建筑力学弯矩图、剪力图课件资料

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1、工程力学（上）,直播课堂6 姚志刚,第六章静定结构的内力计算,一、本章主要知识点 1截面内力及符号 2内力图 3荷载和剪力、弯矩的对应图形关系,4叠加法作弯矩图、剪力图 5分段叠加法作弯矩图 6静定梁作内力图 7刚架作内力图 8三铰拱的计算 9桁架的计算,二、本篇讲授的内容,（一）截面内力及符号 物体因受外力作用，在物体各部分之间所产生的相互作用力称为物体的内力。对内力的正、负号作如下规定： 轴力符号：当截面上的轴力使分离体受拉时为正；反之为负。,剪力符号：当截面上的剪力使分离体作顺时针方向转动时为正；反之为负。 弯矩符号：当截面上的弯矩使分离体上部受压、下部受拉时为正，反之为负。 当所有外力

2、（包括已知荷点，通过平衡方程求出的所有支座约束反力）已知时，通过三个独立的平衡方程可求解三个内力。截面法是结构力学计算最基本的方法。,+,教材例63（P73） 一外伸梁如图所示。 。求截面11及截面22的剪力和弯矩。,解： 1求梁的支座反力。 由整体平衡可求： 2求11截面上的内力 杆上外力均为已知，可求任意截面的内力。如截面11，取左段为分离体，如图所示。,由 由 由 求截面11内力也可取左段为分离体，其结果见教材。 3求22截面上的内力。（见教材）,4,（二）内力图 内力图为表示内力随横截面的位置变化的函数的图形。 一般取杆轴线为坐标轴，横截的位置选择用X表示，则梁的各个横截面上的内力可以

3、表示为X的函数，函数图形即内力图。,教材例67（P76） 简支梁AB受一集度为q的均布荷载作用，试作此梁的剪力图和弯矩图。 分析：取左边X长的分离体，X处截面的内力按正方向假设，用平衡方程求解。,qL/2,qL/2,解： （1）求梁的支座反力 由整体平衡可求： （2）取距A端X处的C截面，标出 。解得：,M图为二次抛物线，确定X0，L/2及L处M值可确定M的函数图形。 Q图为直线形，确定X0，L处Q值即可确定Q图。,根据内力图的特征，除均布荷载q作用下的M点为二次抛物线外，其余情况均为直线段。因此，可以不需列出函数方程，直接确定直线段内力图的控制点值，即荷点作用不连续点的截面内力连接直线即可。

4、,均布荷点作用段内M图再确定一中间值即可画出二次抛物线。按建筑力学的习惯，M图画在杆件弯曲变形时受拉一侧。 画出M图。弯矩最大值在梁的中点，为 ql2/8 ； 画出Q图。剪力最大值在梁端，为ql/2。,（三）荷载与剪力、弯矩的对应图形关系 纯弯曲：剪力图为零，弯矩图为一水平直线。 q0： 剪力图为一水平直线，弯矩图为一斜直线。,几种常见简支梁M、Q图的记忆,P/2,q常数:剪力图为一斜直线，弯矩图为一抛物线。 集中力：剪力图为一水平直线，P作用处有突变，突变值等于P。弯矩图为一折线，P作用处有转折。,几种常见简支梁M、Q图的记忆,P,集中力偶：剪力图为一水平直线，力偶作用处无变化。弯矩图为水平

5、线，力偶作用处有突变，突变值等于集中力偶。,教材例610（P81反） 外伸梁如图所示，已知 ，试画出该梁的内力图。,分析：例中，整体平衡可求解 ，则A、B、C、D为外力不连续点，作为控制截面。 在集中力P，或支座反力处剪力有突变，所以控制截面截取应B左、B右、C左、C右，D右支座反力即作用于CD杆端的剪力。,Q图由控制点A、B左、B右、C左、C右的值之间连直线得到。 解： （1）求梁的支座反力,（2）画弯矩图： 求控制截面的弯矩值，取AB杆的分离体。 杆上侧受拉。 取CD杆的分离体： （铰支端） 杆下侧受拉。,确定A、B、C、D四点M值： BC，CD间无均布荷载q，直接联直线； AB间有均布荷

6、载q,确定中点值为2.5KN/m,可由三点确定抛物线。,（2）画弯矩图：连接控制截面的弯矩值，如图: M图AB段的端点值即MA、MB的中间值由 确定，作抛物线。M图 BD段的端点值即MB、MD的中间值由 确定，用直线连接。 如在的连线上叠加的二次抛物线，或在的连线上叠加的三角形的底边，简单拼合，显然不能对齐。,轴力为零不考虑。 杆端作用剪力、弯矩与相应简支梁两端作用弯矩受力情况完全相同，即对应。所以任意分段均可同叠加法作M图。,（3）画剪力图：取控制截面如图。 计算剪力：取分离体如图。 AB：QAB=0（自由端） CD： BC： QBC QCB5-P=-10,剪力图如图所示。 在已荷点和所有反

7、应力的情况下，可以取分段分离体求剪力控制截面值，但如果M图已知，不求约束反力也可确定分段杆端的剪力控制截面值。,A,B,C,D,几种常见简支梁M、Q图的记忆,P/2,几种常见简支梁M、Q图的记忆,P,（四）叠加法作弯矩图与剪力图,当梁上有几项荷载作用时，梁的反力和内力可以这样计算：先分别计算出每项荷载单独作用时的反力和内力，然后把这些计算结果代数相加，即得到几项荷载共同作用时的反力和内力。,上图悬臂梁上作用有均布荷载和集中力。 梁的反力和内力都是由两部分组成。各式中第一项与集中力P有关，是由集中力P单独作用在梁上所引起的反力和内力；各式中第二项与均布荷载q有关，是由均布荷载q单独作用在梁上所引

8、起的反力和内力。两种情况的叠加，即为二项荷载共同作用的结果。这种方法即为叠加法。,剪力图： 集中力P单独作用时为一水平直线，均布荷载q单独作用时为一斜线；两种情况叠加后即为共同作用的结果，如上图。,弯矩图： 集中力P单独作用时为一斜线，均布荷载q单独作用时为抛物线；两种情况叠加后即为共同作用的结果，如上图。 分段叠加法作弯矩图 直杆弯矩图分段叠加，简化绘图工作，适用于多跨梁、刚架的弯矩图的绘制。,教材例610（P81反） 外伸梁如图所示，已知 ，试用叠加法画出该梁的M图。,几个标准弯矩图,简支梁作用有均布荷载q 简支梁作用有中点的P 悬臂梁作用有均布荷载q 悬臂梁作用有端点的P 简支梁作用有非

9、中点的P 简支梁作用有中点的m,简支梁作用有均布荷载q,P/2,（1）简支梁作用有均布荷载q 简支梁作用有均布荷载q的弯矩图为一抛物线，其中点弯矩为。 （2）简支梁作用有中点的P 简支梁作用有中点的P的弯矩图为一折线，在集中力P作处产生折点，其值为。,简支梁作用有中点的P,简支梁作用有中点的m,简支梁作用有非中点的P,P,悬臂梁作用有均布荷载q,悬臂梁作用有端点的P,（5）悬臂梁作用有均布荷载q 悬臂梁作用有均布荷载q的弯矩图为一抛物线，其值端点为零、固定端为。 （6）悬臂梁作用有端点的P 悬臂梁作用有端点的P的弯矩图为一斜线，其值端点为零、固定端为PL。,（五）分段叠加法作弯矩图,简支梁上作

10、用有均布荷载q，其两端作用有 弯矩，用叠加法作弯矩图。,原结构作用有两种荷载弯矩和均布荷载。将原结构分解为由弯矩与均布荷载分别作用的两种情况，如图所示。,中点M=,分段叠加法作弯矩图:杆端弯矩图叠加上简支梁上对应荷载（均布荷载q或中点集中力P）的标准弯矩图； 叠加：是指弯矩图纵坐标的代数和，而不是弯矩图的简单拼合。 分段叠加法作弯矩图的方法如下：,分段叠加法作弯矩图的方法： （1）求控制截面的弯矩值（全部荷载作用） 控制截面一般取外力不连续点（如：均布荷载q的端点、P作用点和集中力偶M作图点的左、右）。,（2）分段画弯矩图 控制截面内无荷载连直线； 控制截面内有荷载（q或中点P）连虚线，再叠加

11、相应的弯矩图。,剪力图可以由弯矩图取得： 任取杆段AB，荷载及杆端弯矩已知，如图所示。 则： ， ， 或由 ，分别为荷载对杆端A，B之矩的代数和。,MA,MB,QAB,QBA,P,例610 外伸梁如图所示，已知，试画出该梁的内力图。本例同例6-10反向,解： （1）求控制截面的弯矩值（全部荷载作用）；本题的控制截面为A、B、D截面。 A端为自由端，D端为铰支端，AB为悬臂梁，其控制截面弯矩如图，分段画弯矩图：,按 取得A、B、D截面的弯矩值并连以虚线。 在AB段的虚线上叠加均布荷载q的弯矩，如图所示。 在BD段的虚线上叠加集中力P的弯矩，其值为：,（2）由弯矩图画剪力图 AB段：分离体如图所示

12、：,可得：,10,CD段：分离体如图所示：,BC段：分离体如图所示：,剪力图： 用A、B、C、D截面的剪力值取点并连以直线，得到本题的剪力图，如图所示。,A,B,C,D,工程力学（上）,直播课堂7 姚志刚,（六）静定梁作内力图,多跨静定梁按几何组成的相反次序求解，可避免解联立方程。 多跨静定梁组成： 基本部分能独立承受荷载的部分 附属部分依赖于基本部分承受荷载的部分,教材例612（P82） 多跨静定梁如教材图所示。已知 。试画出该多跨梁的内力图。 （1）求支座反力，,（2）作弯矩图：用叠加法 求出控制截面的弯矩（A点、C点、E点、F点弯矩为零），连以直线； 在AB段、EF段弯矩的直线上分别叠加

13、均布荷载与集中荷载的弯矩，如教材P83（b）图所示即为结果。,（3）作剪力图 分别求出控制截面A、B左、B右、D左、D右、集中荷载左右及F的剪力；连以直线，结果如教材P83图（c）所示。 利用形状特征直接画弯矩图：即利用四个标准弯矩图画多跨静定梁的弯矩图，如图所示,*利用形状特征直接画M、Q图,M(kNm),Q(kN),Q,（七）刚架作内力图,1静定刚架作内力图 平面刚架是由梁与柱所组成的平面结构。横杆称为梁，竖杆称为柱。 各杆间由结点联接，主要为刚结点，也有铰结点。 刚架的特点：梁与柱的联接处为刚结点，当刚架受力而产生变形时，刚结点处各杆端之间的夹角始终保持不变，且能承担弯矩。铰结点联接的杆

14、端可相对转动，一般弯矩0。,（1）常见刚架类型 常见的刚架类型有三种基本类型：悬臂、简支，三铰刚架。应熟练掌握其受力特点及相应的计算方法。,a简单刚架 简支刚架：刚架与地基按简支梁的形式联接（与地基由二刚片规则组成）。 悬臂刚架：悬臂构件与地基固结。 三铰刚架: 两构件与地基由三个铰联接而成的刚架。（与地基由三刚片规则组成）。,b.组合刚架 构件由刚结点与铰结点组合而成的刚架。其结构可分为基本部分与附属部分。,（2）支座反力计算 a.悬臂刚架_悬臂构件与地基固定联接，固定端的反力有： 。由一矩式平衡方程可求： 由 由 由,b.简支刚架_刚架与地基按简支梁的形式联接。有A端反力，B端反力。由平衡

15、方程可求： 支反力,c.三铰刚架，或整体刚架： 取整体为分离体：求 局部为分离体：（取荷载少的半跨求解简单）求 也可利用,C,（3）计算杆端内力 求解杆端内力的基本方法是截面法： a.截取杆端截面，适当选取分离体（构件或节点）,b.正确的受力分析: 已知力（荷载及已求出的力）按实际方向画；未知力按正方向假设。 c.选取适当的平衡方程，避免解联立方程，求解各杆端内力（弯矩，剪力，轴力）,小结：刚架支座反力求解后，外力均为已知。任取杆端截面切开，取左（或右）部分为分离体，均只有三个内力未知量，用平衡方程可完全求解。已知力：包括已知荷载、已求出的约束反力，及其它已求出的内力；未知力的计算结果为代数值，其符号的正负表示实际方向：正号与假设的方向相同，负号表示相反。可以极大的简化计算。一般取任意一杆件或结点校核。,（4）画内力图（弯矩图，剪力图，轴力图）的要求： 注明杆端及控制截面值；弯矩图画在受拉面；剪力图、轴力图注明正负；校核：整体及任取局部均应平衡。,教材例616（P90）作如图所示三铰刚架的弯矩图、剪力图及轴力图。,（1）求支座反力： 取整体 取ADC分离体，受力分析如图625（b）所示。取ADC分离体， 解 例中Xa=Xb=10kN，计算错误，由此