4.3.3静定平面桁架(结点法和截面法的联合应用)
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第1节 静定平面桁架一、桁架的内力计算方法1、结点法取结点为隔离体,建立平衡方程求解的方法,每个结点最多只能含有两个未知力。
该法最适用于计算简单桁架。
根据结点法,可以得出一些结点平衡的特殊情况,能使计算简化:(1)两杆交于一点,若结点无荷载,则两杆的内力都为零(图2-2-1a )。
(2)三杆交于一点,其中两杆共线,若结点无荷载,则第三杆是零杆,而共线的两杆内力大小相等,且性质相同(同为拉力或压力)(图2-2-1b)。
(3)四杆交于一点,其中两两共线,若结点无荷载,则在同一直线上的两杆内力大小相等,且性质相同(图2-2-1c )。
推论,若将其中一杆换成力F P ,则与F P 在同一直线上的杆的内力大小为F P ,性质与F P 相同(图2-2-1d )。
F N3F N3=0F N1=F N2=0F N3=F N4(a)(b)(c)F N4(d)F N3=F PF PN1F F N2F N1F N2F N1F N2F N1F N2F N3F N3F N1=F N2,F N1=F N2,F N1=F N2,图2-2-1(4)对称结构在正对称荷载作用下,对称轴处的“K ”型结点若无外荷载作用,则斜杆为零杆。
例如图2-2-2所示对称轴处与A 点相连的斜杆1、2都是零杆。
1A2F PF PAF PF PBF PF PBA(b)(a)X =0图2-2-2 图2-2-3(5)对称结构在反对称荷载作用下,对称轴处正对称的未知力为零。
如图2-2-3a 中AB 杆为零杆,因为若将结构从对称轴处截断,则AB 杆的力是一组正对称的未知力,根据上述结论可得。
(6)对称结构在反对称荷载作用下,对称轴处的竖杆为零杆。
如图2-2-4a 中AB 杆和B 支座的反力均为零。
其中的道理可以这样理解:将图a 结构取左右两个半结构分析,对中间的杆AB 和支座B 的力,若左半部分为正,则根据反对称,右半部分必定为相同大小的负值,将半结构叠加还原回原结构后正负号叠加,结果即为零。
第五节静定结构的内力分析四、静定平面桁架静定桁架是由若干根直杆在其两端用铰连接而成的静定结构。
在结点荷载作用下,桁架各杆均为只受轴力的二力杆。
静定桁架架内力分析的一般步骤是先求支座反力,再计算杆件内力。
计算杆件内力(轴力)的基本方法是结点法和截面法。
1 .节点法和截面法截取析架的结点为隔离体,利用各结点的静力平衡条件来计算各杆件内力的方法,称为结点法。
对每一结点,可列出两个独立的投影平衡方程进行解算。
桁架计算中的截面法与其他结构计算的截面法原理相同。
截面法截取的隔离体上的各力(包括荷载、反力和杆件轴力)通常组成一个平面任意力系,因此只要未知力不多于三个,就可直接由三个平衡方程求出各未知力。
截面法中的平衡方程可以是力矩方程,也可以是投影方程。
【例 3 一18 】求图3 一47 (a )所示桁架 1 、2 杆的内力。
该桁架是从一个基本铰接三角形ACF 开始,依次增加二元体FGC 、FDC 、GHD 、GED 、HIE 、H 刀E 和IJB 所组成,这种桁架称为简单桁架。
对于简单桁架,在求出支座反力后,如果采用结点法,则按照撤除二元体的顺序依次选取结点(本例可按J , I , B , H , E , G , D , C 顺序取),即可顺利求出所有杆件的内力。
本例只需求两根指定杆件的内力,为简化计算,可以联合应用结点法和截面法。
利用结点法,由结点I 可直接求出腹杆IE 的内力,再由结点 E 可求得1 杆的内力。
有了 1 杆的内力,在该杆所在节间截开,利用截面法可求得 2 杆的内力。
( 1 )求支座反力由整体结构的∑M A=0和∑M B=0 ,可得由∑Y=0校核计算无误。
(2 )求2 杆内力取出结点I (图 3 -47b ),根据∑Y=0,有再取结点E (图3 -47c ),由∑Y=0得(3 )求1 杆内力作截面m-m,并取左半部分为隔离体(图3 -47 d),根据∑Y=0。
有结点法和截面法是析架内力计算的通用方法。
25您的位置:在线学习—>在线教程—>教学内容上一页返回目录下一页3.4 静定平面桁架教学要求掌握静定平面桁架结构的受力特点和结构特点,熟练掌握桁架结构的内力计算方法——结点法、截面法、联合法3.4.1 桁架的特点和组成3.4.1.1 静定平面桁架桁架结构是指若干直杆在两端铰接组成的静定结构。
这种结构形式在桥梁和房屋建筑中应用较为广泛,如南京长江大桥、钢木屋架等。
实际的桁架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的,实际受力情况复杂,要对它们进行精确的分析是困难的。
但根据对桁架的实际工作情况和对桁架进行结构实验的结果表明,由于大多数的常用桁架是由比较细长的杆件所组成,而且承受的荷载大多数都是通过其它杆件传到结点上,这就使得桁架结点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小,接近于铰的作用,结构中所有的杆件在荷载作用下,主要承受轴向力,而弯矩和剪力很小,可以忽略不计。
因此,为了简化计算,在取桁架的计算简图时,作如下三个方面的假定:(1)桁架的结点都是光滑的铰结点。
(2)各杆的轴线都是直线并通过铰的中心。
(3)荷载和支座反力都作用在铰结点上。
通常把符合上述假定条件的桁架称为理想桁架。
3.4.1.2 桁架的受力特点桁架的杆件只在两端受力。
因此,桁架中的所有杆件均为二力杆。
在杆的截面上只有轴力。
3.4.1.3 桁架的分类(1)简单桁架:由基础或一个基本铰接三角形开始,逐次增加二元体所组成的几何不变体。
(图3-14a)(2)联合桁架:由几个简单桁架联合组成的几何不变的铰接体系。
(图3-14b))3-14c复杂桁架:不属于前两类的桁架。
(图)3(.3.4.2 桁架内力计算的方法桁架结构的内力计算方法主要为:结点法、截面法、联合法结点法――适用于计算简单桁架。
截面法――适用于计算联合桁架、简单桁架中少数杆件的计算。
联合法――在解决一些复杂的桁架时,单独应用结点法或截面法往往不能够求解结构的内力,这时需要将这两种方法进行联合应用,从而进行解题。
主题:计算静定平面桁架内力的两种基本方法随着现代建筑工程的发展,计算静定平面桁架内力成为了结构分析中的重要问题。
在计算静定平面桁架内力时,有两种基本的方法,即力法和位移法。
本文将分别介绍这两种方法的基本原理和应用,以及它们的优缺点。
一、力法1. 基本原理力法是通过平衡节点上的受力来计算静定平面桁架内力的一种方法。
在力法中,首先要对整个桁架进行受力分析,确定各个节点上的受力情况,然后根据节点受力的平衡条件,计算出每根构件的内力。
2. 应用力法广泛应用于静定平面桁架内力的计算中。
通过力法可以清晰地了解每根构件受力的情况,对于设计师来说具有很大的实用价值。
3. 优缺点优点:力法计算简单、直观,适用于多种不同类型的静定平面桁架。
缺点:力法在计算过程中需要考虑节点受力平衡的条件,当桁架节点较多时,计算过程较为繁琐,且容易出错。
二、位移法1. 基本原理位移法是通过分析节点的位移来计算静定平面桁架内力的一种方法。
在位移法中,首先需要假设桁架中的某个节点发生位移,然后根据位移引起的构件变形情况,计算出每根构件的内力。
2. 应用位移法在计算静定平面桁架内力时具有一定的优势,特别是在复杂结构的分析中,位移法可以更加直观地反映构件的变形情况,对于设计师来说具有较大的帮助。
3. 优缺点优点:位移法对于复杂结构的分析更加直观,能够清晰地揭示构件的内力分布情况。
缺点:位移法在计算过程中需要假设节点发生位移,这种假设可能与实际情况不符,导致计算结果存在一定误差。
三、综合比较1. 适用范围力法和位移法各有其适用范围,力法适用于简单桁架的受力分析,而位移法适用于复杂结构的受力分析。
2. 精度和准确性在计算静定平面桁架内力时,力法的结果相对准确,而位移法的结果受到假设位移的影响,精度较低。
3. 计算复杂度力法在计算过程中相对简单直观,适用于简单结构的分析;而位移法在复杂结构的分析中可以更加直观地反映构件的变形情况。
四、结论力法和位移法是计算静定平面桁架内力的两种基本方法,各自具有自身的优势和不足。
§3-2 静定平面桁架1. 教学内容和要求本节主要学习静定平面桁架结构的受力特点和结构特点以及桁架结构的内力计算方法——结点法、截面法、联合法。
通过学习,熟练掌握桁架结构计算的方法,能够判断零杆、计算桁架的轴力。
2. 主要内容1. 桁架的结构特点2. 结点法(1)3. 结点法(2)4. 结点法(3)5. 结点法(4)6. 截面法(1)7. 截面法(2)8. 联合法3. 学习指导桁架内力计算中主要是应用平面力系的平衡方程,因此,应正确理解平衡方程的特点和结构的受力特点,最关键的是利用力系的可解条件,从而使问题可解。
学习中应注重理解方法特点,多做练习、分析,从而达到灵活应用。
4. 参考资料《结构力学教程(Ⅰ)》P39~P493.2.1 静定平面桁架的特点1. 静定平面桁架:由若干直杆在两端铰接组成的静定结构。
桁架在工程实际中得到广泛的应用,但是,结构力学中的桁架与实际有差别,主要进行了以下简化:(1)所有结点都是无摩擦的理想铰;(2)各杆的轴线都是直线并通过铰的中心;(3)荷载和支座反力都作用在结点上。
2. 桁架的受力特点桁架的杆件都在两端受轴向力,因此,桁架中的所有杆件均为二力杆。
3. 桁架的分类简单桁架:由一个基本铰接三角形开始,逐次增加二元体所组成的几何不变体。
(图3-11a)联合桁架:由几个简单桁架,按两刚片法则或三刚片法则所组成的几何不变体。
(图3-11b)复杂桁架:不属于前两种的桁架。
(图3-11c)图3-11a图3-11b图3-11c4.桁架内力计算的方法结点法、截面法、联合法。
3.2.2 结点法结点法:截取桁架的一个结点为脱离体计算桁架内力的方法。
结点上的荷载、反力和杆件内力作用线都汇交于一点,组成了平面汇交力系,因此,结点法是利用平面汇交力系求解内力的。
※结点平衡的特殊情,常见的以下几种情况可使计算简化:图3-12a1图3-12a2图3-12b 1.零杆的判定:(1)不共线的两杆结点,当无荷载作用时,则两杆内力为零(图3-12a1),N1=N2=0。
3.4 静定平面桁架教学要求掌握静定平面桁架结构的受力特点和结构特点,熟练掌握桁架结构的内力计算方法——结点法、截面法、联合法3.4.1 桁架的特点和组成3.4.1.1 静定平面桁架桁架结构是指若干直杆在两端铰接组成的静定结构。
这种结构形式在桥梁和房屋建筑中应用较为广泛,如南京长江大桥、钢木屋架等。
实际的桁架结构形式和各杆件之间的联结以及所用的材料是多种多样的,实际受力情况复杂,要对它们进行精确的分析是困难的。
但根据对桁架的实际工作情况和对桁架进行结构实验的结果表明,由于大多数的常用桁架是由比较细长的杆件所组成,而且承受的荷载大多数都是通过其它杆件传到结点上,这就使得桁架结点的刚性对杆件内力的影响可以大大的减小,接近于铰的作用,结构中所有的杆件在荷载作用下,主要承受轴向力,而弯矩和剪力很小,可以忽略不计。
因此,为了简化计算,在取桁架的计算简图时,作如下三个方面的假定:(1)桁架的结点都是光滑的铰结点。
(2)各杆的轴线都是直线并通过铰的中心。
(3)荷载和支座反力都作用在铰结点上。
通常把符合上述假定条件的桁架称为理想桁架。
3.4.1.2 桁架的受力特点桁架的杆件只在两端受力。
因此,桁架中的所有杆件均为二力杆。
在杆的截面上只有轴力。
3.4.1.3 桁架的分类(1)简单桁架:由基础或一个基本铰接三角形开始,逐次增加二元体所组成的几何不变体。
(图3-14a)(2)联合桁架:由几个简单桁架联合组成的几何不变的铰接体系。
(图3-14b)(3)复杂桁架:不属于前两类的桁架。
(图3-14c )3.4.2桁架内力计算的方法桁架结构的内力计算方法主要为:结点法、截面法、联合法结点法一一适用于计算简单桁架。
截面法一一适用于计算联合桁架、简单桁架中少数杆件的计算。
联合法——在解决一些复杂的桁架时,单独应用结点法或截面法往往不能够求解结构的内力,这时需要将这两种方法进行联合应用,从而进行解题。
解题的关键是从几何构造分析着手,利用结点单杆、截面单杆的特点,使问题可解。
大连理工大学大工21秋《工程力学(一)》在线作业3-000011.桁架的各杆都是只承受()的二力杆。
A.轴力B.剪力C.弯矩D.约束反力第1题正确答案:A2.位移法的基本未知量是()。
A.支座反力B.杆端弯矩C.独立结点位移D.多余未知力第2题正确答案:C3.计算静定多跨梁时,计算次序为()。
A.先计算基本部分后计算附属部分B.先计算附属部分后计算基本部分C.无固定计算顺序D.以上均不对第3题正确答案:B4.拱的轴线为曲线,在竖向荷载下支座会产生()。
A.水平推力B.弯矩C.竖向推力D.以上都不对第4题正确答案:A5.温度变化时,静定结构()。
A.无位移,无内力B.有位移,无内力C.有位移,有内力D.无位移,有内力第5题正确答案:B6.按作用时间的久暂,荷载可分为()。
A.恒载和活载B.集中荷载和分布荷载C.静力荷载和动力荷载D.直接荷载与间接荷载第6题正确答案:A7.互等定理由变形体的虚功原理得到,只适用于()。
A.大变形B.线弹性阶段的小变形C.大变形和小变形D.以上都不对第7题正确答案:B8.对称结构作用反对称力时,结构的剪力图是()的,弯矩图示()的。
A.对称,反对称B.对称,对称C.反对称,对称D.反对称,反对称第8题正确答案:A9.静定平面桁架内力的求解方法通常有()。
A.结点法B.截面法C.结点法和截面法的联合应用D.叠加法第9题正确答案:ABC10.平面体系几何组成分析的目的包括()。
A.判别某一体系是否几何不变。
B.确定某一体系能否作为结构。
C.研究几何不变体系的组成规律,从而设计出各种合理结构。
D.判断结构是静定的还是超静定的,以便选择合适的计算方法。
第10题正确答案:ABCD11.结构中杆件相互连接的部分称为结点。
其中,刚结点的特点有()。
A.相互连接的杆件在连接处不能相对移动和相对转动B.各杆端结为整体C.可传递力D.可传递力矩第11题正确答案:ABCD12.塑性材料的梁许用拉应力等于许用压应力,故宜采用中性轴为对称轴的截面,如()。