静定平面桁架的内力计算解析课件

1、哈尔滨工业大学（威海）土木工程系曾森 博士/讲师Dr. Zeng Sen 2022/10/16静定平面桁架的内力计算Structural Mechanics (The 1st Part)Department of Civil EngineeringHarbin Institute of Technology at Weihai哈尔滨工业大学（威海）土木工程系结构力学电子教案哈尔滨工业大学（威海）土木工程系曾森 博士/讲师2022/桁架结构的组成2022/10/16 1基本概念结点法截面法联合法拱式桁架扩展内容基本概念桥面系：钢轨，枕木，纵、横梁联结系：上、下平纵联，横联，桥门架传力路径：列车荷

2、载钢轨枕木纵梁横梁主桁架桁架结构的组成2022/10/11 桁架结构的组成2022/10/16 2基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念弦杆：上弦杆，下弦杆腹杆：斜杆，竖杆上弦杆下弦杆竖杆斜杆跨度节间长度桁高拱式桁架桁架结构的组成2022/10/11 桁架的特性直杆铰接、结点受荷杆件只有轴力，没有弯矩和剪力实际结构和计算简图的差别2022/10/16 3结点存在刚性杆件轴线不可能绝对平直杆件的轴线在结点处不可能准确交于一点存在非结点荷载，比如自重结构空间作用基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架桁架的特性2022/10/11 主内力于次内力主内力：按理想桁架算得的杆件的轴力称为

3、主内力次内力：考虑了非理想因素而产生的内力称为次内力2022/10/16 466 1212 12 12 12 12 12 81.5 m1.8 m荷载单位：kN218468101214161173579111315基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架主内力于次内力2022/10/11 主内力于次内力2022/10/16 5起点终点桁架轴力刚架轴力误差(%)24-35.000-34.966 0.10 68-75.000-74.977 0.03 35 35.000 35.005-0.01 79 75.000 74.991 0.01 23 54.672 54.560 0.21 67 23

4、.431 23.392 0.17 65-30.000-29.958 0.14 109-12.000-11.981 0.16 基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架主内力于次内力2022/10/11 桁架的分类按维数分：平面桁架、空间桁架2022/10/16 6平面桁架空间桁架基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 桁架的分类按形状分2022/10/16 7平行弦桁架三角形桁架基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 桁架的分类按形状分2022/10/16 8抛物线桁架梯形桁架基本概念结点法截面法联合法

5、扩展内容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 桁架的分类按受力特点分2022/10/16 9梁式桁架：竖向荷载作用下不引起支座水平反力拱式桁架竖向荷载作用下引起支座水平反力基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 桁架的分类按几何组成分析2022/10/16 10简单桁架：由一个基本铰接三角形依次增加二元体而组成的桁架基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 桁架的分类按几何组成分析2022/10/16 11联合桁架：由几个简单桁架按几何不变体系的基本组成规则联合而成的桁架基本概念结点法截面法联合法扩展内

6、容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 桁架的分类按几何组成分析2022/10/16 12复杂桁架：不按简单桁架和联合桁架这两种方式组成的其它静定桁架基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架桁架的分类2022/10/11 杆端轴力的命名2022/10/16 13ABFNABFNBAXNBAYNBAFNAB：第一个下标“N”表示轴力 第二个下标“A”是本端编号 第三个下标“B”是它端编号轴力以杆件受拉为正！基本概念结点法截面法联合法扩展内容基本概念拱式桁架杆端轴力的命名2022/10/11 结点法 以一个结点为隔离体（研究对象），用汇交力系的平衡方程求解各杆内力的方法。202

7、2/10/16 1415 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法2022/10/16 1515 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE解：(1)取G结点为隔离体分析15 kNGFNGFFNGE方法一：利用三角函数基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法2022/10/16 1615 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE解：(1)取G结点为隔离体分析15 kNGFNGFFNGE方法二：利用相似三角形F

8、GE4/3 1 5/3 152520基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法2022/10/16 1715 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE解：(1)取G结点为隔离体分析15 kNGFNGFFNGE方法三：先计算斜杆轴力分力FNGE15 kN20 kN252015-20基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法2022/10/16 1815 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE解：(2)取F结点为隔离体分析252015-20FFNFCFNFG=-20 kN1

9、5 kNFNFE-2015基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法2022/10/16 1915 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE解：(3)取E结点为隔离体分析252015-20-201525201515FNEDFNECEFNEC=-50YNECXNEC-50403060基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法2022/10/16 2015 kN15 kN15 kN4 m4 m4 m3 mACFGBDE解：(4)取D结点为隔离体分析 (5)取C结点为隔离体分析 (6)取B、A结点为

10、隔离体分析 (7)取整体作为隔离体，求支反力，核实结果。252015-20-2015-50403060060-120-4575456045 kN120 kN120 kN基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 结点法基本原则：按与几何组成相反顺序逐步求解，逐次建立各结点的平衡方程。使得各结点未知内力的数目一定不超过独立方程数基本方法：以结点为隔离体，结点承受汇交力系的作用，列结点平衡方程基本思路：尽可能简化问题，一般先求内力，然后逐次列结点平衡方程2022/10/16 21基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架结点法2022/10/11 简化问题对称

11、性的利用 对称结构：结构的杆件以及支座对一个轴对称，则称该结构为对称结构。2022/10/16 222L2LLL基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架简化问题2022/10/11 简化问题对称性的利用 对称荷载：荷载的大小、作用点、方向都关于一个轴对称。2022/10/16 23对称结构在对称荷载作用下，内力和反力都对称2L2LLLFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架简化问题2022/10/11 简化问题对称性的利用 对称荷载：荷载的大小、作用点、方向都关于一个轴对称2022/10/16 24结点上无荷载2L2LLLFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法

12、拱式桁架简化问题2022/10/11 简化问题对称性的利用 反对称荷载：荷载的大小、作用点关于一个轴对称，对应位置的荷载方向相反2022/10/16 25对称结构在反对称荷载作用下，内力和反力都反对称2L2LLLFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架简化问题2022/10/11 简化问题对称性的利用 反对称荷载：荷载的大小、作用点关于一个轴对称，对应位置的荷载方向相反2022/10/16 262L2LLLFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架简化问题2022/10/11 简化问题对称性的利用 反对称荷载：荷载的大小、作用点关于一个轴对称，对应位置的荷载方向相

13、反2022/10/16 27FPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架简化问题2022/10/11 简化问题结点单杆、零杆结点单杆：以结点为平衡对象能仅用一个方程求出内力的杆件，称为结点单杆零杆：杆件轴力为零的杆件特殊结点2022/10/16 28L形结点T形结点等价T形结点FN1FN2=FN1FN3FN4=FN3FN2=-FN1FN1=-FN2FN3FN4FN3基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架简化问题2022/10/11 练习判断结构中的零杆2022/10/16 29FPFPFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架练习2022/10/11 练习计

14、算桁架各杆件内力2022/10/16 302FP4aa第一步：求支座反力第二步：判断零杆和单杆，简化问题第三步：逐次去结点，列平衡方程第四步：自我检查基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架练习2022/10/11 练习计算桁架各杆件内力2022/10/16 312FP2FPFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架练习2022/10/11 练习判断结构中的零杆2022/10/16 326aaa4FPFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架练习2022/10/11 练习求a杆的轴力2022/10/16 33FP4FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法

15、FPabFPa拱式桁架练习2022/10/11 练习判断结构中的零杆2022/10/16 34FPFPFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架练习2022/10/11 练习判断结构中的零杆2022/10/16 35aaaaFPFPFPFPFP/2FP/2FPFP/2FP/2基本概念结点法截面法联合法扩展内容结点法拱式桁架练习2022/10/11 截面法截取桁架的某一局部作为隔离体，由平面任意力系的平衡方程即可求得未知的轴力2022/10/16 36 对于平面桁架，由于平面任意力系的独立平衡方程数为3，因此所截断的未知轴力的杆件数一般不宜超过31234FPFPFPFPFP65 m

16、6 m基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面法2022/10/11 截面法2022/10/16 37解：(1)求支座反力 (2)以截面切开结构，取左边部分作为隔离体1234FPFPFPFPFP65 m6 m2.5FP2.5FPII基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面法2022/10/11 截面法2022/10/16 38解：(2)以截面切开结构，取左边部分作为隔离体FN13FPFP2.5FPFN4FN2O1O2=-3.75FP=3.33FP=0.65FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面法2022/10/11 截面法2022/10/16 39解：

17、(1)求支座反力 (2)以截面切开结构，取左边部分作为隔离体 (3)以截面切开结构，取左边部分作为隔离体1234FPFPFPFPFP65 m6 m2.5FP2.5FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面法2022/10/11 截面法2022/10/16 40解：(3)以截面切开结构，取左边部分作为隔离体FN3FPFP2.5FP？FN2=-0.50FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面法2022/10/11 截面法截断杆件时，可以考虑桁架的几何组成。在联系处切断，暴露出来的未知力数目一定少于独立方程数目这里强调的仍然是按与几何组成相反顺序求解的基本原则2022/

18、10/16 41FPFPFPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面法2022/10/11 截面单杆 截面法取出的隔离体，不管其上有几个轴力，如果某杆的轴力可以通过列一个平衡方程求得，则此杆称为截面单杆相交类型2022/10/16 42FPFPFPFPFPa基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面单杆2022/10/11 截面单杆相交类型2022/10/16 43aFPFPa基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面单杆2022/10/11 截面单杆平行类型2022/10/16 44FPFPa基本概念结点法截面法联合法扩展内容截面法拱式桁架截面单杆2022

19、/10/11 联合法 结点法和截面法各有所长。将两种方法联合使用更为方便2022/10/16 45FPFPaa截面法相交型结点法a截面法相交型基本概念结点法截面法联合法扩展内容联合法拱式桁架联合法2022/10/11 联合法用较简单的方法求指定杆件轴力，指出思路2022/10/16 46FPa2FPbFPFPFPFPFPFPFP8d2dabcd基本概念结点法截面法联合法扩展内容联合法拱式桁架联合法2022/10/11 联合法用较简单的方法求指定杆件轴力，指出思路2022/10/16 47FPFPabFPFPba基本概念结点法截面法联合法扩展内容联合法拱式桁架联合法2022/10/11 联合法K

20、式桁架，求a、b杆的轴力2022/10/16 486L 2LFP/2FP/2FPFPFPFPFPaFN2=-FN1FN1=-FN2b基本概念结点法截面法联合法扩展内容联合法拱式桁架联合法2022/10/11 拱式桁架的计算关键在于求支座反力：双截面法几何组成分析基本原则2022/10/16 492FPFP基本概念结点法截面法联合法扩展内容拱式桁架拱式桁架拱式桁架的计算2022/10/11 拱式桁架的计算2022/10/16 502FPFP2FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容拱式桁架拱式桁架拱式桁架的计算2022/10/11 拱式桁架的计算2022/10/16 512FPFP2FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容拱式桁架拱式桁架拱式桁架的计算2022/10/11 拱式桁架的计算2022/10/16 522FPFP2FP基本概念结点法截面法联合法扩展内容拱式桁架拱式桁架拱式桁架的计算2022/10/11 练习求a，b，c杆的轴力2022/10/16 5380 kN40 kN40 kN40 kNabc44 m24 mFNb=0；FNa=120 kN；基