朱慈勉结构力学第三章静定结构ppt课件.ppt
结构力学,STRUCTURAL MECHANICS,基本要求掌握结构的支座反力的计算，结构的剪力和轴力计算的两种方法，内力图的形状特征和绘制内力图的叠加法。熟练掌握弯矩图绘制，能迅速绘制弯矩图。理解恰当选取脱离体和平衡方程计算静定结构内力的方法与技巧。会根据几何组成寻找求解途径。,Chapter 3 Statically Determinate Structure,截面内力计算多跨静定梁内力图静定刚架内力图静定平面桁架内力图组合结构三铰拱计算静定结构总论,第3章 静定结构的受力分析,回顾和补充,材料力学内容回顾,杆件内力分析要点：,内力正负号规定：,结构力学与材料力学内力规定的异同,轴力和剪力的正负号规定与材料力学相同,内力符号脚标有其特定的意义。如MAB表明AB杆的A端弯矩,结构力学弯矩图画在受拉纤维一侧,5/54,4.3 剪力方程和弯矩方程 剪力图和弯矩图,【例4-2】,图示简支梁受均布载荷q作用，求(1)剪力方程和弯矩方程；(2)画剪力图和弯矩图。,解,(1)求约束力,(2)列剪力方程和弯矩方程,(3)画出剪力图和弯矩图,剪力图 斜直线 弯矩图二次抛物线,求内力的基本方法：,截面法（截取隔离体；代之相应截面内力；利用平衡方程求解）,内力的叠加与分解：,假设：材料满足线弹性、小变形。,截开、代替、平衡,例：求截面1、截面2的内力,FN2=50,FN1=1410.707=100kN,FQ1=,M1=125,(下拉）,=50kN,141cos45o,=812.5kNm,+1410.70710,505,5/25,FQ2=141sin45100kN,M2,5m,5m,5m,5m,2,1,5kN/m,50kN,141kN,125kN.m,M2375kN.m（左拉）,45,505,125,1410.7075,375kN.m,+55,1410.707,=25kN,50,1,2,9/54,4.4 载荷、剪力和弯矩之间的关系,4.4.1 分布载荷、剪力和弯矩的微积分关系,如图所示受任意载荷的直梁,建立坐标系,取其中一微段 dx q(x)为连续函数，规定向上为正,将该微段取出，加以受力分析,10/54,4.4 载荷、剪力和弯矩之间的关系,4.4.1 分布载荷、剪力和弯矩的微积分关系,由（1）式可得:,（2）式中略去高阶微量,注意 在集中力和集中力偶作用处微分关系不成立,11/54,4.4 载荷、剪力和弯矩之间的关系,4.4.1 分布载荷、剪力和弯矩的微积分关系,剪力图上某点的斜率等于分布载荷的数值,弯矩图上某点的斜率等于剪力的数值,在剪力图无突变(无集中力作用)的某段梁上，有,在弯矩图无突变(无集中外力偶作用)的某段梁上，有,上述积分关系有时可简化控制截面的内力计算。,q图的面积,Fs图的面积,12/54,4.4 载荷、剪力和弯矩之间的关系,4.4.1 分布载荷、剪力和弯矩的微积分关系,若q(x)为常数，则可根据这些关系得到如下表格,微分关系给出了内力图的形状特征,1）微分关系,qy向下为正,荷载与内力之间的关系：,N=FX,Q=Fy,增量关系说明了内力图的突变特征,2）增量关系,M=m,3）积分关系,由微分关系可得,右端剪力等于左端剪力减去该段qy的合力；右端弯矩等于左端弯矩加上该段剪力图的面积。,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,Q=0区段M图 平行于轴线,Q图,M图,备注,二次抛物线凸向即q指向,Q=0处，M达到极值,发生突变,P,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,发生突变,两直线平行,m,集中力偶作用面弯矩无定义,零、平、斜、抛,q、Q、M,q、Q、M,q、Q、M,q、Q、M,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3章 静定结构,3-1 概述,按几何构造特点求解几何构造形式简单的静定结构比较容易求解，如：,又如：,第3章 静定结构,3-1 概述,按几何构造特点求解,几何构造形式简单的静定结构比较容易求解，如：,有些静定结构的几何构造可区分为基本部分和附属部分由附属部分向基本部分推进,组成静定结构的构件主要有二力杆和受弯杆。二力杆仅承受 轴向力的作用；受弯杆一般同时承受弯矩、剪力和轴力的作用。,如何求解？从构建联结、制作特征找突破,先对整体取矩M(,)，再对局部取矩M(,),3-2 静定梁和静定平面刚架,单跨静定梁：,简支梁,伸臂梁,悬臂梁,一端为滑动支座，一端为简支的梁,多跨静定梁：,多跨静定梁：,静定刚架：,3-2-1 刚架式杆件的内力以及与荷载的关系,内力正负号规定：,轴力以拉力为正，压力为负；,剪力以使微段隔离体顺时针方向转动为正，逆时针方向转动为负；,弯矩的正负号不作硬性规定，弯矩图应画在 受拉一侧。,3-2-1 刚架式杆件的内力以及与荷载的关系,应用静力平衡条件，并略去高阶微量，可 得以下关系式：,由这些微分关系可知：,由这些微分关系可知：,在无横向荷载(qy=0)的区段，杆件剪力保持为常数,对应的剪 力图形为与杆件轴线平行的直线,弯矩图形为倾斜的直线，其 斜率就等于杆中的剪力。,在杆件剪力为零处,弯矩图的切线与杆件轴线平行,此时弯矩取 得极值;在无剪力的区段,杆件的弯矩保持为常数,对应的弯矩 图为与杆件轴线平行的直线。,在有横向均布荷载的区段,剪力图为倾斜的直线,弯矩图为二次 抛物线。,在无轴向荷载(qx=0)的区段,杆件的轴力保持为常数;在有轴向 均布荷载的区段,轴力图为倾斜直线。,例如：,区段叠加法做弯矩图,熟记简支梁弯矩图,1）简支梁情况,几点注意：弯矩图叠加，是指竖标相加，而不是指图形的拼合，竖标M，如同M、M一样垂直杆轴AB，而不是垂直虚线。利用叠加法绘制弯矩图可以少求一些控制截面的弯矩值，少求甚至不求支座反力。而且对以后利用图乘法求位移，也提供了把复杂图形分解为简单图形的方法。,做法：,注意:合成内力图是竖标相加,不是图形的简单拼合。,2）直杆情况,1、首先求出两杆端弯矩，连一虚线；2、然后以该虚线为基 线，叠加上简支梁在跨间荷载作用下的弯矩图。,对于任意直杆段，不论其内力是静定的还是超静定的；不论是等截面杆或是变截面杆；不论该杆段内各相邻截面间是连续的还是定向联结还是铰联结弯矩叠加法均适用。,4kNm,4kNm,4kNm,2kNm,4kNm,4kNm,6kNm,4kNm,2kNm,（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,分析步骤,确定控制点,分析各段内力图走势（利用微分关系）,求控制截面内力,绘控制截面间内力图（弯矩图、剪力图）,确定弯矩最大点位置及最大值,M0,ql2/2,ql2/4,ql2/8,qL,qL,M图,Q图,ql2/4,M 图(kN.m),55,5,D,F,1m,16kN.m,1m,2m,2m,1m,Q图（kN）,7,36.1,H,M图（kN.m）,D,F,1m,16kN.m,1m,2m,2m,1m,Q图（kN）,7,36.1,H,CE段中点D的弯矩MD=28+8=36kN.m，并不是梁中最大弯矩，梁中最大弯矩在H点。Mmax=MH=36.1kN.m。,均布荷载区段的中点弯矩与该段内的最大弯矩,一般相差不大,故常用中点弯矩作为最大弯矩！,M图（kN.m）,由 QH=QCqx=0 可得：xQC/q9/42.25(m)MHMC+(CH段Q图的面积）26+92.25236.1（kN.m),力偶不影响剪力,不可简称K截面剪力,斜率相等,剪力等于零处弯矩为极值点,相切,x=17/8,46.0625,5,斜率相等,不相切,简支斜梁计算,3-2-2 静定梁,斜梁,由整体平衡：,由分离体平衡可得：,斜梁与相应的水平梁相比反力相同，对应截面弯矩相同，斜梁的轴力和剪力是水平梁的剪力的两个投影。,0,MB,MA,ql2/8,斜梁的弯矩图也可用叠加法绘制，但叠加的是相应水平简支梁的弯矩图，竖标要垂直轴线。,3-2-2 静定梁,q为沿梁水平投影长度 上均布荷载的集度,在 工程上对应如屋面活载、楼梯活载和积雪荷载等以水平投影面积计算的均布荷载。,q为沿梁自身长度上均布荷载的集度,在 工程上对应如结构自重、装饰重量等均布荷载。,均布荷载q垂直于杆 件轴线,在工程上对 应如流体压力形成 的均布荷载。,其内力可由以下隔离体的平衡条件求得：,3-2-2 静定梁,3-2-2 静定梁,3-2-2 静定梁,例3-1 绘制图示多跨静定梁的内力图。,例3-1 绘制图示多跨静定梁的内力图。,例3-2 绘制图示多跨静定梁的弯矩图。,3-2-3 静定刚架,刚架内力的计算应遵循先附属部分,后基本部分的顺序进行。,例3-3 绘制图示刚架的内力图。,解：求支座反力；,求各杆端内力；,BE杆端：,BA杆端：,BC杆：,由结点B的力矩平衡条件以及杆件 剪力为零的条件可得：,斜杆CD：,例3-4 绘制图示刚架的弯矩图。,例3-5 绘制图示刚架的弯矩图。,解：D支座处无水平反力。,几何构造分析：,其几何构造和求解方法与图3-2 所示三铰刚架相同。,分别截取刚片AEC和BFC为隔离体：,M(,)0,M(,)0,将以上两个方程联立求解，得：,由此可求得各支座反力：,对复杂刚架，例如：,可先假设C支座的未知反力为X,在根据局部或整体的平衡条件,将各支座反力和铰联结中的相关约束力用X来表示,如图b所示。,最后以刚架整体作为隔离体,按力矩平衡方程MA=0,有：,解得：,
