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浅谈结构弯矩图快速正误分析的方法

时间:2022-12-15 13:40:03 公文范文 来源:网友投稿

zoޛ)j首学生所学三大力学中的最后一门,有一定难度,要学好此门课程除了要具备高等数学、理论力学和材料力学知识外,还要做很多题。其中由等截面直杆组成的结构,其弯矩图的绘制和检查是《结构力学》的重点和难点。

关键词:弯矩;杆件;钢架

《结构力学》是一门连贯性很强的课程,章节之间就像链条一样环环相扣,缺一不可,因此结构内力计算,尤其是弯矩图的绘制是该门课的重中之重。弯矩图是否正确,需要进行校核,通常情况应任取多个结点或是杆件为隔离体,将主动力和求好的内力带入,看是否满足平衡条件。但是这样做,一是要多花时间,二是很多人认为多此一举,因为在求解内力时所用的就是截面法,这样类似于重复计算。所以很多人不愿意做。结构力学中公式复杂且较多,作者根据多年来的结构力学教学经验,对最常用的由等截面直杆组成的结构,总结出了一些行之有效的方法,来快速检查弯矩图是否正确,从而避免了繁琐的计算。

1 铰处弯矩为零

凡是铰处和自由端(除集中力偶外)弯矩为零,有集中力偶时,该处弯矩值为集中力偶值。如图1、2所示。

2 结点平衡

结构的刚结点处弯矩值相等(除有集中力偶外),如图1。我们知道结点要平衡,结点处的两杆件杆端弯矩一定大小相等,方向相反,同时内侧受拉或同时外侧受拉。

刚结点处若有集中力偶作用,则从图上看,结点处的弯矩值不应相等,应相差该集中力偶值。如图3。

3 固端负弯矩

结构受竖向荷载作用后,固定端会产生负弯矩(上部纤维受拉)或可以理解为杆件受拉侧与荷载指向相反。如图4中A、B端的弯矩与荷载方向相反。

4 倾向性分析

杆件的弯矩图与杆件受力后的变形相一致。(或可以理解M图斜率与杆件受力后的倾斜一致)如图5,其中虚线为结构的变形。如图6显然错误。联系上几个规则,我们可以看出:刚结点B没有结点平衡;AB杆弯矩倾向性错误;铰C处弯矩应为零;D点应该有固端负弯矩。

5 过铰不变原则

弯矩穿过铰,若未受到任何荷载作用则斜率不便,直至遇到荷载才变。利用这一点我们可以很快速的绘制一些结构弯矩图,如图7。

6 微分关系

其实这一点已经不是什么新鲜的了,教材上都有,只不过学者们做完题后,总是忘了用它来检验计算结果。这里就弯矩与荷载的关系而言有:(1)无荷载段M为(斜)直线,如图5、7等。(2)有集中力处M有尖点,如图4、7,(支座反力也可以看作集中力)。(3)有均布荷载段,M成二次抛物线。如图2等。(4)有集中力偶两侧弯矩有突变,突变值即为集中力偶值,如图1、3等。这是计算中非常适用的判断依据。

7 平衡力系问题

如果有一平衡力系作用在某一几何不变的部分时,则只有该部分有内力和反力(DBE段),该部分以外没有任何内力和反力。如图8。

8 直链杆问题

若某杆件支座端为一可动铰支座链杆且指向杆轴,且该杆未受任何横向外力作用,则该杆弯矩为零。如图9的AD杆。

综上所述,只要将这八点牢牢掌握,则不仅可以简化计算、提高计算速度,更重要的是可以快速检查弯矩图的正误。除此之外,对于静定结构中,荷载作用在附属部分和作用在基本部分上受力的异同,文章就不再冗述。

参考文献

[1]龙驭球,包世华.结构力学[M].北京:高等教育出版社,1999.

[2]高健.建筑力学[M].黄河水利出版社,2009,6.

作者简介:白建昆(1977,12-),男,籍贯:昆明,学历:研究生,职称:工程师,从事工作:建筑工程。

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