第8章_靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析(梁—多跨梁)

1、1第八章第八章 靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求： 掌握常見(jiàn)結(jié)構(gòu)（梁、剛架和桁架）的內(nèi)力計(jì)算方掌握常見(jiàn)結(jié)構(gòu)（梁、剛架和桁架）的內(nèi)力計(jì)算方法和內(nèi)力圖的繪制，拱和組合結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)；法和內(nèi)力圖的繪制，拱和組合結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)； 理解平面彎曲的概念，彎曲內(nèi)力形式（剪力和彎理解平面彎曲的概念，彎曲內(nèi)力形式（剪力和彎矩）及其符號(hào)的規(guī)定，彎矩、剪力和分布荷載之間矩）及其符號(hào)的規(guī)定，彎矩、剪力和分布荷載之間的微分關(guān)系，拱合理軸線的概念，桁架的零桿的判的微分關(guān)系，拱合理軸線的概念，桁架的零桿的判斷方法。斷方法。 28.1 8.1 梁的內(nèi)力梁的內(nèi)力8.2 8.2 繪制梁的內(nèi)力圖繪制梁的內(nèi)力圖

2、剪力圖和彎矩圖剪力圖和彎矩圖8.3 8.3 彎矩、剪力和分布荷載集度之間的微分關(guān)系彎矩、剪力和分布荷載集度之間的微分關(guān)系8.4 8.4 多跨靜定梁的內(nèi)力多跨靜定梁的內(nèi)力8.5 8.5 靜定平面剛架的內(nèi)力靜定平面剛架的內(nèi)力8.6 8.6 三鉸拱的內(nèi)力三鉸拱的內(nèi)力8.7 8.7 靜定平面桁架的內(nèi)力靜定平面桁架的內(nèi)力8.8 8.8 組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)力8.9 8.9 靜定結(jié)構(gòu)的基本特征靜定結(jié)構(gòu)的基本特征主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第八章第八章 靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析38.1 8.1 梁的內(nèi)力梁的內(nèi)力 基本概念基本概念 截面法求平面彎曲梁的內(nèi)力截面法求平面彎曲梁的內(nèi)力4 梁的受力變形特點(diǎn)

3、梁的受力變形特點(diǎn)1. 1. 基本概念基本概念門窗過(guò)梁門窗過(guò)梁陽(yáng)臺(tái)挑梁陽(yáng)臺(tái)挑梁5P 受力變形特點(diǎn)受力變形特點(diǎn)縱向?qū)ΨQ面縱向?qū)ΨQ面梁的軸線梁的軸線變形后的軸線變形后的軸線受力特征：受力特征： 所受的外力作用在梁的縱向?qū)ΨQ平面。所受的外力作用在梁的縱向?qū)ΨQ平面。變形特征：變形特征：梁的軸線變成對(duì)稱面內(nèi)的一條平面曲線。梁的軸線變成對(duì)稱面內(nèi)的一條平面曲線。6 靜定梁的基本形式靜定梁的基本形式（1）簡(jiǎn)支梁）簡(jiǎn)支梁 （2）懸臂梁）懸臂梁 （3）外伸梁）外伸梁 HAVAMAABVAVBHAABVAVBABHA72. 2. 截面法求平面彎曲梁的內(nèi)力截面法求平面彎曲梁的內(nèi)力ABP1P2KHAAKNKQKMKVA軸

4、力軸力拉為正拉為正剪力剪力使隔離體順時(shí)使隔離體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正針轉(zhuǎn)動(dòng)為正彎矩彎矩使隔離體上壓使隔離體上壓下拉為正下拉為正NKQKMK取左邊隔離體取左邊隔離體8mABP1P2KNKQKMKVBBP1P2Km取右邊隔離體取右邊隔離體9NKQKMKBVBP1P2Kx=0力的平衡方程求解力的平衡方程求解NKy=0QKMK=0MK隔離體隔離體( (右邊右邊) )HAAKNKQKMKVA隔離體隔離體( (左邊左邊) )取左邊的好取左邊的好10實(shí)實(shí) 例例例例1 1： 懸臂梁懸臂梁如圖，試求如圖，試求C C截面的內(nèi)力。截面的內(nèi)力。分析：分析：左邊隔離體左邊隔離體右邊隔離體右邊隔離體含支座否含支座否區(qū)別區(qū)別NCQ

5、CMCAkN310300C1m1mB310300C1mB11x=00303100CosNCkNNC15壓力壓力y=00303100SinQCkNQC35MC=001303100SinMCmkNMC35310300C1mNCQCMCB逆時(shí)針逆時(shí)針12例例2 2：外伸梁如圖，求：外伸梁如圖，求D D、B B和和E E截面（左側(cè)和右側(cè)）的內(nèi)力截面（左側(cè)和右側(cè)）的內(nèi)力. .1. 1. 左邊或右邊隔離體左邊或右邊隔離體HAVAVB10kN分析：分析：都含支座都含支座, ,先求支座反力先求支座反力2. B2. B、E E截面分左右側(cè)截面分左右側(cè)B B、E E點(diǎn)上有力作用點(diǎn)上有力作用, ,則左側(cè)則左側(cè)和右側(cè)

6、的隔離體受力不同和右側(cè)的隔離體受力不同AB1m1m1m1mCDE10kNm20kN/m13求支座反力求支座反力x=0HA A=0=0MA=03 3VB By=0VA+VB-20-201-10=01-10=0-10-104 4-10-10-20-201 10.50.5=0=0VB B=20=20VA A=10=10HAABVAVB10kN1m1m1m1mCDE10kNm20kN/mkNkN14取取ADAD為隔離體為隔離體NDMCQDx=0ND D=0=0y=010-2010-201-1-QD D=0=0QD D=-10kN=-10kN1m20kN/mAD10MD=0MD=10=101-201-2

7、01 10.5=0kN0.5=0kNm mAB10kN1m1m1m1mCDE102010kNm20kN/m（1 1）求）求D D截面的內(nèi)力截面的內(nèi)力15取取AEAE左左為隔離體為隔離體NE左左ME左左QE左左x=0NE E左左=0=0y=0QE E左左=10-20=10-201=-10kN1=-10kNME=0ME E左左=10=102-202-201 11.5=-10kN1.5=-10kNm m1020kN/m1mAD1m EAB10kN1m1m1m1mCDE102010kNm20kN/m（2 2）求）求E E左左和和E E右右截面的內(nèi)力截面的內(nèi)力16取取AEAE右右為隔離體為隔離體NE右右

8、ME右右QE右右x=0NE E右右=0=0y=0QE E右右=10-20=10-201=-10 kN1=-10 kNME=0ME E右右=10=102-202-201 11.5+10=0 kN1.5+10=0 kNm m101m20kN/mAD1mE10kNmAB10kN1m1m1m1m10kNmCDE102020kN/m17取取B B左左C C為隔離體為隔離體NB左左MB左左QB左左x=0NB B左左=0=0y=0QB B左左=10-20=-10 kN=10-20=-10 kNMB=0MB B左左=-10=-101=-10 kN1=-10 kNm mB10kN1mC20AB10kN1m1m1

9、m1m10kNmCDE102020kN/m（3 3）求）求B B左左和和B B右右截面的內(nèi)力截面的內(nèi)力18AB10kN1m1m1m1m20kN/m10kNmCDE1020取取B B右右C C為隔離體為隔離體NB右右MB右右QB右右x=0NB B右右=0=0y=0QB B右右=10 kN=10 kNMB=0MB B右右=-10=-101=-10 kN1=-10 kNm mB10kN1mC19結(jié)論：結(jié)論： 任一截面上的剪力等于截面以左任一截面上的剪力等于截面以左( (或以右或以右) )梁上外梁上外力的代數(shù)和。力的代數(shù)和。 任一橫截面的彎矩等于此截面以左任一橫截面的彎矩等于此截面以左( (或以右或以

10、右) )梁上梁上的外力對(duì)該截面形心力矩的代數(shù)和。的外力對(duì)該截面形心力矩的代數(shù)和。208.2 8.2 繪制梁的內(nèi)力圖繪制梁的內(nèi)力圖剪力圖和彎矩圖剪力圖和彎矩圖 懸臂梁懸臂梁 簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)支梁21CxMCQC20kN20kNy=0QC=20 kNA1mBMC=0MC= -20(1-x) kNm00 x11剪力方程剪力方程彎矩方程彎矩方程1. 1. 懸臂梁懸臂梁(1)(1)集中荷載作用集中荷載作用C1-x20kN20kNB22Q=20Cx20kN20kNA1mBQ圖圖(kN)(kN)M圖圖(kN(kNm)m)AB2020AB注意注意: :彎矩圖不標(biāo)正負(fù)彎矩圖不標(biāo)正負(fù), ,標(biāo)在受拉側(cè)標(biāo)在受拉側(cè)x=0M=

11、-20 x=1M=02020Q=20M= -20(1-x)2320kN20kNA1mBQ圖圖(kN)(kN)M圖圖(kN(kNm)m)AB2020AB2020內(nèi)力圖特征內(nèi)力圖特征水平直線水平直線一點(diǎn)一點(diǎn)斜直線斜直線兩端點(diǎn)兩端點(diǎn)受力特征受力特征僅在桿件端部有集中僅在桿件端部有集中荷載，而荷載，而ABAB間無(wú)荷載間無(wú)荷載24(2)(2)懸臂梁在均布荷載作用下懸臂梁在均布荷載作用下A1mBxC20kN/m20kN/mMCQCC1-xB20kN/m20kN/my=0QC=20(1-x) kNMC=0MC= -20(1-x)(1-x)/200 x11剪力方程剪力方程彎矩方程彎矩方程= -10(1-x)2

12、 kNm25AC1mx20kN/m20kN/mQC=20(1-x)BMC= -10(1-x)20 x1CM=-10Q圖圖(kN)(kN)M圖圖(kN(kNm)m)1010 x=0M=0 x=1Q=20 x=0Q=0 x=12020M=-2.5x=0.52.52.5ABAB26A1m20kN/m20kN/mBQ圖圖(kN)(kN)M圖圖(kN(kNm)m)101020202.52.5ABAB內(nèi)力圖特征內(nèi)力圖特征斜直線斜直線兩端點(diǎn)兩端點(diǎn)曲線曲線三點(diǎn)（兩端點(diǎn)和桿件的中點(diǎn)）三點(diǎn)（兩端點(diǎn)和桿件的中點(diǎn)）受力特征受力特征ABAB上有均布的線荷載上有均布的線荷載27MCQCy=0QC=0 kNA1mBMC=0

13、MC= -10 kNm0 x1剪力方程剪力方程彎矩方程彎矩方程CxC10kN10kNm m10kN10kNm mC1-x(3)(3)懸臂梁在集中力偶作用下懸臂梁在集中力偶作用下28MC C= -10kN= -10kNm mAC1mx10kN10kNm mQC C=0kN=0kNB00 x11CQ圖圖(kN)(kN)M圖圖(kN(kNm)m)10100 0ABAB298.3 8.3 彎矩、剪力和分布荷載集度之間的微分關(guān)系彎矩、剪力和分布荷載集度之間的微分關(guān)系 微分關(guān)系微分關(guān)系 實(shí)例實(shí)例301. 1. 荷載與內(nèi)力之間的微分關(guān)系荷載與內(nèi)力之間的微分關(guān)系PMq(x)xABCK JxdxQ( (x) )

14、Q( (x)+d)+dQ( (x) )q(x)dxM( (x) )M( (x)+d)+dM( (x) )y=0Q(x)+q(x)dx-Q(x)-dQ(x)=0dQ(x)=q(x)dxd dQ( (x) )d dx=q(x)31MK=0M(x)-q(x)dxdx/2+Q(x)+dQ(x)dx-M(x)-dM(x)=0dx為無(wú)窮小，為無(wú)窮小，dx2高階無(wú)窮小高階無(wú)窮小dM(x)Q(x)dxdM(x)dx=Q(x)Q(x)Q(x)+dQ(x)dxM(x)M(x)+dM(x)PMq(x)xABCK Jxdxq(x)32PMq(x)xABCdM(x)dx=Q(x)dQ(x)dx=q(x)d2M(x)dx

15、2=q(x)Q(x)Q(x)+dQ(x)dxM(x)M(x)+dM(x)K Jxdx33PMq(x)xABC剪力圖為剪力圖為水平直線水平直線1. 桿件上無(wú)荷載桿件上無(wú)荷載 q(x)=0兩點(diǎn)兩點(diǎn)彎矩圖為彎矩圖為斜直線斜直線Q(x)為常數(shù)為常數(shù)M(x)為為x的一次函數(shù)的一次函數(shù)一點(diǎn)一點(diǎn)結(jié)論結(jié)論dM(x)dx=Q(x)dQ(x)dx=q(x)d2M(x)dx2=q(x)34剪力圖為剪力圖為斜直線斜直線2. 桿件上有分布荷載桿件上有分布荷載 q(x)=常數(shù)常數(shù)彎矩圖為彎矩圖為二次拋物線二次拋物線Q(x)為為x的一次函數(shù)的一次函數(shù)M(x)為為x的二次函數(shù)的二次函數(shù)兩點(diǎn)兩點(diǎn)三點(diǎn)三點(diǎn)PMq(x)xABC結(jié)論

16、結(jié)論dM(x)dx=Q(x)dQ(x)dx=q(x)d2M(x)dx2=q(x)35彎矩圖為彎矩圖為二次拋物線時(shí)，二次拋物線時(shí)，曲線的性質(zhì)曲線的性質(zhì)(1)(1)分布荷載向上分布荷載向上, ,曲線向上凸曲線向上凸qM(2)(2)分布荷載向下分布荷載向下, ,曲線向下凸曲線向下凸qMPMq(x)xABC結(jié)論結(jié)論dM(x)dx=Q(x)dQ(x)dx=q(x)d2M(x)dx2=q(x)363. 3. 桿件上某一截面的剪力為桿件上某一截面的剪力為零零 Q=0 彎矩圖的斜率為零，在這一截面上的彎矩圖的斜率為零，在這一截面上的彎矩為一彎矩為一極值極值PMq(x)xABCK Jxdx結(jié)論結(jié)論dM(x)dx

17、=Q(x)dQ(x)dx=q(x)d2M(x)dx2=q(x)37Q(x)Q(x)M(x)M(x)+M1dxM結(jié)論結(jié)論剪力值無(wú)變化剪力值無(wú)變化4. 4. 集中力偶作用點(diǎn)集中力偶作用點(diǎn)彎矩值彎矩值有突變有突變, ,突變值等于該集中力偶的數(shù)值突變值等于該集中力偶的數(shù)值PMq(x)xABC38Q(x)Q(x)+Q1M(x)M(x)結(jié)論結(jié)論彎矩值無(wú)變化彎矩值無(wú)變化5. 5. 集中力作用點(diǎn)集中力作用點(diǎn)剪力值剪力值有突變有突變, ,突變值等于該集中力的數(shù)值突變值等于該集中力的數(shù)值dxPPMq(x)xABCK Jxdx39小小 結(jié)結(jié)1. 桿件上無(wú)分布荷載桿件上無(wú)分布荷載定兩點(diǎn)定兩點(diǎn)彎矩圖為彎矩圖為斜直線斜直

18、線定一點(diǎn)定一點(diǎn)剪力圖為剪力圖為水平直線水平直線剪力圖為剪力圖為斜直線斜直線2. 桿件上有分布荷載桿件上有分布荷載彎矩圖為彎矩圖為二次拋物線二次拋物線定兩點(diǎn)定兩點(diǎn)定三點(diǎn)定三點(diǎn)剪力值無(wú)變化剪力值無(wú)變化3. 集中力偶作用點(diǎn)集中力偶作用點(diǎn)彎矩值彎矩值有突變有突變彎矩值無(wú)變化彎矩值無(wú)變化4. 集中力作用點(diǎn)集中力作用點(diǎn)剪力值剪力值有突變有突變4020kN20kN(1) (1) 簡(jiǎn)支梁在簡(jiǎn)支梁在集中荷載作用下集中荷載作用下A1mB1m分析分析QA QB MA MC MB 指定截面的內(nèi)力指定截面的內(nèi)力a. 先求支座反力先求支座反力剪力圖：水平線（一點(diǎn)）剪力圖：水平線（一點(diǎn)）彎矩圖：斜直線（兩點(diǎn)）彎矩圖：斜直線

19、（兩點(diǎn)）b. AC AC或或CBCB段段 無(wú)荷載作用無(wú)荷載作用C實(shí)實(shí) 例例41MBQBA無(wú)窮小無(wú)窮小10QB=- -10 kNMB=0 kNmMAQAA無(wú)窮小無(wú)窮小10QA=10 kNMA=0 kNmMC20kN20kN10101mMC=10 kNm20kN20kN1010A1mB1mC解解42M圖圖(kNm)ACB10101010Q圖圖(kN)ACB10100 00 0Pa1 14 4Q20kN20kN1010ABC10-10M001043(2) (2) 簡(jiǎn)支梁在簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下均布荷載作用下AB2mC20kN/m20kN/m分析分析QA QB MA MC MB 指定截面的內(nèi)力指定截面

20、的內(nèi)力a. 先求支座反力先求支座反力剪力圖：剪力圖：斜直線斜直線（兩兩點(diǎn)）點(diǎn)）彎矩圖：曲線（三點(diǎn)）彎矩圖：曲線（三點(diǎn)）b. AB AB段段 有荷載作用有荷載作用44QB=-20 kNMB=0 kNmQA=20 kNMA=0 kNmMC=201-2010.5MC20201m20kN/m20kN/mMC=10 kNm2020A1mB1mC20kN/m20kN/m解：解：45Q圖圖(kN)M圖圖(kNm)20202020B20kN/m20kN/mABBAA10100 00 0qa2 21 18 8Q20M0-2001046(3) (3) 簡(jiǎn)支梁在簡(jiǎn)支梁在均布荷載作用下均布荷載作用下ABC分析分析指定

21、截面的內(nèi)力指定截面的內(nèi)力a. 先求支座反力先求支座反力b. AC AC或或BCBC段段 無(wú)荷載作用無(wú)荷載作用10kNm1m1mQAMA MC左左 MC右右 MB ABAB段剪力圖：水平線（一點(diǎn)）段剪力圖：水平線（一點(diǎn)）彎矩圖：斜直線（兩點(diǎn)）彎矩圖：斜直線（兩點(diǎn)）475A1mB1mCMB=0 kNmQA=-5 kNMA=0 kNmMC左左=- -5 kNm10kNmMC右右=10- -51=5 kNm5MC左左1m55MC右右1m10kNm解：解：48Q圖圖(kN)5 5ABAB10kNm1m1m1m1mD DM圖圖(kNm)ABD D5 55 50 00 0Q-5M0-50-5549Q圖圖(k

22、N)5 5ABAB10kNm1m1m1m1mD DM圖圖(kNm)ABD D5 55 50 00 0同左同左AB10100 0AB10kNm2m2m50例：外伸梁，繪此梁的剪力圖和彎矩圖。例：外伸梁，繪此梁的剪力圖和彎矩圖。HAVAVB20kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/m分析分析a. 先求支座反力先求支座反力x=0VA=72 kNMA=0VB=148 kNy=0HA=05114820kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/mb. 內(nèi)力圖特征內(nèi)力圖特征72剪力圖：剪力圖：AC段段：直線；：直線； CB段和段和BD段段 斜直線；斜直線；彎矩圖：彎矩圖：AC段段：斜直線；：斜直

23、線； CB段和段和BD段段 曲線；曲線；5214820kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/m7272Q72-882060QB左左=202+20-148=-8814820kNB左左2mDQB左左20kN/m20kNB右右2mDQB右右20kN/mQB右右=202+20=605314820kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/m72Q圖（圖（kN）72Q72-882060ABDC7272886020 xmxxx6 . 3888725414820kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/m720M1440- -80- -16A2mC左左72MC左左MC左左=722=144A2m

24、C右右72160kNmMC右右MC右右=722-160=-165514820kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/m72M圖（圖（kNm）0M1440- -80ABDC0144800- -161 1qa2 2=160=1601 18 8qa2 2=10=108 810161605614820kNAB2m8m2mDC160kNm20kN/m723.6mAC160kNm725.6mMmaxMmax=113.6 kNm578.4 8.4 多跨靜定梁的內(nèi)力多跨靜定梁的內(nèi)力 基本概念基本概念 實(shí)例實(shí)例581. 1. 基本概念基本概念 定義定義 若干根梁用鉸相聯(lián)，并用若干支座與基礎(chǔ)相聯(lián)而若干根梁用

25、鉸相聯(lián)，并用若干支座與基礎(chǔ)相聯(lián)而組成的結(jié)構(gòu)。組成的結(jié)構(gòu)。ABEFCD59 幾何特點(diǎn)幾何特點(diǎn)分為基本部分和附屬部分。分為基本部分和附屬部分?；静糠只静糠只静糠只静糠指綄俨糠指綄俨糠只静糠郑夯静糠郑翰灰蕾嚻渌糠值拇嬖诙塥?dú)立地維持其幾何不依賴其它部分的存在而能獨(dú)立地維持其幾何不變性的部分。不變性的部分。AB、CD附屬部分：附屬部分：必須依靠基本部分才能維持其幾何不變性的部必須依靠基本部分才能維持其幾何不變性的部分分。 EFABCDEF60層疊圖：層疊圖： 為了表示梁各部分之間的支撐關(guān)系，把基本部為了表示梁各部分之間的支撐關(guān)系，把基本部分畫在下層，而把附屬部分畫在上層，分畫在下層，而把附屬部分畫在上層，ABCDEFABCDEF61 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：作用在基本部分上的力不傳遞給附屬部分；作用在基本部分上的力不傳遞給附屬部分；P1 1ABCDEFVA AVB B0062 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：作用在附屬部分上的力傳遞給基本部分。作用在附屬部分上的力傳遞給基本部分。P1 1ABCDEFP1 1EFVA AVB BABVE EVF FCDVC CVD D63(1) (1) 畫層疊圖，明確傳力關(guān)系。畫層疊圖，明確傳力關(guān)系。(2)