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1、Chapter 4 Internal forces in beams,第四章 弯曲内力,4-1 基本概念及工程实例 (Basic concepts and example problems),第四章 弯曲内力 (Internal forces in beams),4-3剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图 (Shear-force shear-force & bending- moment diagrams),4-2 梁的剪力和弯矩(Shear- force and bending- moment in beams),4-6 平面刚架和曲杆的内力图 (Internal diagrams for f
2、rame members & curved bars),4-5 叠加原理作弯矩图 (Drawing bending-moment diagram by superposition method),4-4 剪力、弯矩与分布荷载集度间 的关系(Relationships between load,shear force,and bending moment),一、 工程实例(Example problem),4-1 基本概念及工程 (Basic concepts and example problems),工程实例(Example problem),二、基本概念(Basic concepts),2
3、.梁 (Beam) 以弯曲变形为主的杆件,外力（包括力偶）的作用线垂直于杆轴线.,（1） 受力特征,（2） 变形特征 变形前为直线的轴线,变形后成为曲线.,1.弯曲变形(Deflection),3.平面弯曲(Plane bending) 作用于梁上的所有外力都在纵向对称面内,弯曲变形后的轴线是一条在该纵向对称面内的平面曲线,这种弯曲称为平面弯曲.,A,B,梁变形后的轴线与外力在同一平面内,FRA,F1,F2,FRB,（3） 支座的类型,4.梁的力学模型的简化(Representing a real structure by an idealized model),（1） 梁的简化 通常取梁的轴
4、线来代替梁。,（2）载荷类型,集中力(concentrated force),集中力偶(concentrated moment),分布载荷(distributed load),可动铰支座(roller support),固定铰支座 (pin support),固定端(clamped support or fixed end),5.静定梁的基本形式 (Basic types of statically determinate beams),起重机大梁为No.25a工字钢,如图所示,梁长L=10m,单位长度的重量为38.105kg/m,起吊重物的重量为100kN,试求起重机大梁的计算简图.,一、内
5、力计算(Calculating internal force),举例 已知 如图，F，a，l. 求距A端x处截面上内力.,解: 求支座反力,4-2 梁的剪力和弯矩 (Shear- force and bending- moment in beams),求内力截面法,1.弯矩(Bending moment) M 构件受弯时，横截面上其作用面垂直于截面的内力偶矩.,2. 剪力(Shear force) FS 构件受弯时，横截面上其作用线平行于截面的内力.,1.剪力符号 (Sign convention for shear force),使dx 微段有左端向上而右端向下的相对错动时,横截面m-m上的
6、剪力为正.或使dx微段有顺时针转动趋势的剪力为正.,二、内力的符号规定 (Sign convention for internal force),使dx微段有左端向下而右端向上的相对错动时,横截面m-m上的剪力为负.或使dx微段有逆时针转动趋势的剪力为负.,当dx 微段的弯曲下凸（即该段的下半部受拉 ）时,横截面m-m上的弯矩为正；,2.弯矩符号 (Sign convention for bending moment),当dx 微段的弯曲上凸（即该段的下半部受压）时,横截面m-m上的弯矩为负.,解：,（1）求梁的支反力 FRA 和 FRB,例题2 图示梁的计算简图.已知 F1、F2,且 F2
7、F1 ,尺寸a、b、c和 l 亦均为已知.试求梁在 E 、 F 点处横截面处的剪力和弯矩.,记 E 截面处的剪力为FSE 和弯矩 ME ，且假设FSE 和弯矩ME 的指向和转向均为正值.,解得,取右段为研究对象,计算F点横截面处的剪力FSF 和弯矩MF .,三、计算规律 (Simple method for calculating shear-force and bending-moment),1.剪力 (Shear force),不论在截面的左侧或右侧向上的外力均将引起正值的弯矩，而向下的外力则引起负值的弯矩.,2.弯矩(Bending moment),左侧梁段 顺时针转向的外力偶引起正值的
8、弯矩,逆时针转向的外力偶引起负值的弯矩,右侧梁段 逆时针转向的外力偶引起正值的弯矩,顺时针转向的外力偶引起负值的弯矩,例题3 轴的计例算简图如图所示，已知 F1 = F2 = F = 60kN， a = 230mm，b = 100 mm 和c = 1000 mm. 求 C 、D 点处横截面 上的剪力和弯矩.,解：,（1）求支座反力,（2）计算C 横截面上的剪力FSC和弯矩 MC,看左侧,（3）计算D横截面上的剪力FSD 和弯矩 MD,看左侧,解:,例题4 求图示梁中指定截面上的剪力和弯矩.,（1）求支座反力,（2）求1-1截面的内力,（3）求2-2截面的内力,4-3 剪力方程和弯矩方程剪力图和
9、弯矩图 (Shear- force shear-force&bending-moment diagrams),FS= FS(x),M= M(x),一、剪力方程和弯矩方程 (Shear- force & bending-moment equations) 用函数关系表示沿梁轴线各横截面上剪力和弯矩的变化规律，分别称作剪力方程和弯矩方程.,1.剪力方程(Shear- force equation),2.弯矩方程(Bending-moment equation),弯矩图为正值画在 x 轴上侧,负值画在x 轴下侧,二、剪力图和弯矩图 (Shear-force&bending-moment diagra
10、ms),剪力图为正值画在 x 轴上侧,负值画在x 轴下侧,以平行于梁轴的横坐标x表示横截面的位置,以纵坐标表示相应截面上的剪力和弯矩.这种图线分别称为剪力图和弯矩图,例题5 如图所示的悬臂梁在自由端受集中荷载 F 作用, 试作此梁的剪力图和弯矩图.,解: 列出梁的剪力方程 和弯矩方程,例题6 图示的简支梁,在全梁上受集度为q的均布荷载用.试作此梁的剪力图和弯矩图.,解： （1） 求支反力,（2）列剪力方程和弯矩方程.,剪力图为一倾斜直线,绘出剪力图,弯矩图为一条二次抛物线,令,得驻点,弯矩的极值,绘出弯矩图,由图可见，此梁在跨中截面上的弯矩值为最大,但此截面上 FS= 0,两支座内侧横截面上剪
11、力绝对值为最大,解: （1）求梁的支反力,例题7 图示的简支梁在C点处受集中荷载 F 作用. 试作此梁的剪力图和弯矩图.,因为AC段和CB段的内力方程不同，所以必须分段列剪力方程和弯矩方程.,将坐标原点取在梁的左端,将坐标原点取在梁的左端,AC段,CB段,由（1）,（3）两式可知，AC、CB两段梁的剪力图各是一条平行于 x 轴的直线.,由（2），（4）式可知，AC、CB 两段梁的弯矩图各是一条斜直线.,在集中荷载作用处的左,右两侧截面上剪力值(图)有突变,突变值等于集中荷载F. 弯矩图形成尖角,该处弯矩值最大.,解：求梁的支反力,例题8 图示的简支梁在 C点处受矩为M的集中力偶作用. 试作此梁
12、的的剪力图和弯矩图.,将坐标原点取在梁的左端.,因为梁上没有横向外力，所以 全梁只有一个剪力方程,由(1)式画出整个梁的剪力图是一条平行于 x 轴的直线.,AC段,CB段,AC 段和 BC 段的弯矩方程不同,AC,CB 两梁段的弯矩图各是一条倾斜直线.,x = a ,x= l, M = 0,梁上集中力偶作用处左、右两侧横截面上的弯矩值(图)发生突变，其突变值等于集中力偶矩的数值.此处剪力图没有变化.,+,+,2.以集中力、集中力偶作用处、分布荷载开始或结束处,及支座截面处为界点将梁分段.分段写出剪力方程和弯矩方程,然后绘出剪力图和弯矩图.,1.取梁的左端点为坐标原点,x 轴向右为正:剪力图向上
13、为正;弯矩图向上为正.,5.梁上的FSmax发生在全梁或各梁段的边界截面处;梁上的Mmax发生在全梁或各梁段的边界截面,或FS = 0 的截面处.,小 结,3.梁上集中力作用处左、右两侧横截面上,剪力（图）有突变,突变值等于集中力的数值.在此处弯矩图则形成一个尖角.,4.梁上集中力偶作用处左、右两侧横截面上的弯矩（图） 有突变,其突变值等于集中力偶矩的数值.但在此处剪力图 没有变化.,例题9 一简支梁受移动荷载 F 的作用如图所示.试求梁的最大弯矩为极大时荷载 F 的位置.,解 :先设F 在距左支座 A 为 x 的任意位置.求此情况下梁的最大弯矩为极大.,荷载在任意位置时，支反力为,当荷载 F
14、 在距左支座为 x 的任意位置 C 时，梁的弯矩为,令,此结果说明，当移动荷载 F 在简支梁的跨中时，梁的最大弯矩为极大.,得最大弯矩值,设梁上作用有任意分布荷载 其集度,4-4 剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系 (Relationships between load,shear force,and bending moment),一、弯矩、剪力与分布荷载集度间的微分关系(Differential relationships between load,shear force,and bending moment),q = q (x),规定 q (x)向上为正.,将 x 轴的坐标原点取在梁的左端
15、.,假想地用坐标为 x 和 x+dx的两横截面m-m和n-n从梁中取出dx 微段.,x+dx 截面处 则分别为 FS(x)+dFS(x) ， M(x)+dM(x) . 由于dx很小，略去q(x) 沿dx的变化.,m-m截面上内力为 FS(x) ,M(x),写出微段梁的平衡方程,得到,略去二阶无穷小量即得,公式的几何意义,（1）剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小;,（2）弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小;,（3）根据q(x)0或q(x) 0来判断弯矩图的凹凸性.,M(x)图为一向上凸的二次抛物线.,FS(x)图为一向右下方倾斜的直线.,二、q(x)、FS(x)图、M（x
16、）图三者间的关系 (Relationships between load,shear force,and bending moment diagrams),1.梁上有向下的均布荷载,即 q(x) 0,2.梁上无荷载区段，q(x) = 0,剪力图为一条水平直线.,弯矩图为一斜直线.,当 FS(x) 0 时,向右上方倾斜.,当 FS(x) 0 时,向右下方倾斜.,5. 最大剪力可能发生在集中力所在截面的一侧;或分布载荷发生变化的区段上. 梁上最大弯矩 Mmax可能发生在FS(x) = 0 的截面上; 或发生在集中力所在的截面上;或集中力偶作用处的一侧.,3. 在集中力作用处剪力图有突变,其突变值等于集中力的值.弯矩图有转折.,4. 在集中力偶作用处弯矩图有突变，其突 变值等于集中力偶的值，但剪力图无变化.,无荷载,集中力,F,C,集中力偶,M,C,向下倾斜的直线,上凸的二次抛物线,在FS=0的截面,水平直线,一般斜直线,
