第八讲 静定桁架的内力分析
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图1 屋架节点荷载的计算桁架的内力计算当桁架只受节点荷载时,其杆件内力一般按节点荷载作用下的铰接桁架计算。
这样,所有杆件都是轴心受压或轴心受拉杆件,不承受弯矩。
具体计算可用数解法(节点法或截面法)、图解法(主要是节点法)、图解法(主要是节点法)、计算机法(常用有限元位移法)等。
实际桁架节点为焊缝、铆钉或螺栓连接,具有很大的刚性,接近于刚接。
按刚接节点分析桁架时,各杆件将既受力又受弯矩。
但是,通常钢桁架中各杆件截面的高度都较小,仅为其长度的1/15(腹杆)和1/10(弦杆)以下,抗弯刚度较小;因而按刚接桁架算得的杆件弯矩M 常较小,且杆件轴心力N 也与桁架计算结果相差很小。
故一般情况都按铰接桁架计算。
对少数荷载较大的重型桁架,例如铁路桥梁等,当杆件截面高度超过其长度的1/10时,次应力份额逐渐增大,可达10~30%或以上,必要时应作计算。
目前用计算机计算刚接桁架已无困难。
据上所述,檩条或大型屋面板等集中荷载只作用在屋架节点处时,可按铰接桁架承受节点荷载计算杆件内力,例如图1。
这时节点荷载值即为檩条或边肋处的集中荷载值,按式上一小节公式,即:100011122F qA qbd d F qA qb d d d F qA qb == ==++== 来计算。
该图中檐口檩条集中荷载F 0在桁架计算时可归并入F 1内(或端节间按伸臂梁而将F 0(1+d 1/ d )并入F 1,-F 0 d 1/d 并入第二节点F );另外在计算上弦杆的支座截面时,除考虑轴心压力外还考虑偏心弯矩M e =F 0 d 1。
当檩条或屋面板等布置未与屋架节点相配合,屋面板没有边肋而是全宽度支图2 承受节间荷载的屋架 承于屋架上弦(上弦均布荷载)、或其它特殊情况时,桁架将受节间荷载,例如图1。
这时桁架内力计算可按下列近似方法:(1)把所有节间内荷载按该段节间为简支的支座反力关系分配到相邻两个节点上作为节点荷载,据此按铰接桁架计算杆件的轴心力。
5.2 《结构力学》静定桁架和组合结构的内力分析-知识点归纳总结一、桁架按几何组成特征分类(1)简单桁架:由基础或一个基本铰结三角形依次增加二元体形成;(2)联合桁架:由几个简单桁架按几何不变体系的几何组成规则形成;(3)复杂桁架:不是按简单桁架或联合桁架几何组成方式形成。
二、桁架计算的结点法1、取隔离体截取桁架结点为隔离体,作用于结点上的各力(包括外荷载、反力和杆件轴力)组成平面汇交力系,存在两个独立的平衡方程,可解出两个未知杆轴力。
采用结点法计算桁架时,一般从内力未知的杆不超过两个的结点开始依次计算。
计算时,要注意斜杆轴力与其投影分力之间的关系(图1):图1式中,为杆件长度,和分别为杆件在两个垂直方向的投影长度;为杆件轴力,和分别为轴力在两个相互垂直方向的投影分量。
结点法一般适用于求简单桁架中所有杆件轴力。
2、特殊杆件(如零杆、等力杆等)的判断L 形结点(图2a ):呈L 形汇交的两杆结点没有外荷载作用时两杆均为零杆。
T 形结点(图2b ):呈T 形汇交的三杆结点没有外荷载作用时,不共线的第三杆必为零杆,而共线的两杆内力相等且正负号相同(同为拉力或同为压力)。
X 形结点(图2c ):呈X 形汇交的四杆结点没有外荷载作用时,彼此共线的杆件轴力两两相等且符号相同。
K 形结点(图2d ):呈K 形汇交的四杆结点,其中两杆共线,而另外两杆在共线杆同侧且夹角相等。
若结点上没有外荷载作用,则不共线杆件的轴力大小相等但符号相反(即一杆为拉力另一杆为压力)。
Y 形结点(图2e ):呈Y 形汇交的三杆结点,其中两杆分别在第三杆的两侧且夹角相等。
若结点上没有与第三杆轴线方向倾斜的外荷载作用,则该两杆内力大小相等且符号相同。
对称桁架在正对称荷载下,在对称轴两侧的对称位置上的杆件,应有大小相等、性质相y N x x yF F F l l l ==l x l y l N F x F y F同(同为拉杆或压杆)的轴力;在反对称荷载下,在对称轴两侧的对称位置上的杆件,应有大小相等、性质相反(一拉杆一压杆)的轴力。
静定桁架结构的内力分析——典型例题【例1】求如图1(a)所示桁架中所有杆件的轴力。
图1【解】(1)取截面Ⅰ-Ⅰ以右部分作研究,由有:,解得:从而有:(2)再依次由结点8、4、3、7、6、5、1的平衡条件,求得其它杆轴力,如图1(b)所示。
【例2】求如图2所示桁架中杆件a 、b 的轴力。
图2【解】经几何组成分析,此结构为三铰桁架。
(1)求支座反力取铰7右边部分为隔离体分析,由有:10M =∑89230x F d F d F d ⨯-⨯-⨯=892x F F=892)3N F F d ==拉力70M =∑22x y F F =由整体平衡条件有:从而有: , 再分别由整体平衡条件、有:, (2)作截面Ⅰ-Ⅰ,取左边作为隔离体研究,由得:(3)作截面Ⅱ-Ⅱ,取右边作为隔离体研究,由有:,解得: 从而得:。
【例3】求如图3所示桁架中杆件a 、b 的轴力。
图3【解】经几何组成分析,此结构为主从结构,截面Ⅰ-Ⅰ左边为附属部分,右边为基本部分。
杆件58、78为零杆。
(1)作截面Ⅰ-Ⅰ,取左边作为隔离体研究,由得:10M =∑2224x y F d F d F d ⨯+⨯=⨯()223x F F =←()223y F F =↑0x F =∑0y F =∑()123x F F =→()113y F F =↑0y F =∑()13Na F F =-压力80M =∑222xb x y F d F d F d ⨯+⨯=⨯23xb F F =-()Nb F =压力0y F =∑()1V F F =↑由整体平衡条件得 ,由有 (2)作截面Ⅱ-Ⅱ,取右边作为隔离体研究研究 由有:,从而得: 由有:,从而得:【例4】求如图5-7所示桁架中杆件a 、b 的轴力。
图4【解】(1)取截面Ⅰ-Ⅰ以上部分为隔离体分析,由有:,从而得:(2)取截面Ⅱ-Ⅱ以左部分为隔离体,由有:,从而得:【例5】求如图5(a)所示桁架中杆件a 、b 的轴力。