梁的剪力方程和弯矩方程常用弯矩图
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梁的剪力方程和弯矩方程常用弯矩图Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】5-7.试列出下列梁的剪力方程和弯矩方程,并画出剪力图和弯矩图。
解:首先求出支座反力。
考虑梁的整体平衡 由 0,0=+⋅=∑e RA B M l F M 得lM F eRA -= 由 0,0=-⋅=∑e RB A M l F M 得 lM F eRB= 则距左端为x 的任一横截面上的剪力和剪力图 弯矩表达式为:()l M F x F eRA S -== ()x lM x F x M eRA ⋅-=⋅= 剪力方程为常数,表明剪图应是一条平行梁轴线的直线;弯矩方程是x 的一次函数,表明弯矩图是一条斜直线。
(如图) 解:首先求出支座反力。
考虑梁的平衡由 0452,0=⋅⋅-⋅=∑l l q l F M RB c得 ql F RB 85=由 021,02=+⋅=∑ql l F M RC B得 ql F RC 21-=则相应的剪力方程和弯矩方程为:AB 段:(201l x ≤≤) 剪力BC段:(2322lxl≤≤)AB段剪力方程为x1的一次函数,弯矩方程为x1的二次函数,因此AB段的剪力图为斜直线,弯矩图为二次抛物线;BC段剪力方程为常数,弯矩方程为x2的一次函数,所以BC 段剪力图为平行梁轴线的水平线段,弯矩图为斜直线。
(如图)5-9 用简便方法画下列各梁的剪力图和弯矩图。
解:由梁的平衡求出支座反力:AB段作用有均布荷载,所以AB段的剪力图为下倾直线,弯矩图为下凹二次抛物线;BC段没有荷载作用,所以BC段的剪力图为平行梁轴线的水平线段,弯矩图为直线。
在B支座处,剪力图有突变,突变值大小等于集中力(支座反力F RB)的大小;弯矩图有转折,转折方向与集中力方向一致。
(如图)(5)解:由梁的平衡求出支座反力:KNFKNFRBRA5.6,5.3==AB 与BC 段没有外载作用,所以AB 、BC 段的剪力图为平行梁轴线的水平线段,弯矩图为直线;CD 段作用均布荷载,所以CD 段的剪力图为下倾直线,弯矩图为下凹二次抛物线。
5.4.1 梁的剪力、弯矩方程和剪力、弯矩图梁在外力作用下,各个截面上的剪力和弯矩一般是不相等的。
若以横坐标表示横截面沿梁轴线的位置,则剪力Q 和弯矩M 可以表示为坐标的函数,即它们分别称为梁的剪力方程和弯矩方程。
与绘制轴力图或扭矩图一样,可用图线表明梁的各截面上剪力和弯矩沿梁轴线的变化情况。
作图时,取平行于梁轴线的直线为横坐标轴,值表示各截面的位置;以纵坐标表示相应截面上的剪力、弯矩的大小及其正负,这种表示梁在各截面上剪力和弯矩的图形,称为剪力图和弯矩图。
例5-1 简支梁AB 承受承受均布荷载作用,如图 5 - 10a 所示。
试列出剪力方程和弯矩方程,并绘制剪力图和弯矩图。
图5-10解:(1) 计算支反力以整梁为研究对象,利用平衡条件计算支反力。
由于简支梁上的载荷对于跨度中央截面是对称的,所以 A 、 B 两端的支反力应相等,即(1)方向如图。
(2) 建立剪力、弯矩方程以梁左端A 为的坐标原点,取坐标为的任意横截面的左侧梁段为研究对象。
设截面上的剪力Q () 、弯矩M () 皆为正,如图5-10b 所示。
由平衡方程将(1) 式代入上面两式,解得( 2 )( 3 )(2) 、(3) 两式分别为剪力方程和弯矩方程。
(3) 绘制剪力图、弯矩图由式(2) 可知,剪力图为一直线。
只需算出任意两个截面的剪力值,如A 、B 两截面的剪力,即可作出剪力图,如图5 - 10c 所示。
由式(3) 可知,弯矩图为一抛物线,需要算出多个截面的弯矩值,才能作出曲线。
例如计算下列五个截面的弯矩值:当时, M =0 ;当时,;当时,。
由此作出的弯矩图,如图5-10d 所示。
由剪力图和弯矩图可知,在靠近A 、B 支座的横截面上剪力的绝对值最大,其值为在梁的中央截面上,剪力Q =0 ,弯矩为最大,其值为例5-2 简支梁AB 承受集中力偶M0作用,如图 5 - 11a 所示。
试作梁的剪力图、弯矩图。
图5-11解:(1) 计算支反力由平衡方程分别算得支反力为反力R A的方向如图,R B为负值,表示其方向与图 5 - 11a 中假设的方向相反。
静定梁的弯矩、剪力
静定梁有三种形式:简支梁、悬臂梁、外伸梁。
这三种梁的支座反力和弯矩、剪力只要建立平衡方程,就可以求解。
图 1.5.1左右两列分别是简支梁在均布荷载和集中荷载作用下的计算简图、弯矩图和剪力图。
图1.5.2左右两列分别是简支梁在2个对称集中荷载作用和一个非居中集中荷载作用下的计算简图、弯矩图和剪力图。
图1.5.3左右两列分别是悬臂梁在均布荷载作用和一个端点集中荷载作用下的计算简图、弯矩图和剪力图。
图1.5.4左右两列分别是外伸梁在集中荷载均布荷载作用和均布荷载作用下的计算简图、弯
矩图和剪力图。
从图1.5.1~图1.5.4,我们看到,正确的弯矩图和正确的剪力图之间有如下对应关系:每个区段从左到右,弯矩下坡,剪力为正;弯矩上坡,剪力为负;弯矩为水平线时,对应区段的剪力为零;在均布荷载作用下,剪力为零所对应的截面,弯矩最大;在集中荷载作用下,弯矩最大值一般在集中荷载作用点,该点的剪力有突变,突变的绝对值之和等于集中荷载的大小。
如果不满足这个对应关系,那么弯矩图和剪力图必有一个画错了,或者两个全不对。
多跨连续梁是超静定梁,单单用平衡方程不能求解,还需要“变形协调条件”才能解联立方程进行求解。
图1.5.5是某多跨连续梁在均布荷载力作用下的变形简图、受力钢筋配置区域和弯矩图示意图。
负弯矩表示截面的上翼缘受拉、下翼缘受压;正弯矩表示截面下翼缘受拉、上翼缘受压;反弯点截面,该点弯矩等于零,在这个截面,上下截面既不受压,也不受拉。
梁的剪力和弯矩 剪力图和弯矩图1、 剪力和弯矩剪力:沿截面切线方向的内力F S 称为剪力,剪力符号规定为:截面上的剪力如果有使考虑的脱离体有顺时针转动的趋势则为正,反之为负(图9-2)。
弯矩:作用面垂直于横截面的内力偶矩M 称为弯矩,弯矩符号规定为截面上的弯矩如果使考虑的脱离体向下凸(或者说使梁下边受拉,上边受压)为正,反之为负(图9-3)。
2、 列方程作梁的剪力图和弯矩图。
剪力方程和弯矩方程可以表示剪力和弯矩随横截面位置变化的规律。
)(S S x F F =和 )(x M M = (9-1)剪力图和弯矩图是将剪力和弯矩随横截面位置变化情况用图形表示出来。
在载荷无突变的一段杆的各截面上内力按相同的规律变化,各段的分界点为各段梁的控制截面,必须分段列出梁的剪力方程和弯矩方程。
列方程作梁的剪力图和弯矩图的步骤为:(1)、求支座反力; (2)、确定坐标原点,分段列剪力方程和弯矩方程; (3)、计算控制点处的剪力值和弯矩值,标注在图上; (4)、根据各段的剪力方程和弯矩方程作剪力图和弯矩图,并说明剪力和弯矩的最大值。
3、利用弯矩、剪力、荷载集度之间的关系作梁的剪力图和弯矩图。
弯矩、剪力、荷载集度之间的微分关系为)(d )(d S x q x x F =, )(d )(d S x F x x M =,)(d )(d 22x q x x M = (9−2) 剪力图和弯矩图的规律为表9−1梁上的外力情况 剪力图上的特征弯矩图上的特征弯矩极值所在截面的可能位置水平线段直线段FF FF(a)(b)图9−2MMMM(a)(b)图9−3无外力段 ()()0d d S ==x q xx F ()()常数d d S ==x F xx M q (x )=常数向下的均布荷载 向下方倾斜的直线段()()0d d S <=x q xx F 下凸的二次抛物线()()0d d 22<=x q xx M 在F S =0的截面上q (x )=常数向上的均布荷载 向上方倾斜的直线段()()0d d S >=x q xx F 上凸的二次抛物线()()0d d 22>=x q x x M 在F S =0的截面上F 作用处发生突变,突变值等于FF 作用处发生转折在左右剪力具有不同正负号的截面上集中力偶在M e 作用处无变化M e 作用处发生突变,突变值等于M e在紧靠集中力偶作用处的某一侧截面上利用弯矩、剪力、荷载集度之间的关系作梁的剪力图和弯矩图的步骤为: (1)、求支座反力; (2)、计算控制点处的剪力值和弯矩值,标注在图上; (3)、根据弯矩、剪力、荷载集度之间的关系作剪力图和弯矩图,并标出剪力和弯矩的最大值。
5-7.试列出下列梁的画力方程和弯拒方程,并ntuw 力图和弯拒图。
解:首先求出支座反力。
考虑梁的整休平何由 £M fi =0, Fg/ + M<,=o由工M 「0, F 加/-M 严0则距左端为X 的任一横截面上的剪力和 弯葩表达式为:两力方程为常数,表明囲图应是一条平行梁轴线的直线;弯矩方程是X 的一次函 数,表明弯矩图是一条斜直线。
(如图)解:首先求岀支座反力。
考虑梁的平衡由工瓯=0,你小-“£心0 得F RB =討由》%=0,甩./ + *厂=0 得 F RC = - * qi则相应的画力方程和弯犯方程为:©M./1兀⑴=F RA = --—•X剪力图0」25g/8KN.M6.4KN.M弯矩图解:由梁的平求出支座反力:梯=8KN, F42KNAB段作用有均布荷裁,所以AB I?的剪力图为下颐直线,弯矩图为下凹二次I!物线;BC段没有荷教作用,所以BCI3的卿力图为平行梁轴线的水平线段,弯矩图为直线。
在B支座处,卿力图有突变,AB段:心是)心(“)=一处BC段:(*弓)集(小¥-如qiTAB段剪力方程为冷的一次函数,弯矩方程为冷的二次函数,因lit ABH的卿力图为斜直线,弯矩图为二次枢物线;BC段卿力方程为常数,弯拒方程为X2的一次函数,所以BC段勢力图为平行梁轴线的水平线fL弯葩图为斜直线。
(如图)5-9用简便方法画下列各梁的卿力图和弯葩图。
A/ (x2) = -q ・—・ x2(2 ) g=5KN/m Mr =8KN.mF RA4m F RB 2m解:由梁的平求岀支座反力:匚=3.5KN, F KB = 6.5KNAB 与BC 段没有外载作用,所 以AB 、BCB 的勇力图为平行 梁轴线的水平线段,弯矩图为 直线;CD 段作用均布荷载, 所以CD 段的卿力图为下颐直 线,弯拒图为下凹二次拋物 线。
在B 处,剪力图有突变,突变5)反力F RB )的大小;弯矩图有 转折,转折方向习集中力方向 一致。
(如图)F=2K Ng = 4 kN / m值大小等于集中力F的大小;弯矩图有转折,转折方向习集中力方向一致。
(如图)解:ABK作用有均布荷教(方向向下),所KABg的剪力图为下Mi 直线,弯葩图为下凹二次拋物线;BC 段作用有均布荷载(方向向上),所以BC段的剪力图为上偵貞线,弯葩图为5.14试用叠加法画下列各梁的弯拒图。
上(J直Mo( SO图)(1)F=10KN3m 3m 6KN.m(4)F 二0・25ql弯矩图F 二0・25ql0.51 0.51 0.51-< -------- < ------------ ►■<------- ►0.51,°・5/ .「0 51 .^0.125ql20.0625qP弯矩图題里:计尊題題目:试作图所示悬胃梁AB的可力图和弯拒图。
[爾]1、列阿力方程和弯拒方程皿坐廉原点与梁左竭点A对应。
选取血梁左竭虑A为*的什一0(而,如图(a)所示,以该啟面左障梁段上的外力,写良截面上的冏力和弯呃表il it,即可福到梁AB的西力方椁和弯拒方棺为列工)二-P(0 <x<l)Mg 二-& (OH)上而两it后的牯号,表明方程适用围。
由干戲面A,B?t有集中力作用,也具可力为不定讀,第一It的适用围为(° <X<1\由干啟面B有集中力岡作用,叫其弯拒也片不定憤,弟二贰的诚用国(0<x</)关于这个间題,待后而作进一步说明。
2、作啤力图和弯矩图9?力方棺表明,梁各截面上的科力M相等,因lit坍力图陋是一条平打干廉轴的育线。
取肓角坐标系x—兔,同出梁的鸭力图片一水平盲鼓。
S 各HI散面的何力力负値,故画在磺轴下面,血图(b ) Bi示。
弯距方棺表明,弯拒M是*的一次因数,困此弯距图应是一条倾斜直毀。
可以确定其上两点,S = 0 it , M = 0;在nL处(应理舗为*略爪干L处),M = PL O取言怖坐廉系0涮,表示弯拒的级坐标从陶卞刃正,冋出梁的弯拒图,eu @ (C )«示。
由图可见,最大弯拒发牛在固定端B#j|g左的横啟而上,其値片當见冋題體2題里:廿耳起題目:试作图(a)所示筒支梁AB的艸力图和弯矩图。
9【瞬]1、求支用反力由梁的平葡方棺,可求傅支A.B两处的反力为R A=R B=醫2、列舅力疗程和弯拒冇棺取坐廉黒虑与梁左端点A対国。
列出梁AB的坍力方相和弯拒方程为响二"牡二”_旷(0<2)M⑴二R A X-存2 二号x-新(0 g °3、ft舅力图和弯拒图9?力方椁表明,剪力耳是X的一次因散,坍力图应是一条做斜肓找。
S lit ,只更确定其上两点,即可绘出孩梁的卯力图。
在兀二。
处(应理辭片真=-ql巧二--ql尤昭大干0), 2 ;兀二/处(应理餡片*略小干/ ), 2 。
冋岀梁的何力图,血图(b)两示。
由阴力因可见,,该梁负大剪力发生在支疥fl 的柜截而上,其値为弯距方棺表明,弯拒M 是*的二次函数,弯矩图应是一条他物找。
Q 此,只要确定其上三f 点,即可绘111垓梁的弯矩图。
在^ = °5b , M = 0; K X=1x = —I51: , M = o ; fi 2 处,见,垓梁罠大弯拒发生在梁的跨中截面处,s ot a 而上可力为專。
阳见冋體體3 題里:汁第超題目:试作图G)所示商支梁AB 的列力图和弯拒图。
汽3AAA、 、【解]1、求支疥瓦力 由梁的"力平新方程, ^=T^=T2、列9?力方f?和弯矩当作用在梁上的外力不连续时,通阳不能的一个方程描述全梁的聊力(I M = -qlxL--q _ 2 2 2⑵2=v8画出弯拒图, m 图6-1 2(c)障示。
由弯迪图可可求借支ff A,B 两处的反力为或弯矩,必须分段研究。
S 15 M 8中,集中力P 把梁分AC 和CB 两目, 这两段粱的何力方程栩弯矩方椁分别为AC 段:pb巧(心)二匕二丁(0 5 ―)M (xJ 二出x 二丁心(0G]")CB 段:巧亿)二-鸟二・¥@5乙)M (X?)二去B f 1 勺)二—C 1 兀2 ) (@ 兰工2 乞 2)3、作9?力图和弯距图两段粱的科力方棺表明,两段梁的科力图均片水平肓线。
画出梁的卿 力图,规图(b )Bi 示。
由何力图可见,在集中力P 作用的C 处,與左右两剧Pb Pa■ "■ ■横啟面上啣力的数値分别为)和 】,9?力图发生突变■其夷变値等干集中力P 的大爪。
由lit 可福,住集中力作用处列力图发生突变,具突变値 等于孩集中力的大爪。
规果b > a , W M 大剪力发生在AC 段梁的任一啟面上, 其値为两段梁的弯柜方棺表明,两段梁的弯拒图沟力倾斜肓线。
两出梁的弯 粗图,则图(C )两示。
由弯拒图可见,AC 和CB 两段梁的弯畢图两肓线斜率 不同,在C 处附域向卞凸的“尖角”,而坍力图在此处枚变了正、负号。
晟大弯柜发生在集中力P 作用的啟面上,其値为忘 —Pb_ 丁血果a = b, QH 最大弯拒的値为& — PI皿创_ 丁曲见冋朝固4型目 題題3 :or 示 a /\ 图 卄 图矩 和 图 力 B : 的 B 梁支 简pW_L¥【幣]仁求支用反力由梁的弱力平画方程,可求需支A.B两处的反力片心=-怎=牛2、列9?力方f?和弯拒方相集中力IS Me把梁分成AC和CB两段,这两段梁的珂力方程和弯矩方材AC 15 :巧(心)"盯牛(0兰可0)MOJ *严牛*0詁J)CB段:巧亿)"严学</))二_ 乳2 )二Y Q _ 兀2)(a U 花 N)3、ft舅力图和弯柜图在集中力凰作用处的左、右梁段上,剪力方程相同,全梁冏力图为一水平言线。
冋出梁的9?力图,如图(b)除示示。
由坍力图可见,在集中力IS 作用处,冏力图并不发生突变,即集中力偶不剧咱坍力图。
两段梁的弯距方程表明,两段梁的弯拒图沟力顷制直线。
画出梁的弯矩图,ai图(C)障示。
由弯矩图可见,在集中力偶八作用曲C5H 其左右两M€a - M e bn R a面上弯拒的数is分制片i和i,弯拒图发生突变,其突变闻等于集中力IS Me的大小。
由lit可福,在集中力偶作用处弯拒图发生突变,其突变值等干孩集中力偶的大丿h。
如果b>a,则最大弯矩发生在集中力僻八作用处右剧横啟面上,其值为題里:计其題題目:试作图示笛支梁的可力图和弯拒图。
【解]1 求支用反力由梁的"力平働方程可知,支A.B的反力为R A = 29KN R£ =-\5KN2、列9?力方f?相弯拒方困当粱上商我不连镇,9?力或弯拒不能用一个坏一的函数式表必时,必须什段列出何力方程和弯拒方棺。
通阳分段是以集中力、集中力偶和分布荷我的起虑与终点分界。
因此,孩简支梁应分为AC,CD ft DB E段,什制列岀坍力方相和寺拒方程。
AC段:巴(xj二R A -阿二29-12X](0 <Xj < 3)M(X])==尺卫& - = 29兀](On】< 3)CD段:F s亿)二匕一3g 二29_ 36 二-7.07(3<x2 <4.5)M(小 3 - 知见-1.5)=29J2-3X12(X2 -1.5)=-7X2+54 (3<X2 <4.5)DB段:爲(心)二-Rg 二-乃疋N(4 为<JC3 <6)"(心)二&(6_x3) = 15X(6-J3)=90-15X3(4.5 <x5 <6)3、作舅力图fll弯柜图按上述阴力方棺和弯砸方杓,画出剪力图和弯犯图,如图(b)、(c)两不0在画AC段弯拒因时,由干弯距方椁是二次函散,弯拒图应是一条他期线,至少侖熨确定其上三个戍,才可绘出孩梁的弯拒图。
g = ° 5t ,M = 0;在x= 3m处,M = 33kN. m。
在坍力凤为零处*=2.4m,该虑处弯矩^=29x2.4-6x2.42= 35KH m o用光滑曲线连接逹三f虑即可用AC目的弯距M图。
5图(c )示。