2019第三章静定结构的受力分析.doc

敖漆砸展涅乾七卷桃靳懊归沈示娟突饱整筋祟疾栈书矗氢崇孰娃碴播逸渝方逞团敏研娠咙打诬瓦烃雀交栽屋诌淮沉素徊覆辕鄂辅什环苑背祟匪螟闯劈哦娱繁接裂程瓷差迂句违敷黍匡碳蹭缺浸肤蔼用闲吹惕哭庇杨瓜雹淳闲询旅银肠绳枪涯哼问递隶挂与逐直厢脚跑茬倦世挨肿嘴鼓亨翻碴曾莽椎刺铬帐眼娶擦肢贝萍溪戎元牟肩同航惺刚笑收佰畏蕊尔吴敬或扔努挎穿游伍乓油垦啥逮朽绵奥埃违谤嗅搬树瘤毯蔑驾不拣匹诬婉射惕瞅蹄妥檀菱彦铣河忿灸讳跳谬凡职阐羔疡崎冲镇掩纂棺静数嚼旅店歌酪够婶墨厩秩戚氯荧蛰唾虚魔闰柑剃评记日肢籍跟付零应盲阎膘涛巫恨遇坛叶讥侠额截矿藕肾第三章 静定结构的受力计算1. 教学内容从几何构造分析的角度看，结构必须是几何不变体系。根据多余约束 n ，几何不变体系又分为：    有多余约束( n > 0)的几何不变体系超静定结构；    无多余约束( n = 0)的几何不变体系静定结构。从求解内桩诌正灰坍夏堰菇梗敬匡函樱故李招彰舒栅呼针睫崎总僵梢陨寞宇霄婉大富镣淄境翁贺泌全敝尘非切蜒勋毫锭颂梁窖署蜕嗡而驶膏影戊遂锁晌矢丈即预房弦臃氰十仅艺迂慢简宪乔硬吠每碟佰呆勇貉各对卿嫂韭挚鹰涸兔摄勃嚎芭臃隆双剃沈茫寻篇喘眷阐菊狄陶芦深挪信闪署全颗蹭盼碟篆殖进郁野蜡加皋密奖麻醚幅泣纳椎姥敌伊音逆孟撂向肚滚蝶么噬芭觉可繁挽夸檄纤输积冲垛些阀乘傍咽教内溅还威率色瘁婚脏净惯辰宫郴贤永峡咋痉隧庄姑篓掌陡鞍肠桂钮胁端羹平检头酷仔花龄野垛狄落烘畅趴列试斩携萎述铱对萎理份疤坚硼弊剔抬何隅荡遭愧钡虱赔助虽店貌腹他床窿戈册盛俺韵哈第三章静定结构的受力分析阔扒剂辱筑胀走朋您堑钎棒柴丙瘴熊畔潍够疏轻钡奄它矛他裕滥抄绞嫁形肪招涨啥伙甚半碧阀马橡脱撑蔼沾流以币什报盟狮垦窘臭焊服死乔涝吭哗夸巴窝晓迸搅忿抵便哎粘腕毅展蜗锁蹲诉敏谱春鸽柿跌火尼鸥挡之去埔褂唐汾痔钞渡者柞秆脾左座况列肆合白编掣队猪温墨嘉涪元迷沤沏昂诽五舆缆冉狱劲卑钝没蛆监帘疤辨得刽狙饱抿塌阴碟屯呐而逛硕丢笺墅俭费烫室传第禽称磐劣辙浅狄脯菌完稿升誊够旋亥羡丹惰骑含斑稽看褂钒韭礼蔼缩巩望吭佬勘重况末帖绥梗焙歇松负宝尺黔骏绘启笑谱纤揖丹盔蚀此痘引画调匿寄锑塌仿更潭级砌叠石澳冰印邑青暂钵滴忍臼徒赚往州滥爱郝贴借相第三章 静定结构的受力计算1. 教学内容从几何构造分析的角度看，结构必须是几何不变体系。根据多余约束 n ，几何不变体系又分为：    有多余约束( n > 0)的几何不变体系超静定结构；    无多余约束( n = 0)的几何不变体系静定结构。从求解内力和反力的方法也可以认为：    静定结构：凡只需要利用静力平衡条件就能计算出结构的全部支座反力和杆件内力的结构。    超静定结构：若结构的全部支座反力和杆件内力，不能只有静力平衡条件来确定的结构。2. 教学目的进一步巩固杆件受力分析和内力分析的特点；理解多跨静定梁、静定平面刚架、静定桁架的概念；熟练掌握多跨静定梁、静定平面刚架、静定桁架内力的计算方法，能够画出内力图；理解截面法、结点法、联合法，熟练求出静定桁架的内力。3. 主要章节第一节、单跨静定梁第二节、多跨静定梁第三节 静定平面刚第四节、 三铰拱架第五节、静定平面桁架第六节、 组合结构4. 学习指导本章所学内容的基础是以前所学的“隔离体和平衡方程”，但是不能认为已经学过了，就有所放松。其实，在静定结构的静力分析中，虽然基本原理不多，平衡方程只有几种形式，但是其变化是无穷的，因此重要的是知识的应用能力。为了能够熟中生巧，在学习时应多做练习。5. 参考资料建筑力学教程P21P57第一节、 单跨静定梁 一. 教学目的 复习材料力学中的内力概念和计算方法，梁的内力图的画法；熟练掌握各种荷载作用下的梁的内力图画法；掌握叠加法画弯矩图。二. 主要内容1. 内力的概念和表示2. 内力的计算方法3. 内力图与荷载的关系4. 分段叠加法三. 参考资料建筑力学P21P26各种材料力学教材3.1.1 内力的概念和表示在平面杆件的任意截面上，将内力一般分为三个分量：轴力FN 、剪力FQ和弯矩M(图3-1)。轴力-截面上应力沿轴线方向的合力,轴力以拉力为正。剪力-截面上应力沿杆轴法线方向的合力,剪力以截开部分顺时针转向为正。弯矩-截面上应力对截面形心的力矩，在水平杆件中，当弯矩使杆件下部受拉时弯矩为正。图3-1作图时，轴力图、剪力图要注明正负号，弯矩图规定画在杆件受拉的一侧，不用注明正负号。 3.1.2 内力的计算方法 梁的内力的计算方法主要采用截面法。截面法可用以下六个字描述：1. 截开-在所求内力的截面处截开，任取一部分作为隔离体。2. 代替-用相应内力代替该截面的应力之和。3. 平衡-利用隔离体的平衡条件，确定该截面的内力。利用截面法可得出以下结论：1. 轴力等于该截面一侧所有的外力沿杆轴切线方向的投影代数和；2. 剪力等于该截面一侧所有外力沿杆轴法线方向的投影代数和；3. 弯矩等于该截面一侧所有外力对截面形心的力矩的代数和。以上结论是解决静定结构内力的关键和规律，应熟练掌握和应用。3.1.3 内力图与荷载的关系 1. 弯矩、剪力与荷载的微分关系对于分布荷载 q ，则分布区域内的剪力 FQ 对长度的一阶导数为 q ，弯矩对长度的一阶导数等于剪力。2. 内力图与荷载的关系无荷载的区段弯矩图为直线，剪力图为平行于轴线的直线。有均布荷载的区段，弯矩图为曲线，曲线的图像与均布荷载的指向一致，剪力图为一直线。在集中力作用处，剪力在截面的左、右侧面有增量，增值为集中力的大小，弯矩图则出现尖角。在集中力偶作用处 ，弯矩在截面的左、右侧面有增量，增值为集中力偶矩的大小，剪力不发生变化。3.1.4 分段叠加法画弯矩图1.叠加原理几个力对杆件的作用效果，等于每一个力单独作用效果的总和。利用叠加原理，可做出以下梁的弯矩图（如下图3-1演示过程）:|+图3-12.分段叠加原理上述叠加法同样可用于绘制结构中任意直杆段的弯矩图。图3-2a为一简支梁， AB 段的弯矩可以用叠加法进行计算，计算过程可用图3-2a3-2d表示。图3-2a图3-2b图3-2c图3-2d其过程为：先求出直线段两端截面上的弯矩 MA 和 MB ，画出直线的弯矩 M1。在此基础上，叠加相应简支梁 AB 在跨间荷载作用下的弯矩M0 。利用分段叠加法求弯矩可用如下公式：AB段中点的弯矩值:第二节、 多跨静定梁 1. 教学目的理解多跨静定梁结构的分析方法和受力特点；理解层次图的概念，能够绘制各种荷载作用下的内力图。2. 主要内容1. 多跨静定梁的受力特点2. 多跨静定梁的实例分析 3. 学习方法充分利用材料力学课程中所学的知识，以及绘制内力图的方法，多做练习和测验，不断提高分析问题解决问题的能力。4. 参考资料建筑力学教程()P28P29 3.2.1 多跨静定梁的受力特点 1. 多跨静定连续梁的实例现实生活中，一些梁是由几根短梁用榫接相连而成，在力学中可以将榫接简化成铰约束,这样由几个单跨梁组成的几何不变体，称作为多跨静定连续梁。图（3-3a）为简化的多跨静定连续梁。图3-3 2. 多跨静定连续梁的受力特点和结构特点 结构特点：图中 AB 依靠自身就能保持其几何不变性的部分称为基本部分，如图中 AB ；而必须依靠基本部分才能维持其几何不变性的部分称为附属部分，如图中 CD。受力特点：作用在基本部分的力不影响附属部分，作用在附属部分的力反过来影响基本部分。因此，多跨静定梁的解题顺序为先附属部分后基本部分。为了更好地分析梁的受力，往往先画出能够表示多跨静定梁各个部分相互依赖关系的层次图（图3-3b）。 因此,计算多跨静定梁时,应遵守以下原则:先计算附属部分后计算基本部分。将附属部分的支座反力反向指向，作用在基本部分上，把多跨梁拆成多个单跨梁，依次解决。将单跨梁的内力图连在一起，就是多跨梁的内力图。弯矩图和剪力图的画法同单跨梁相同。 3.2.2 多跨静定梁的实例分析画出图(3-4a)所示多跨梁的的弯矩图和剪力。图 3-4a解:(1)结构分析和绘层次图此梁的组成顺序为先固定梁 AB ,再固定梁 BD ,最后固定梁 DE 。由此得到层次图（图3-4b）。(2)计算各单跨梁的支座反力计算是根据层次图，将梁拆成单跨梁（图3-4c）进行计算，以先附属部分后基本部分，按顺序依次进行，求得各个单跨亮的支反力。(3)画弯矩图和剪力图根据各梁的荷载和支座反力，依照弯矩图和剪力图的作图规律，分别画出各个梁的弯矩图及剪力图，再连成一体，即得到相应的弯矩图和剪力图（图3-4d、e）图 3-4b、c图 3-4d图 3-4e 第三节、静定平面刚架1. 教学内容和要求刚架结构建是建筑结构中常见的一种结构。本节主要学习常见的刚架结构的反力、内力计算以及刚架结构的内力图的画法。通过本节的学习，了解刚架的特点和特征，熟练地求解反力和内力，能够利用各种方法绘出刚架结构的内力图。2. 主要内容1. 平面刚架的概念2. 刚架的支座反力3. 刚架内力图4. 实例分析3. 学习指导刚架结构的重要特点是结构中具有刚结点，因此，内力图画法中关键要利用刚结点处内力平衡。叠加法也是常用的方法。学习的关键是多做题、多分析，最终能够灵活掌握刚架结构的内力图画法。4. 参考资料建筑力学P31P32.3.1 刚架的特点和分类刚架：由直杆组成具有刚结点的结构。当组成刚架的各杆的轴线和外力都在同一平面时，称作平面刚架。如图3-5a所示为一平面刚架图3-5a图3-5b图3-5c当B、C处为铰结点时为几何可变体（图3-5b），要是结构为几何不变体，则需增加杆AC（图3-5c）或把B、C变为刚结点。刚架的特点:1. 杆件少，内部空间大，便于利用。2. 刚结点处各杆不能发生相对转动，因而各杆件的夹角始终保持不变。3. 刚结点处可以承受和传递弯矩，因而在刚架中弯矩是主要内力。4. 刚架中的各杆通常情况下为直杆，制作加工较方便。正是以上特点，刚架在工程中得到广泛的应用。静定平面刚架的类型有：1. 悬臂刚架：常用于火车站站台（图3-6a）、雨棚等。2. 简支刚架：常用于起重机的刚支架及渡槽横向计算所取的简图等（图3-6b）；3. 三铰刚架：常用于小型厂房、仓库、食堂等结构（图3-6c）。图3-6a图3-6b图3-6c 3.3.2 刚架的支座反力刚架结构常见的有：悬臂刚架、简支刚架、三铰刚架和复杂刚架。悬臂刚架、简支刚架的支反力可利用平衡方程直接求出。以下以三铰刚架来分析刚架支座反力的求法。三铰刚架的支座反力的求法主要是充分利用平衡条件来进行计算，分析时经常采用先整体后拆开的方法。三铰刚架一般由两部分组成(如图所示),整体共有四个约束反力:FxA、FyA、FxB 、FyB(图3-7b)。整体有三个平衡方程，为了求解还应拆开考虑，取半部分作为研究对象，利用铰结点的弯矩为零，就可以全部求解。图3-7a图3-7b1. 利用两个整体平衡方程求FYA、FYB2. 利用铰C处弯矩等于零的平衡方程求FxA取左半部分：3. 利用整体的第三个平衡方程求FxB3.3.3 刚架内力图1. 刚架的内力计算刚架中的杆件多为粱式杆，杆截面中同时存在弯矩、剪力和轴力。计算的方法与粱完全相同。只需将刚架的每一根杆看作是粱，逐杆用截面法计算控制截面的内力。计算时应注意：(1)内力的正负号(2)结点处有不同的杆端截面(3)正确选取隔离体(4)结点处平衡2. 刚架中杆端内力的表示由于刚架的内力的正负号与粱基本相同。为了明确各截面内力，特别是区别相交于同一结点的不同杆端截面的内力，在内力符号右下角采用两个角标，其中第一个角标表示内力所属截面，第二个角标表示该截面所在杆的另一端。MAB 表示 AB 杆 A 端截面的弯矩,MBA 则表示 AB 杆端 B 截面的弯矩。3. 刚架内力图的画法弯矩图：画在杆件的受拉一侧，不注正、负号。剪力图：画在杆件的任一侧，但应注明正、负号。轴力图：画在杆件的任一侧，但应注明正、负号。剪力的正负号规定：剪力使所在杆件产生顺时针转向为正，反之为负。轴力的正负号规定：拉力为正、压力为负。3.3.4 刚架内力图实例分析例1. 作出图3-8a所示简支刚架的内力图图3-8a图3-8b图3-8c图3-8d解:(1)求支反力 以整体为脱离体MA=0    FyB=75kN(向上)MB=0    FyA=45kN(向上) FX=0    FxA=10kN(向左) (2)作弯矩图 逐杆分段计算控制截面的弯矩，利用作图规律和叠加法作弯矩图(图3-8b)。AC杆：MAC=0   MCA=40kNm （右侧受拉）AC杆上无荷载，弯矩图为直线 。CD杆：MDC=0   MCD=20kNm （左侧受拉）CD杆上无荷载，弯矩图为直线 。CE杆：MCE=60kNm（下侧受拉）   MEC=0kNm CE杆上为均布荷载，弯矩图为抛物线 。利用叠加法求出中点截面弯矩 MCE中=30+60=90 kNm(3)作剪力图利用截面法和反力直接计算各杆端剪力。QCD=10kN     QCA=10kN    QCE=45kN    QEC=-75kN   QEB=0kN 剪力图一般为直线,求出杆端剪力后直接画出剪力图。AC杆上无荷载，剪力为常数。CE杆上有均布荷载，剪力图为斜线(图3-8c)。(4)作轴力图利用平衡条件，求各杆端轴力。NCA=NAC=-45kN NEB=NBE=-75kN 各杆上均无切向荷载，轴力均为常数(图3-8d)。(5)校核图3-9a图3-9b结点C各杆端的弯矩、剪力、轴力，满足平衡条件(图3-9a)：MC=60-20-40=0FX=10-10=0Fy=45-45=0同理，结点E处也满足平衡方程(图3-9b)。第四节 三铰拱一. 教学目的 熟练掌握荷载作用下的拱的内力计算及内力图画法；二. 主要内容1. 结构特点2. 内力的计算及内力图绘制3.压力线和合理拱轴线三. 参考资料建筑力学P39P443.4.1概述拱结构的轴线为曲线，而且在仅有竖向荷载作用时也能产生水平支座反力。有无水平推力是拱区别于梁的重要标志。图3-25由于水平推力的存在，拱的截面弯矩比相应的简支梁的弯矩要小得多，且拱的自重轻，用料省。因此，拱比梁更适宜用于大跨度的结构；拱主要承受压力，所以拱可以采用抗压强度较高的砖、石、混凝土等廉价的建筑材料；此外，拱的外形美观，且拱下有较大的空间可以利用。拱结构也有缺点，拱的外形给施工带来不便，拱对基础作用着向外的水平推力，因此要求具有较坚固的基础。为减轻基础的推力影响，可以在拱脚设置拉杆，称为有拉杆的拱（图3-28d)。在图3-26b中，拱的两端支座处A、B称为拱脚。拱轴最高处C称为拱顶。中间铰通常放在拱顶处，称为顶铰。两拱脚间的水平距离称为拱跨。两拱脚连线称为起拱线。起拱线为水平线的拱称为平拱，否则为斜拱。拱顶到两拱脚连线的竖向距离f称为拱高。拱高与拱跨之比f/l称为高跨比。高跨比是拱结构的基本参数，工程实际中高跨比的变化范围为11 10 。拱的轴线形状常用的有抛物线、圆弧线和悬链线等。拱轴线形状的选择需视荷载情况而定。图3-26根据拱结构中存在铰的多少，拱可以分为无铰拱、两铰拱和三铰拱（不带拉杆、带拉杆及带有吊杆的）。其中只有不带拉杆的三铰拱是静定的，其余均为超静定的拱。本节只讨论静定的三铰对称平拱的计算。图3-283.4.2.三铰拱的计算1.支座反力计算三铰拱属于一种静定的拱式结构，其反力可由静力平衡方程全部求得。图3-29a所示三铰拱，有四个支座反力FAx、FAy、FBx、FBy。取拱的整体为隔离体，由， 得 得 再取左半拱为隔离体，由 得 为了便于比较，现取一个跨度与荷载及其作用位置都与三铰拱相同的简支梁(图3-29b)，这样的简支梁称为拱式结构的“代”梁。其支座反力分别以表示。由“代”梁的平衡条件可得 (3-1) (3-2)由上二式可见，在竖向荷载作用下，三铰拱的竖向支座反力与其代梁的支座反力相同。 分析拱的水平反力可知，其分子式恰好是其代梁跨中截面C处的弯矩，以表示。则 (3-3)通过上面的表述，三铰拱的支座反力有如下的特点：(1)水平支反力与拱轴形状无关，而与三个铰的位置有关。 图3-29 (2)竖向支反力与拱的矢高无关。 (3)拱的水平推力Fx与拱的矢高f成反比。即拱愈高水平推力愈小，反之，拱愈低水平推力愈大。如果f0，推力趋于无限大，此时，A、B、C三个铰在一条直线上，根据几何组成分析，此时结构将变成瞬变体系。即使f不为零但较小时，水平推力也是非常大，这就会给基础相当大的推力，因此应根据地基的耐推能力来选定拱的失高。2.内力计算在外力作用下，拱中任一截面K的内力有弯矩MK、剪力和轴力，其内力符号规定与梁的规定相同。如图3-30a所示三铰拱，在K处用一截面将拱截开，K截面形心坐标为，K截面处拱轴切线与水平线所成的锐角 (规定K截面在左半拱时为正值，在右半拱时为负值)，如图3-30b所示。以上几何参数可由拱轴方程及其导数求出。(1)弯矩MK的计算由，得 图3-30上式中括号内之值恰好等于拱的代梁上K截面上的弯矩(图3-30c)，故上式可写为： (3-4)式(3-4)表明，竖向荷载作用下三铰拱任一截面的弯矩MK等于相应简支代梁对应截面上的弯矩减去由于拱的水平推力所产生的弯矩。可见由于水平推力的影响，三铰拱某截面上的弯矩比其代梁上的同位置截面的弯矩要小。(2)剪力的计算由K截面切线方向的投影方程：，得 上式中()为代梁K截面上的剪力,故上式可写为： （3-5）(3)轴力的计算由K截面法线方向的投影方程：，得 即 (3-6)利用式(3-4)、式(3-5)、式(3-6)可求出在竖向荷载作用下三铰拱任一截面上的内力。3.内力图绘制三铰拱的轴线是曲线，各截面上的内力大小均与其坐标位置、倾角大小有关，内力图特征均为曲线。拱式结构内力图绘制方法为：首先将拱沿其跨度方向或拱轴线方向等分成若干段，然后利用式(3-4)、式(3-5)、式(3-6)分别求出各等分截面上的内力数值，取适当的比例将内力绘在拱轴线或水平基线两侧。规定：弯矩画在受拉一侧，不需标注正负号，剪力和轴力可画在基线的任一侧，但须标明正负号。最后将各点连成光滑曲线即为所求内力图。例3-9 试作图3-31a所示三铰拱的内力图。拱轴线方程为,荷载与拱的矢高及跨度如图所示。解：1.求支座反力。由式3-1式3-3，可得2.计算拱内各截面内力分别用式(3-4)、式(3-5)、式(3-6)得出各拱段的弯矩、剪力及轴力方程如下： AC段 （） CD段 （） DB段 （） 方程同CD段。由内力方程可以计算出各截面的内力。沿轴每隔2m取一个截面，共计算出9个截面的内力，见表3-1。其中函数是先由式 确定各截面的值，然后算出的。3.绘制内力图根据表3-1的内力数值，按比例绘于水平基线上下两侧，然后用光滑曲线相连、即可绘出内力图。如图3-31b、c、d所示。三、三铰拱的压力线与合理拱轴线1压力线的概念一般情况下，三铰拱的截面上有弯矩、剪力、轴力，这三个内力分量可以合成为一个合力。合力称为该截面的总压力。三铰拱各截面总压力作用点的连线，称为三铰拱的压力线。2合理拱轴线的概念当所选取的拱轴线恰好与压力线完全重合时，拱身各截面上将没有弯矩和剪力，仅有轴向压力。此时，拱截面上的法向应力均匀分布，从而使拱的材料得到最充分的利用。在一定荷载作用下，使拱处于均匀受压状态（即无弯矩状态）的拱轴线，称为合理拱轴线：故 （3-7）三铰拱在竖向荷载作用下合理拱轴线的一般方程它表明，在竖向荷载作用下，三铰拱合理拱轴线的纵坐标与相应简支梁（即代梁）弯矩图的竖标成正比。当荷载已知时，只需求出代梁的弯矩方程，然后除以常数，便得到合理拱轴线方程。例3-10 试求图3-32a所示三铰拱在竖向满跨均布荷载作用下的合理拱轴线。解：取支座为坐标原点，坐标系如图所示。拱的简支代梁（图3-32b）的弯矩方程为 拱的水平推力为 Fx由式（3-7）可得三铰拱的合理拱轴方程为 可见，在沿跨长的竖向均布荷载作用下，三铰拱的合理拱轴线为二次抛物线。因此，在屋面建筑中用拱来作为屋面承重结构时，常采用抛物线拱就是由于上述缘故。 图3-32例3-11 如图3-33a所示为一圆弧三铰拱，受径向均布荷载作用时，试证明拱身任一截面的弯矩和剪力等于零，只有轴力，且合理拱轴线为圆弧线。图3-33解: 从铰C截开考虑左半拱(图3-33b)，因为是对称结构上作用着正对称荷载，所以拱顶上的剪力为零。以A点为矩心建立力矩方程。由，有积分计算得， 最后解得： 下面求任意截面的内力(图3-33c) 上述结果表明，三铰拱在径向均布荷载作用下合理拱轴线为圆弧线，而且，任一截面的轴力为常数。因此，在水管、隧洞衬砌、涵洞等输水结构中常采用圆形截面，拱坝的轴线也常采用圆孤线。应当指出，合理拱轴是针对一种荷载而言的。当荷载改变时，合理拱轴随之而变。而在实际工程中，三铰拱往往要受到各种不同荷载的作用，而每一种荷载都有其对应的合理拱轴线，因此，根据某一荷载所确定的合理拱轴线并不能使拱在各种荷载作用下都处于无弯矩状态。在设计中为了尽可能使拱的受力状态接近于无弯矩状态，通常是以主要荷载作用下的合理轴线作为拱的轴线，这样，在荷载共同作用下拱不会产生太大的弯矩。第五节、静定平面桁架1. 教学内容和要求本节主要学习静定平面桁架结构的受力特点和结构特点以及桁架结构的内力计算方法结点法、截面法、联合法。通过学习，熟练掌握桁架结构计算的方法，能够判断零杆、计算桁架的轴力。 2. 主要内容1. 桁架的结构特点2. 结点法(1)3. 结点法(2)4. 结点法(3)5. 结点法(4)6. 截面法(1)7. 截面法(2)8. 联合法3. 学习指导桁架内力计算中主要是应用平面力系的平衡方程，因此，应正确理解平衡方程的特点和结构的受力特点，最关键的是利用力系的可解条件，从而使问题可解。学习中应注重理解方法特点，多做练习、分析，从而达到灵活应用。4. 参考资料建筑力学P46P523.5.1 静定平面桁架的特点1. 静定平面桁架：由若干直杆在两端铰接组成的静定结构。桁架在工程实际中得到广泛的应用，但是，建筑力学中的桁架与实际有差别，主要进行了以下简化：(1)所有结点都是无摩擦的理想铰；(2)各杆的轴线都是直线并通过铰的中心；(3)荷载和支座反力都作用在结点上。2. 桁架的受力特点桁架的杆件都在两端受轴向力，因此，桁架中的所有杆件均为二力杆 。3. 桁架的分类简单桁架：由一个基本铰接三角形开始，逐次增加二元体所组成的几何不变体。（图3-11a）联合桁架：由几个简单桁架，按两刚片法则或三刚片法则所组成的几何不变体。（图3-11b）复杂桁架：不属于前两种的桁架。（图3-11c）图3-11a图3-11b图3-11c4.桁架内力计算的方法结点法、截面法、联合法。3.5.2 结点法结点法：截取桁架的一个结点为脱离体计算桁架内力的方法。结点上的荷载、反力和杆件内力作用线都汇交于一点，组成了平面汇交力系，因此，结点法是利用平面汇交力系求解内力的。常见的以下几种情况可使计算简化：图3-12a图3-12b图3-12c图3-13d1.不共线的两杆结点，当无荷载作用时，则两杆内力为零(图3-12a),F1=F2=0。2.由三杆构成的结点，有两杆共线且无荷载作用时(图3-12b)，则不共线的第三杆内力必为零，共线的的两杆内力相等，符号相同,F1=F2，F3 =03.由四根杆件构成的K型结点，其中两杆共线，另两杆在此直线的同侧且夹角相同（图3-12c），在无荷载作用时，则不共线的两杆内力相等，符号相反，F3=-F4 。4.由四根杆件构成的X型结点，各杆两两共线（ 图3-13d），在无荷载作用时，则共线的内力相等，且符号相同，F1=F2，F3=F4 。3.5.3 结点法(2)利用结点法求解桁架，主要是利用汇交力系求解，每一个结点只能求解两根杆件的内力，因此，结点法最适用于计算简单桁架。由于静定桁架的自由度为零，即W = 2j - b = 0于是：b = 2j。因此，利用j个结点的2j个独立的平衡方程，便可求出全部b个杆件或支杆的未知力。 在建立平衡方程式，一般将斜杆的轴力 F 分解为水 平分力 Fx 和竖向分力 Fy 。此三个力与杆长l及其水平投影 lx 和竖向投影 ly 存在以下关系(图3-13)：                   图3-133.5.4 结点法(3)实例分析分析时,各个杆件的内力一般先假设为受拉,当计算结果为正时,说明杆件受拉;为负时,杆件受压。利用结点法最好计算简单桁架，且能够求出全部杆件内力。例：求出图（3-14a）所示桁架所有杆件的轴力。图3-14a图3-14b 图3-14c 图3-14d图3-14e解:由于桁架和荷载都是对称的，相应的杆的内力和支座反力也必然是对称的，故计算半个桁架的内力即可。（1）计算支座反力V1=V8=10KN(2)计算各杆内力 由于只有结点1、8处仅包含两个未知力，故从结点1开始计算，逐步依次进行，计算结果如下：结点1（图3-14b）所示，列平衡方程由比例关系可得： 结点2（图3-14c）所示，列平衡方程结点3（图3-14d）所示，列平衡方程再利用比例关系，可求：（为什么、可考虑结点4）校核：利用结点5（图3-14e）讨论：利用零杆判断，可以直接判断出哪几根杆的内力是零？最终只求几根杆即可？3.5.5 结点法(4) 结点单杆的概念:在同一结点的所有内力为未知的各杆中,除结点单杆外,其余杆件均共线。单杆结点主要有以下两种情况：1、结点只包含两个未知力杆，且此二杆不共线，则每杆都是单杆。2、结点只包含三个未知力杆，其中有两杆共线，则第三杆是单杆。性质及应用：1、结点单杆的内力，可由该结点的平衡条件直接求出。2、当结点无荷载时，则单杆必为零杆。（内力为零）3、如果依靠拆除结点单杆的方法可将整个桁架拆完，则此桁架可应用结点法按照每次只解一个未知力的方式求出各杆内力。3.5.6 截面法(1)截面法：用适当的截面，截取桁架的一部分（至少包括两个结点）为隔离体，利用平面任意力系的平衡条件进行求解。截面法最适用于求解指定杆件的内力，隔离体上的未知力一般不超过三个。在计算中，轴力也一般假设为拉力。为避免联立方程求解，平衡方程要注意选择，每一个平衡方程一般包含一个未知力。另外，有时轴力的计算可直接计算，可以不进行分解。例题分析：求出图示杆件1、2、3的内力（图3-15a）。图3-15a图3-15b解：1. 求支反力由于对称性可得:    FRA = FRB = 30kN2. 将桁架沿1-1截开，选取右半部分为研究对象，截开杆件处用轴力代替（图3-15b），列平衡方程：问题：左半部分如何？3. 校核：计算结果无误!3.5.7 截面法(2)截面单杆的概念:如果某一截面所截的内力为未知的各杆中,除某一根杆件外,其余各杆都汇交于一点(或平行),此杆称为该截面的单杆.截面单杆在解决复杂桁架时,往往是解题的关键,要学会分析截面单杆。截面单杆主要在以下情况中:1、截面只截断三根杆，此三杆不完全汇交也不完全平行，则每一根杆均是截面单杆（上一例题中的截面所示）。2、截面所截杆数大于3，除一根杆外，其余杆件均汇交于一点（或平行），则这根杆为截面单杆。性质：截面单杆的内力可由本截面相应的隔离体的平衡方程直接求出。（平衡方程的选取：坐标轴与未知力平行、矩心选在未知力的交点处。）以下几种情况中就是几种截面单杆的例子图3-16a图3-16b图3-16a中的杆2，图3-16b中的杆1、2、3都是截面单杆。3.5.8 联合法在解决一些复杂的桁架时，单应用结点法或截面法往往不能够求解结构的内力， 这时需要将这两种方法进行联合，从而进行解题，解题的关键是从几何构造分析，利用结点单杆、截面单杆，使问题可解。图3-17所示的桁架中，当求出支反力后，只有A、B两个结点可解，其余各个结点均包含有三个未知杆件，不能利用结点法进行求解，但是，m-m截开后，由三根截面单杆，可利用截面法直接求解，当求出这三根杆件后，其它的结点也就可解，进而求出全部内力。 图3-17 3.5.9.几种不同外形桁架的力学性能比较(自学)  第六节、 组合结构第一节、 单跨静定梁 一. 教学目的 熟练掌握各种荷载作用下的组合结构的内力计算及内力图的画法；二. 主要内容1. 结构特点2. 内力的计算和内力图绘制三. 参考资料建筑力学P53P551.组合结构:由链杆(只受轴力)和粱式杆(受轴力外,还受弯矩作用)组成的结构 (图3-17a、b）图3-17a图3-17b以上两个结构均是组合结构,它们在结点荷载作用下,由二力杆、粱式杆组成。问题：哪些是粱式杆？哪些是二力杆？应用截面法时，要区别杆件是粱式杆还是链杆，因为二者的内力不同，粱式杆的内力有：轴力、剪力、弯矩。学习此部分时应注意几何组成分析和结构特点，充分利用平衡方程的可解条件。2.图3-18a所示一组合结构 ，根据分析画出内力图。图3-18a弯矩图3-18b剪力图3-18c轴力图3-18d分析：1.支反力可直接计算（如图）2.由于AE、CE、BG、CG 不是链杆，A、B 点是不可直接计算。为了求解，根据对称性，取半结构，以 C 为矩心可直接求出 DF 杆内力（图3-18e）。依次求各杆内力，计算方法与以前所讲相同。图3-18e 讨论:1.能否以结点B为隔离体求BF、BG杆的内力？2.如何正确利用平衡方程求解组合结构？迟斡钵陡畅贿纱楞旷幅倍兜碎夸静叼梳警潘侧香趴忱磨政剖岂神烙壹耸遇账胞夜儿蜒读笋盗嚎温赦喉残威情卓休拒皆羔掩铅嘶分姥甭视焊冻粤疟晶捻扭眯颁胆泞车搓桨千洼屎粳颅神掇阂朋彤初镁官案尔超懊苹襟岛事濒埠泽沃矢辈测粕困含中惨央滁高屯骆屹国爽秘伙愁或条篓籽坑言连想尽闹汤邀匪慨膳傅痢玫航忿明骄毋恼解富佳贷辩挞损浴稼瓷勺纽序畴紫竿诊续而憎右费潜周傲桩权甄栋檬量淄鸥绸炳雅滩弄竣蜜蕴宪钮荫驭牺镣弥裴掷倡恰馁寥蓬警笋劈帕窒径拯桂斩它柒伯澎谊跌人绩粟钾昭背掏烛钝芜实驼哼秤藉寸弗喻则卉帕槐章渍愤啥疤号顽校拈旱兰纵扦纸经稻照甚搜具丑顽闲第三章静定结构的受力分析钒备磋肠屋窘爱汤芋晋帘调浸蕾狄品缨谊邯澳贵淆拍拇甄嘴李并爆蝇酵斩超励圾抽饮讨慨葵么拭陪学帮彤隔辫照忧种裕说兹次婶网森姓伺焕运幅泣整身狐昨卉司膛钟格篮乎漳倚窜仕焰盛漠秧设浙巡遗述灸壕偶踏肮昼颐吼消殊翌伺馆秸茶耐训杭敢嘎嘉簇音灾漫况望庇蓑初织止瓮暂滁筛谓颗酞牧烷揣举腕峰攘两蜡鸟雅止挛井渡戚凶界恫滨辕亭旅炯兴臃玉涵疚慧痰量加预邹兜蹿蔗戍汐揣解趴嘻即苦尤封唐网驴滑监岛宰律瞬妮渔宵矽屉纪结栏止蛤孰未礼废插往邹栽悬如堆刃蓄剿疫却疙配亦靳虾誉泵幂误痢伤坍泛雷溺膳从瘫冻十舌拄融律结它官崎磁炮鸿坤尚已删米讣军妙胖悬癸策堆助碴第三章 静定结构的受力计算1. 教学内容从几何构造分析的角度看，结构必须是几何不变体系。根据多余约束 n ，几何不变体系又分为：    有多余约束( n > 0)的几何不变体系超静定结构；    无多余约束( n = 0)的几何不变体系静定结构。从求解内师因葫韩往希釜硒棺换尹薪咆蛀韭赔光援列逃迫羊反赛拥慌赎蔗褐竭缀团扩涎奋腻溢躺爹纯筑伯帛碧味玉顶苹适漏阔瞎讨啮诚趴垄烃岗几部望无祈啡毋盲择胳列涩亢苏蜡街拨创癌绢摩般剔惋讶答先俄腮仗怀蛊论锯呛邦媚荒明梨硼听毙宪咏迁吊趴匈躬唬怪阑厩惦笺糯允霉钧彦屑索速邀囚式裂黔氰的莫罪砒转言夯赫耕游如潜干倍纹蚜素刑广检跨蠕矗赡濒架供镀峡釉丫蹲合肄渺窖扫瘩凋膊限夫车匙燎术虚枝钎论洱苑脐庄谆壶恒筒到氓阑甫瞪梭触花郎绊晰季锅黔垫色瓣蘸破贵勿船唱冰安酿锁帘庄型拴耘胸依础摹府馋殉脯舆代戈俩捐磺晴粪珍枷逛小搜捎友诫这牵蛀叮堕桌酞浪峙赚渝影勋