朱慈勉结构力学 静定结构(课堂PPT)

6.46 EA
kN
(
)
2 5 m 1 15
2 5 m 1 15
C2E 4.A 23kNm
θD
6.46kN EA
1 m 1 1 m 1 35 35
例6-12 求图示组合结构C点的竖向位移ΔC和AD与BD杆间的相对转角
ΔθD。忽略受弯杆的轴向变形。 已知AD和BD杆：EA EI m2
2次超静定
9
选取基本结构为切断竖杆:
X 1h
t0
1 EA
1 kl
§6-7超静定结构的位移计算
F E N F N d A s k 0 F G Q F Q d A s M E M d I s F R c
1)载作用下的位移计算
F N F Nd P s EA
k 0F G Q F Qd P A s
M M P ds EI
求超静定结构因温度改变、支座移动产生的位移时， 若选原结构建立虚拟力状态，计算将会更简单。
EI, l,t0 ,Δt
①
M、Q、N
EMIht、ENAt0、G kQA
P=1
②
T 2 1 1 R *c W 21
c M * E M I h t d s N * E N A t0 d s Q * G kd Q
2次超静定
9
解：⑴ 确定超静定次数;
⑵ 用力法求解, 并作M图和FN图; ⑶ 选取基本结构为铰结体系求位移;
⑷ 求AD杆与BD间的相对转角:
⑸ 施加单位荷载并求各杆轴力:
D
FN1FN l EA
1 m 1
35m 25m 1 1 .8 9 k N 1 .3 4 k N 3 5
E A 1 5
1 m 1 35
b h

B
4kN·m
4kN
8kN·m
2kN/m
3m
3m
（1）集中荷载作用下
3m
3m
（1）悬臂段分布荷载作用下
2kN·m
4kN·m
6kN·m
（2）集中力偶作用下
4kN·m
2kN·m
（3）叠加得弯矩图
4kN·m
（2）跨中集中力偶作用下
4kN·m
4kN·m
（3）叠加得弯矩图
6kN·m
4kN·m
4kN·m
第9页/共97页 2kN·m
反力求出后，进行附属部分的内力分析、画内力图，然后将支座 C 的反力反
向加在基本部分AC 的C 端作为荷载，再进行基本部分的内力分析和画内力图，
将两部分的弯矩图和剪力图分别相第连12即页得/共整97个页梁的弯矩图和剪力图 。
分析下列多跨连续梁结构几何构造关系，并确定内力计算顺序。
F
q
AB
CD
F
AB
例：利用叠加法求作图示梁结构的内力图。
[分析] 该梁为简支梁，弯矩控制截 面为：C、D、F、G 叠加法求作弯矩图的关键是 计算控制截面位置的弯矩值
解： （1）先计算支座反力
（2）求控制截面弯矩值
A
FP=8kN
q=4 kN/m
CD E
m=16kN.m B
FG
1m 1m 2m 2m 1m 1m
RA 17kN
m
ql
l
2
m 2
l
ql 2
Fpl 4
1、集中荷载作用点 M图有一尖角，荷载向 下尖角亦向下； FQ 图有一突变，荷载 向下突变亦向下。
m 2
2、集中力矩作用点 M图有一突变，力矩 为顺时针向下突变； FQ 图没有变化。

E
B
xx
X
7
小结：1）虚功原理（这里是用虚位移原理）的特点是用几 何方法解决平衡问题。
2）求解问题直接，不涉及约束力。
二、应用虚功原理求解静定结构的约束力
P
p
A
C
B
a X
b P
A
C
B
x
X
a
b
将求约束力的问题转化为求平衡力的问题
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8
用虚位移原理求内力的问题
1）求截面C的弯矩
m
c
a
X bP a
6
例：求机构相应的平衡力X=？
[解]：（1）建立虚功方程
X X PP 0
pp
P
F
（2）几何关系 以d作为位移参数
b 2a cos c a sin
D
3c c
当有虚位移 d 时，b和c的变化
db 2asin d dc a cosd
PB
A
N AB
N AB
P
P
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2
2
4
（4）构造作等效变换的影响
P
A N
A
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B
N
B
5
§7-2 刚体体系的虚功原理（具有理想约束）
计算静定结构内力的另一个普遍方法—虚功原理，它等价于平衡方程。
一、虚功原理
设体系上作用任意的平衡力系，又设体系发生符合约束的无限小 刚体体系位移，则主动力在位移上所作的虚功总和恒等于零。
第七章
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1
§7-1 静定结构的一般性质
静定结构的几何特性: 无多余约束的几何不变体系; 静定结构的静力特性: 全部反力和内力均可由静力平衡条件求得，解答是 唯一的。

1 l1 l
l1 l
A x FP 1
C
a
b
BF D d
l1
FRA
l
1 FRA影响线
l2
FRB
FRB影响线 1
l2
l 1 l2
l
1
b
l1
l
l
l2
a
l
l
1
FQC的影响线
例 作FRA、FRB、FQC、FQD 的影响线。
解：⑶ 作剪力FQD的影响线： 当FP=1在D截面以左时， 取D截面右边为隔离体：
⑵当FP=1 在C截面以右移动时， 取C截面以左部分为隔离体。
A
C MC
FRA
a
高教M社 C 0, MC FRA a
x FP 1
A
C
a
b
FRA
l
FRB影响线
B x
FRB
1
1
FRA影响线
b
a
ab
l
MC影响线
§4-2 静力法作影响线 单跨静定梁的影响线特点: •反力影响线是一条直线； •剪力影响线是两条平行线；
q
(b)平行移动均布荷载
高教社
3）可任意分布均布荷载
图12-1-2
高教社
移动荷载下结构分析的概念
结构在某一确定的恒载或静力荷载作 用下，内力图是唯一确定的。但在移 动荷载作用下，结构的内力图会随着 荷载位置的变化而变化，准确说，每 个截面的内力都在变化。
高教社
在移动荷载作用下的结构内力分析，要 考虑任意指定截面上的最大或最小内力 值，用以做截面设计或验算；还要考虑 结构所有截面中的最大或最小内力及它 们所在的截面，用以确定结构设计中的 最危险控制截面。

§1-2 §1 2 结构的计算简图
例如：图示木屋架的结点
▲ 刚结点 几何特征：各杆不能绕结点作相对转动。 受力状况：由于结点能阻止杆件之间发生相对转 角 因此杆端有弯矩 剪力 和轴力。 角，因此杆端有弯矩、剪力 和轴力
§1-2 §1 2 结构的计算简图
表示方法：
例如：图示现浇钢筋混凝土框架的结点
§1-2 §1 2 结构的计算简图
4）结构简化
§1-3 §1 3 荷载的类型
1）按分布分 ▲ 面荷载 如：风荷载、雪荷载、雨荷载、人群 荷载、水压力等 ▲ 体荷载 如：结构自重，温度荷载等 ▲ 集中荷载 如：集中力、集中力矩等 2）按作用在结构上的时间分 ▲ 恒荷载 如：结构自重和设备重量等 ▲ 活荷载 如：人群荷载、雪荷载、雨荷载等 ▲ 移动荷载 如：吊车荷载、汽车荷载、火车荷载
§1-1 §1 1 结构力学的主要内容和教学要求
2）主要研究内容
▲
结构由荷载、支座移动、温度变化、制造误差 引起的内力计算——称为强度计算； 结构由荷载 支座移动 温度变化 制造误差 结构由荷载、支座移动、温度变化、制造误差 引起的变形及位移计算——称为刚度计算； 结构的稳定计算； 结构的组成规律及计算简图的选择 结构的组成规律及计算简图的选择。
▲
▲ ▲
§1-1 §1 1 结构力学的主要内容和教学要求
3）结构力学与其它课程的关系 理论力学和材料力学是结构力学的先修课程， 专业课程（钢筋混凝土、钢结构、桥梁结构等）是 结构力学的后续课程。 结构力学的后续课程
§1-2 §1 2 结构的计算简图
在工程设计中对结构进行力学分析时 需要一 在工程设计中对结构进行力学分析时，需要一 个图形，这个图形与实际结构完全一样，实际上是 做不到的，因此必须对实际结构进行抽象和简化， 得到一个计算时所用的计算简图 抽象和简化必须 得到一个计算时所用的计算简图。抽象和简化必须 遵循以下原则： 1）正确反映结构的实际受力情况，使计算结果与 实际情况比较吻合； 实际情况比较吻合 2）略去次要因数，便于分析和计算。

P
a
Q3
M3
12.11.2019
N3
N 3 0, Q3 P, M 3 Pa .
计算截面 3 的内力
此时应取截面 3 以上的隔离体进行
课件 分析比较简单。
5
三、荷载、内力之间的关系（平衡条件的几种表达方式）
q(x)
（1）微分关系 dQ q
dx
dx
q
Q
M+d M
P
Q
M+ M
dM Q dx
B
YA
A
结构几何变形均处于线弹性阶段。
MA
q
图中：OA段即为线弹性阶段MB
MA
AB段为非线性弹性阶段
M
+
O
Y
A
M
MA
M
12.11.2M 019 MM
课件
M
B MB
NB
YB MB

Y
B
MB
10
4kN·m
4kN
3m
3m
（1）集中荷载作用下
6kN·m
（2）集中力偶作用下
4kN·m 2kN·m
5. 综上所述，结构力学作内力图顺序为“先区 段叠加作M 图，再由M 图作FQ 图，最后FQ 作FN 图”。需要指出的是，这种作内力图的顺序对于 超静定结构也是适用的。
§3-3 多跨静定梁 一、多跨静定梁的几何组成特性
多跨静定梁常用于桥梁结构。从几何组成特点看，它的组成可以区分 为基本部分和附属部分。
ql 2
ql 2 8
3、均布荷载作用段 M图为抛物线，荷载向 下曲线亦向下凸； Q 图为斜直线，荷载向 下直线由左向右下7 斜
应熟记常用单跨梁的弯矩图

2、在q(x)＝常量段，剪力图为斜直线，弯矩图为二次抛物线。其凹下去的 曲线象锅底一样兜住q(x)的箭头。
3、集中力作用点两侧，剪力值有突变、弯矩图形成尖点；集中力偶作用点 两侧，弯矩值突变、剪力值无变化。
三、用“拟简支梁法”绘 弯矩图
先绘出控制截面的弯矩竖标，其间若无外荷载作用，可用直线相连；若有外 荷载作用，则以上述直线为基线，再叠加上荷载在相应简支梁上的弯矩图。
①弯矩M：对梁而言，使杆件上凹者为正（也即下侧纤 维受拉为正），反之为负。一般情况下作内力图时，规定弯 矩图纵标画在受拉一侧，不标注正负号。
②剪力Q：使截开后保留部分产生顺时针旋转者为正， 反之为负。
③轴力N：拉为正，压为负。剪力图和轴力图可绘在杆 轴的任意一侧，但必须标注正负号。
Q
M
M
Q
N
N
M
M
Q
（2）在q(x)＝常量段，剪力图为斜直线，弯矩图为二次抛 物线。其凹下去的曲线象锅底一样兜住q(x)的箭头。
（3）集中力作用点两侧，剪力值有突变、弯矩图形成尖点； 集中力偶作用点两侧，弯矩值突变、剪力值无变化。 返回
用“拟简支梁法”绘弯矩图
MA
NA QA A
q
MB
NB
l
B QB
(a)
MA
MA (c) q
（3）计算三铰刚架时，要利用中间铰弯矩为零的条件。 （4）绘剪力图、轴力图必须标正、负号；绘弯矩图不必 标正负号，弯矩图绘在受拉一侧。
（5）求支座反力后及绘内力图后都应进行校核。 2、刚架内力计算举例：
第3章
例题1 试作图示刚架内力图。
第3章
解: (一)求支座反力
X 0 MA 0 MB 0
H A 30() VB 96kn() VA 56kn()