)。1)L形结点:成L形汇交的两杆结点无荷载作用,则这两杆皆为零杆。L形结点T 形结点T形结点(推广)FN1=0FN2=0FN3=0(单杆)FN2=FN1FN1FN1=FPFN2=0FP=5.2静定平面桁架第12页/共68页All Rights Reserved(2)关于等力杆的判断1)X形结点:成X形汇交的四杆结点无荷载作用,则彼此共线的杆件的内力两两相等。X形结点FN1FN3FN2=FN1FN4=FN35.2静定平面桁架第13页/共68
8、页All Rights Reserved2)K形结点:成K形汇交的四杆结点,其中两杆共线,而另外两杆在此直线同侧且交角相等,若结点上无荷载作用,则不共线的两杆内力大小相等而符号相反。3)Y形结点:成Y形汇交的三杆结点,其中两杆分别在第三杆的两侧且交角相等,若结点上无与该第三杆轴线方向偏斜的荷载作用,则该两杆内力大小相等且符号相同。K形结点Y形结点FN1FN1FN3FN3FN2=FN1FN2=-FN1FN4 FN3aaaa5.2静定平面桁架第14页/共68页All Rights Reserved【例5-1】试求图示桁架各杆的轴力。解:(1)利用桁架的整体平衡条件,求出支座A、B的支反力。(2)判
9、断零杆。(3)计算其余杆件的轴力。AABBCCDDEEEFPFPFPFP1.5aaaaa1.5a4FP/34FP/312345678910FNE1FNE2FxE2FyE2-4 FP/3-4 FP/3-4 FP/3-4 FP/35FP/35FP/35FP/35FP/35.2静定平面桁架第15页/共68页All Rights Reserved【例5-2】试求图示桁架杆件a的轴力。解:首先,假设FN14=FN,取结点1为隔离体,由 ,得 FN12=FN14=FNllllFP1234a14设FN14=FNFN12=FNFNaFNFNFP5.2静定平面桁架第16页/共68页All Rights Rese
10、rved然后,依次由结点2(属K形结点推广情况)和结点3(属K形结点情况),可判定 FN23=-FN12=-FNFN34=-FN23=FN llllFP1234a14设FN14=FNFN12=FNFNaFNFNFP5.2静定平面桁架第17页/共68页All Rights Reserved再取结点4为隔离体,由 ,得(拉力)llllFP1234a14设FN14=FNFN12=FNFNaFNFNFP5.2静定平面桁架第18页/共68页All Rights Reserved最后,再回到结点1,由 ,得(压力)llllFP1234a14设FN14=FNFN12=FNFNaFNFNFP5.2静定平面桁架
11、第19页/共68页All Rights Reserved上述这种解题方法,为我国学者所提出,习称通路法(或初参数法)。通路法实际上是结点法(或下面将介绍的截面法)再加上一“通路边界的平衡条件”。通路法的具体作法是:1)选择一适当的通路(如本例从1234再回到1),要求回路要通畅,且愈短愈好。先设通路上一杆的轴力为FN。2)由结点法(或截面法)依次求出通路上其它杆的轴力,表为初参数FN的函数。3)最后,由结点平衡或取部分结构的平衡,利用通路边界的平衡条件,求出FN,于是,整个桁架的计算即无困难。5.2静定平面桁架第20页/共68页All Rights Reserved由 ,得1FPFPFPFPA
12、BCDEFGH2m22m2m2m1m1m3FP1.5FP-1.5FP1.5FP1.5FP3FP3FPCFADGFNACFN1Fx1FN2Fx2Fy1Fy25.2静定平面桁架3.求解一个结点同时包含两个位置斜杆内力的简便方法 第21页/共68页All Rights Reserved可由比例关系求得 1FPFPFPFPABCDEFGH2m22m2m2m1m1m3FP1.5FP-1.5FP1.5FP1.5FP3FP3FPCFADGFNACFN1Fx1FN2Fx2Fy1Fy25.2静定平面桁架即第22页/共68页All Rights Reserved5.2.2 截面法截面法是截取桁架一部分(包括两个以
13、上结点)为隔离体,利用平面一般力系的三个平衡条件,求解所截杆件未知轴力的方法。截面法最适用于联合桁架的计算;以及简单桁架中少数指定杆件的内力计算。1.选择适当的截面,以便于计算要求的内力 在分析桁架内力时,如能选择合适的截面、合适的平衡方程及其投影轴或矩心,并将杆件未知轴力在适当的位置进行分解,就可以避免解联立方程,做到一个平衡方程求出一个未知轴力,从而使计算工作得以简化。5.2静定平面桁架第23页/共68页All Rights Reserved解:取-截面左边(或右边)部分为隔离体。可由一个平衡方程解出一个未知力。由 ,可得 12345678910FPFPFPFP2FP2FPabaaaaaa
14、aa1271082FPFPabFPFNaFNbFN8,10FN2,9FN9,10【例5-3】试求图示桁架指定杆件a、b的轴力。5.2静定平面桁架第24页/共68页All Rights Reserved由 ,可得 1271082FPFPabFPFNaFNbFN8,10FN2,9FN9,105.2静定平面桁架12345678910FPFPFPFP2FP2FPabaaaaaaaa第25页/共68页All Rights Reserved2.选择适当的平衡方程,使每个方程中只含一个未知力FPFPFPFPFPFPFPFPFPFAyFAyFAyFAyFByFByaaABCCCABACxyFNaFNa00(矩
15、心)5.2静定平面桁架第26页/共68页All Rights Reserved【例5-4】试求图示桁架指定杆件1、2、3的轴力。解:取截面-左边部分为隔离体,只需注意选择适当矩心,分别列出相应的三个力矩平衡方程,即可求出所截开三杆的未知轴力。FPACF1.5FPGFN1FN2FN3Fx3Fy3D(矩心一)FPAC1.5FPFFN1FN3FN2Fx2Fy2G(矩心二)FPAC1.5FP(矩心三)FN1FN3FN2F5.2静定平面桁架FPFPFPABCDEFGH2m2m2m2m1m1m2131.5FP1.5FP第27页/共68页All Rights Reserved(1)求FN3 在 图b中,由
16、,得 1.5FP4-FP2+Fx32=0 FPACF1.5FPGFN1FN2FN3Fx3Fy3D(矩心一)5.2静定平面桁架a)b)FPFPFPABCDEFGH2m2m2m2m1m1m2131.5FP1.5FP第28页/共68页All Rights Reserved(2)求FN2在图c中,由 ,得 FPAC1.5FPFFN1FN3FN2Fx2Fy2G(矩心二)5.2静定平面桁架a)c)FPFPFPABCDEFGH2m2m2m2m1m1m2131.5FP1.5FP第29页/共68页All Rights Reserved(3)求FN1:在图d中,由 ,得 FPAC1.5FP(矩心三)FN1FN3F
17、N2F5.2静定平面桁架a)d)FPFPFPABCDEFGH2m2m2m2m1m1m2131.5FP1.5FP第30页/共68页All Rights Reserved3.截面法求解联合桁架截面法还常用于计算联合桁架中各简单桁架之间联系杆的轴力。作-截面并取左边(或右边)为隔离体,由 求出FNa。FPFPFPFPFPFPFPFPFAyFAyFByAABCCDEDaFNa(联系杆)5.2静定平面桁架第31页/共68页All Rights Reserved可作一封闭截面-,截取隔离体如图b所示,由可求出FNb;由 ,可求出FNa;由 ,可求出FNc(由于FN1、FN2均成对出现,计算中有关项相互抵消
18、)。FPFPFAyFByABCDabc12FPFByFNbFNaFNcFPFN1FN1FN2FN25.2静定平面桁架a)b)第32页/共68页All Rights Reserved5.2.3 结点法与截面法的联合运用【例5-5】试求图示桁架指定杆件a、b、c的轴力。解:(1)求FNa:取截面-上边部分为隔离体 5.2静定平面桁架FP12abc2m2m2m4m4m3m+-第33页/共68页All Rights Reserved5.2静定平面桁架(2)求FNb:取结点1为隔离体 FP12abc2m2m2m4m4m3m+-第34页/共68页All Rights Reserved5.2静定平面桁架(3
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- 静定 桁架 组合 结构 分析
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