福大结构力学课后习题详细答案(祁皑)

-.z.构造力学〔祁皑〕课后习题详细答案答案仅供参考第1章1-1分析图示体系的几何组成。1-1(a)〔a-1〕〔a〕〔a-1〕〔a〕解原体系依次去掉二元体后，得到一个两铰拱〔图〔a-1〕〕。因此，原体系为几何不变体系，且有一个多余约束。1-1(b)〔b〕〔b〕〔b-1〕〔b-2〕解原体系依次去掉二元体后，得到一个三角形。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。1-1(c)〔c〕〔c〕〔c-1〕〔c-2〕〔c-3〕解原体系依次去掉二元体后，得到一个三角形。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。1-1(d)〔d〕〔d〕〔d-1〕〔d-2〕〔d-3〕解原体系依次去掉二元体后，得到一个悬臂杆，如图〔d-1〕-〔d-3〕所示。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。注意：这个题的二元体中有的是变了形的，分析要注意确认。ABC1-1(ABCABAB〔e〕〔e-2〕〔e-1〕〔e-2〕〔e-1〕解原体系去掉最右边一个二元体后，得到〔e-1〕所示体系。在该体系中，阴影所示的刚片与支链杆C组成了一个以C为顶点的二元体，也可以去掉，得到〔e-2〕所示体系。在图〔e-2〕中阴影所示的刚片与根底只用两个链杆连接，很明显，这是一个几何可变体系，缺少一个必要约束。因此，原体系为几何可变体系，缺少一个必要约束。1-1(f)〔f〕〔f〕〔f-1〕〔f-1〕解原体系中阴影所示的刚片与体系的其它局部用一个链杆和一个定向支座相连，符合几何不变体系的组成规律。因此，可以将该刚片和相应的约束去掉只分析其余局部。很明显，余下的局部〔图〔f-1〕〕是一个几何不变体系，且无多余约束。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。1-1(g)〔g〕〔g〕〔g-1〕〔g-2〕解原体系中阴影所示的刚片与体系的其它局部用三个链杆相连，符合几何不变体系的组成规律。因此，可以将该刚片和相应的约束去掉，只分析其余局部。余下的局部〔图〔g-1〕〕在去掉一个二元体后，只剩下一个悬臂杆〔图〔g-2〕〕。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。1-1(h)〔h〕〔h-1〕〔h〕〔h-1〕解原体系与根底用一个铰和一个支链杆相连，符合几何不变体系的组成规律。因此，可以只分析余下局部的内部可变性。这局部〔图〔h-1〕〕可视为阴影所示的两个刚片用一个杆和一个铰相连，是一个无多余约束几何不变体系。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。1-1(i)〔i-1〕〔i〕〔i-1〕〔i〕解这是一个分析内部可变性的题目。上部构造中，阴影所示的两个刚片用一个铰和一个链杆相连〔图〔i-1〕〕。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。

1-1(j)〔j-1〕〔j〕〔j-1〕〔j〕〔j-2〕〔j-3〕〔j-2〕〔j-3〕〔j-5〕〔j-5〕〔j-4〕〔j-4〕解去掉原体系中左右两个二元体后，余下的局部可只分析内部可变性〔图〔j-1〕〕。此题中杆件比拟多，这时可考虑由根本刚片通过逐步添加杆件的方法来分析。首先将两个曲杆局部看成两个根本刚片〔图〔j-2〕〕。然后，增加一个二元体〔图〔j-3〕〕。最后，将左右两个刚片用一个铰和一个链杆相连〔图〔j-4〕〕，组成一个无多余约束的大刚片。这时，原体系中的其余两个链杆〔图〔j-5〕中的虚线所示〕都是在两端用铰与这个大刚片相连，各有一个多余约束。因此，原体系为几何不变体系，有两个多余约束。1-2分析图示体系的几何组成。1-2(a)〔a-1〕〔〔a-1〕〔Ⅰ、Ⅲ〕〔Ⅱ、Ⅲ〕〔Ⅰ、Ⅱ〕ⅠⅡⅢ〔a〕解本例中共有11根杆件，且没有二元体，也没有附属局部可以去掉。如果将两个三角形看成刚片，选择两个三角形和另一个不与这两个三角形相连的链杆作为刚片〔图〔a-1〕〕。则连接三个刚片的三铰〔二虚、一实〕共线，故体系为几何瞬变体系。1-2(b)〔〔Ⅱ、Ⅲ〕〔b〕〔b-1〕ⅢⅠⅡ〔Ⅰ、Ⅲ〕〔Ⅰ、Ⅱ〕解体系中有三个三角形和6根链杆，因此，可用三刚片规则分析〔图〔b-1〕〕，6根链杆构成的三个虚铰不共线，故体系为几何不变体系，且无多余约束。〔Ⅰ、Ⅲ〕〔〔Ⅰ、Ⅲ〕〔Ⅱ、Ⅲ〕〔Ⅰ、Ⅱ〕〔c〕〔c〕ⅢⅢⅢⅢⅡⅠⅠ〔c-1〕〔c-1〕解本例中只有7根杆件，也没有二元体或附属局部可以去掉。用三刚片6根链杆的方式分析，杆件的数目又不够，这时可以考虑用三刚片、一个铰和4根链杆方式分析〔图〔c-1〕〕，4根链杆构成的两个虚铰和一个实铰不共线，故体系为几何不变体系，且无多余约束。1-2(d)Ⅲ〔d-2〕〔d-1〕Ⅲ〔d-2〕〔d-1〕〔d〕〔d〕Ⅰ〔Ⅰ〔Ⅰ、Ⅱ〕〔Ⅱ〔Ⅱ、Ⅲ〕〔Ⅰ、Ⅲ〕解本例中有9根杆件，可考虑用三刚片6根链杆的方式分析。因为体系中每根杆件都只在两端与其它杆件相连，所以，选择刚片的方案比拟多，如图〔d-1〕和〔d-2〕所示。因为三个虚铰共线，体系为瞬变体系。第2章习题2-1试判断图示桁架中的零杆。2-1〔a〕FP1FP1FP1FP2(a-1)FP24aFP1aFP1FP2(a)解静定构造受局部平衡力作用，平衡力作用区域以外的构件均不受力。所有零杆如图〔a-1〕所示。IHIHFEDCBA(b)FPFPFP2FPFP2IHFEDCBAFPFPFP2FPFP2(b-1)解从A点开场，可以依次判断AB杆、BC杆、CD杆均为无结点荷载作用的结点单杆，都是零杆。同理，从H点开场，也可以依次判断HI杆、IF杆、FD杆为零杆。最后，DE杆也变成了无结点荷载作用的结点D的单杆，也是零杆。所有零杆如图〔b-1〕所示。2-1(c)(c)(c)2Fpaal=6×aFpFp(c-1)(c-1)ABCDEFGHIJKLMNOPQRST2FpFpFp解该构造在竖向荷载下，水平反力为零。因此，此题属对称构造承受对称荷载的情况。AC、FG、EB和ML均为无结点荷载作用的结点单杆，都是零杆。在NCP三角形中，O结点为"K〞结点，所以FNOG＝－FNOH〔a〕同理，G、H结点也为"K〞结点，故FNOG＝－FNGH〔b〕FNHG＝－FNOH〔c〕由式〔a〕、〔b〕和〔c〕得FNOG＝FNGH＝FNOH＝0同理，可判断在TRE三角形中FNSK＝FNKL＝FNSL＝0D结点也是"K〞结点，且处于对称荷载作用下的对称轴上，故ID、JD杆都是零杆。所有零杆如图〔c-1〕所示。第3章FPRoCFPRoCRRABθ1FPθ〔a〕〔b〕解由图〔a〕、〔b〕可知构造在单位力和荷载作用下的内力都是对称的，所以可只对一半进展积分然后乘以2来得到位移。令内侧受拉为正，则代入公式，得*3-2图示柱的A端抗弯刚度为EI，B端为EI/2，刚度沿柱长线性变化。试求B端水平位移。AAq0lN习题3-2图Bl=2m*1*〔a〕〔b〕00A解以左侧受拉为正，则A代入公式，得第4章4-1试确定以下构造的超静定次数。(a)(a)(a-1)(a-1)解去掉7根斜杆，得到图〔a-1〕所示静定构造。因此，原构造为7次超静定。(b)(b)(b-1)解去掉一个单铰和一个链杆，得到图〔b-1〕所示静定构造。因此，原构造为3次超静定。第5章5-1试确定图示构造位移法的根本未知量。解(a)n=2(a)n=2(b)n=1(c)n=2〔e)n=5〔e)n=5(f)n=2(d)n=35-2试用位移法作图示刚架的M图。BBCi2i2iDA根本构造习题5-2图习题5-2图30kN/mi2i2iDA4m2m2m3mBC60kN9090CA45BDMP图(kNm)45=1=1BAC2i2iD图4i6i第六章习题6-1用静力法作图示梁的支杆反力及内力、的影响线。第8章8-1试确定图示体系的动力分析自由度。除标明刚度杆外，其他杆抗弯刚度均为EI。除(f)题外不计轴向变形。习题8-1图解〔a〕3，〔b〕2，〔c〕1，〔d〕2，〔e〕4，〔f〕4，〔g〕3，〔h〕1，〔i〕48-2试确定图示桁架的自由度。习题8-2图解73321K450450llll习题6-1图*〔a〕FN3I.L.〔d〕I.L.13/5〔b〕FN1和FN2I.L.〔c〕MKI.L.3l/53l/53l/52l/53l/5解：(1)反力影响线(2)K截面的内力影响线第7章8-1试确定图示体系的动力分析自由度。除标明刚度杆外，其他杆抗弯刚度均为EI。除(f)题外不计轴向变形。习题8-1图解〔a〕3，〔b〕2，〔c〕1，〔d〕2，〔e〕4，〔f〕4，〔g〕3，〔h〕1，〔i〕48-2试确定图示桁架的自由度。习题8-2图解7第一章平面体系的几何组成分析一、是非题-.z.1、在任意荷载下，仅用静力平衡方程即可确定全部反力和内力的体系是几何不变体系。2、图中链杆1和2的交点O可视为虚铰。3、在图示体系中，去掉1—5，3—5，4—5，2—5，四根链杆后，得简支梁12，故该体系为具有四个多余约束的几何不变体系。4、几何瞬变体系产生的运动非常微小并很快就转变成几何不变体系，因而可以用作工程构造。5、有多余约束的体系一定是几何不变体系。6、图示体系按三刚片法则分析，三铰共线，故为几何瞬变体系。7、计算自由度W小于等于零是体系几何不变的充要条件。8、两刚片或三刚片组成几何不变体系的规则中，不仅指明了必需的约束数目，而且指明了这些约束必须满足的条件。9、在图示体系中，去掉其中任意两根支座链杆后，所余下局部都是几何不变的。-.z.二、选择题-.z.图示体系的几何组成为：A．几何不变，无多余约束；B．几何不变，有多余约束；C．瞬变体系；D．常变体系。1、2、3、4、三、分析题：对以下平面体系进展几何组成分析。1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、四、在以下体系中添加支承链杆或支座，使之成为无多余约束的几何不变体系。1、2、3、第一章平面体系的几何组成分析〔参考答案〕一、是非题：1、〔O〕2、〔*〕3、〔*〕4、〔*〕5、〔*〕6、〔*〕 7、〔*〕8、〔O〕9、〔*〕二、选择题：1、〔B〕 2、〔D〕3、〔A〕4、〔C〕三、分析题：3、6、9、10、11、12、14、17、18、19、20、22、23、25、27、28、30、31、32、33、34均是无多余约束的几何不变体系。1、2、4、8、13、29均是几何瞬变体系。5、15均是几何可变体系。7、21、24、26均是有一个多余约束的几何不变体系。16是有两个多余约束的几何不变体系。第二章静定构造内力计算一、是非题-.z.静定构造的全部内力及反力，只根据平衡条件求得，且解答是唯一的。2、静定构造受外界因素影响均产生内力，内力大小与杆件截面尺寸无关。3、静定构造的几何特征是几何不变且无多余约束。4、图示构造。5、图示构造支座A转动角，=0，=0。6、荷载作用在静定多跨梁的附属局部时，根本局部一般内力不为零。7、图示静定构造，在竖向荷载作用下，AB是根本局部，BC是附属局部。8、图示构造B支座反力等于P/2。9、图示构造中，当改变B点链杆的方向〔不通过A铰〕时，对该梁的影响是轴力有变化。10、在一样跨度及竖向荷载下，拱脚等高的三铰拱，水平推力随矢高减小而减小。11、图示桁架有9根零杆。12、图示桁架有：===0。13、图示桁架DE杆的内力为零。14、图示对称桁架在对称荷载作用下，其零杆共有三根。15、图示桁架共有三根零杆。16、图示构造的零杆有7根。17、图示构造中，CD杆的内力=－P。18、图示桁架中，杆1的轴力为0。19、图示为一杆段的M、Q图，假设Q图是正确的，则M图一定是错误的。-.z.二、选择题-.z.1、对图示的AB段，采用叠加法作弯矩图是：可以；B.在一定条件下可以；C.不可以；D.在一定条件下不可以。2、图示两构造及其受载状态，它们的内力符合：A.弯矩一样，剪力不同；B.弯矩一样，轴力不同；C.弯矩不同，剪力一样；D.弯矩不同，轴力不同。3、图示构造〔设下面受拉为正〕为：A.；B.－；qC.3；D.2。q2a2a4、图示构造〔设下侧受拉为正〕为：A.－Pa；B.Pa；C.－；D.。5、在径向均布荷载作用下，三铰拱的合理轴线为：A．圆弧线； B．抛物线；C．悬链线； D．正弦曲线。6、图示桁架C杆的内力是：A.P;B.－P/2;C.P/2;D.0。7、图示桁架构造杆1的轴力为：A.P；B.－PC.P/2；D.－P/2。8、图示构造(拉〕为：A.70kN; B.80kN;C.75kN; D.64kN。-.z.三、填充题-.z.1、在图示构造中，无论跨度、高度如何变化，MCB永远等于MBC的倍，使刚架侧受拉。2、图示构造支座A转动角，=______________，=______________。3、对图示构造作内力分析时，应先计算_______局部，再计算_______局部。4、图示构造DB杆的剪力=_______。5、图示梁支座B处左侧截面的剪力=_______。l=2m。6、图示带拉杆拱中拉杆的轴力=。7、图示抛物线三铰拱，矢高为4m，在D点作用力偶M=80kN.m，MD左=_______，MD右=________。8、图示半圆三铰拱，为30°，=qa(↑),=qa/2(→),K截面的=_______，=________，的计算式为_____________________。9、图示构造中，AD杆上B截面的内力=______，____侧受拉。右=______，右=________。10、图示构造CD杆的内力为______。11、三铰拱在竖向荷载作用下，其支座反力与三个铰的位置_______关,与拱轴形状________关。12、图示构造固定支座的竖向反力=。13、图示构造1杆的轴力和K截面弯矩为：，=(内侧受拉为正〕。14、图示三铰拱的水平推力H=。15、图示构造中，，。-.z.四、作图题：作出以下构造的弯矩图〔组合构造要计算链杆轴力〕。-.z.1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、作出以下构造的内力图-.z.五、计算题：-.z.计算图示半圆三铰拱K截面的内力，。：q=1kN/m，M=18kN·m。计算图示抛物线三铰拱K截面的内力，，拱轴方程为：y=4f*(l-*)/.：P=4kN,q=1kN/m,f=8m,||=45°.图示三铰拱K截面倾角=〔sin=0.447,cos=0.894〕，计算K截面内力，。=4、计算图示半圆拱K截面弯矩。5、计算图示桁架中杆1、2、3的内力。6、计算图示桁架中杆1，2的内力。7、计算图示桁架中杆1,2的内力。8、计算图示桁架中杆1，2，3的内力。9、计算图示桁架杆1、2的内力。10、计算图示桁架杆1、2、3的内力。11、计算图示桁架杆1、2的内力。12、计算图示桁架杆1、2的内力。13、计算图示桁架构造杆1、2的轴力。14、计算图示桁架构造杆1、2的轴力。15、计算图示桁架杆1、2的轴力。16、计算图示桁架中a杆的内力，d=3m。17、计算图示桁架杆a、b的内力。18、计算图示桁架杆1、2的内力。19、计算图示桁架杆件a的内力。20、计算图示桁架杆a、b的内力。21、计算图示桁架杆1、2的内力。22、计算图示桁架各杆轴力及反力。23、作图示构造的M图并求杆1的轴力。24、作图示构造的M图并求链杆的轴力。m。25、作图示构造弯矩图。第二章静定构造内力计算〔参考答案〕一、是非题：1、〔O〕 2、〔*〕 3、〔O〕 4、〔O〕 5、〔O〕6、〔O〕 7、〔*〕 8、〔*〕 9、〔O〕 10、〔*〕11、〔O〕 12、〔O〕 13、〔O〕 14、〔*〕 15、〔*〕16、〔O〕 17、〔*〕 18、〔O〕 19、〔O〕二、选择题：1、〔A〕 2、〔B〕3、〔C〕4、〔C〕5、〔A〕6、〔A〕7、〔B〕8、〔B〕三、填充题：1、2外侧2、0，03、CB,CD(或ACD〕4、–8kN5、–30kN6、30kN7、–30kN·m，50kN·m 8、–30，–qa/2(, (–qa/2)cos(–30)–(qa/2)sin(–30) 9、Pd，下，–P，0 10、P11、有，无12、30kN〔〕13、，14、20kN15、4P,0四、作图题：1、2、3、4、M图(kN.m)5、6、M图(kN.m)M图(kN.m)7、8、M图M图9、10、M图M图11、12、M图M图13、14、M图15、16、M图17、18、M图19、20、22、23、24、25、26、27、28、M图〔〕M图(kN.m)29、