§ 3-2 多跨静定梁多跨静定梁由相互在端部铰接、水平放置的若干直杆件与大地一起构成的结构。
一、多跨静定梁的组成及传力特征对上图所示梁进行几何组成分析:
AD杆与大地按两个刚片的规则组成无多余约束的几何不变体,可独立承受荷载;然后杆DF和杆FG也分别按两个刚片的规则依次扩大先前已形成的几何不变体。显然,杆DF是依赖于D以右的部分才能承受荷载,而杆FG是依赖于F以右的部分才能承受荷载的。或者说,杆FG被杆DF支承
,杆DF被杆AD支承。根据各杆之间这种依赖、
支承关系,引入以下两个概念:
基本部分,结构中不依赖于其它部分而独立与大地形成几何不变的部分 。
附属部分,结构中依赖基本部分的支承才能保持几何不变的部分。
把结构中各部分之间的这种依赖、支承关系形象的画成如图示的 层叠图,可以清楚的看出 多跨静定梁所 具有 的 如下 特征,
1 ) 组成顺序:先基本部分,后 附属部分 ;
2 ) 传力顺序:先附属部分,后基本部分 。
由于这种多跨静定梁的层叠图象阶梯,可称为阶梯形多跨静定梁。
二,多跨静定梁的内力计算多跨静定梁的内力总能由静力平衡条件求出。关键是按怎样的途径使计算概念清晰、简明。
例 3-2-1 计算图示多跨静定梁,并作内力图。
解:按层叠图依次取各单跨梁计算
∑MA=0 FCy× 4+(10- 5× √2× √2/2)× 6+20=0
FCy=- 12.5kN (↓)
∑MC=0 FAy× 4- 20
+(5× √2× √2/2- 10)× 2
=0 FAy=7.5 kN (↑)
∑Fx= 0
FAx+5× √2× √2/2=0
FAx=- 5kN (←)
说明:
(1)按层叠图从上往下的顺序,画各单跨梁的受力图,并按这个顺序逐一计算各单跨梁的约束力。
杆FG的约束力有3个,如简支梁的计算。
杆DF上没有直接作用的外荷载(注意铰D上作用的集中荷载 FP可放在铰的任意侧),但在F处有杆FG部分传来的已知约束力 FPy。该杆的计算相当于伸臂梁的计算,其上的荷载即是由其上的附属部分由约束处传来的已知约束力。
杆AD是整个梁的基本部分,有三个与大地相连的待求的支座约束力,其上除了有在D处由D以右部分传来的已知约束力,还有直接作用的外荷载 FP
和 m。该杆仍是伸臂梁的计算。
(2) 将所有单根梁的约束力求得后,即可将各单跨梁的内力图作出后汇集,也可先汇集成整体再一次作内力图。注意AC段上集中力偶作用时弯矩图的叠加特点。
(3) 当多跨静定梁的附属部分上有外荷载时,该外荷载将使该附属部分产生内力,并传给它以下的基本部分使其也产生内力;当在其基本部分上有外荷载时,该外荷载仅使该基本部分(及以下)产生内力,对其上的附属部分不产生内力 。
例 3-2-2 分析图示多跨静定梁可分解成单跨梁分别计算的条件,并作梁的 FQ,M图。
分析:(1)图示梁的荷载以及约束的方向,是竖向平行力系。一个平面平行力系只能列两个独立的平衡方程,解两个未知数。
(2)杆CE有两个与大地相连的竖向支座链杆,
当仅在竖向荷载作用下时,可维持这个平行力系的平衡。所以,杆CE在仅有竖向荷载的作用下,可视为与杆AB同等的基本部分。
解:(1)画层叠图
(2)计算各单跨梁的约束力按层叠图以次画出各单跨梁的受力图,注意杆
BC在杆端只有竖向约束力,并按由上向下的顺序分别计算。
(3)作内力图说明:本例中杆BC是不直接与大地相连的杆件,
称这类杆为 有悬跨多跨静定梁 。当仅有竖向荷载作用时,悬跨梁可视为附属部分;当是任意的一般荷载作用时,杆BC不能视为附属部分,杆CE部分也不能作为基本部分。
多跨静定梁小结了解多跨静定梁两种基本类型的几何组成特点。
多跨静定梁分层计算的目的,为了不解联立方程。
计算要点:按先附属,后基本的顺序。
一、多跨静定梁的组成及传力特征对上图所示梁进行几何组成分析:
AD杆与大地按两个刚片的规则组成无多余约束的几何不变体,可独立承受荷载;然后杆DF和杆FG也分别按两个刚片的规则依次扩大先前已形成的几何不变体。显然,杆DF是依赖于D以右的部分才能承受荷载,而杆FG是依赖于F以右的部分才能承受荷载的。或者说,杆FG被杆DF支承
,杆DF被杆AD支承。根据各杆之间这种依赖、
支承关系,引入以下两个概念:
基本部分,结构中不依赖于其它部分而独立与大地形成几何不变的部分 。
附属部分,结构中依赖基本部分的支承才能保持几何不变的部分。
把结构中各部分之间的这种依赖、支承关系形象的画成如图示的 层叠图,可以清楚的看出 多跨静定梁所 具有 的 如下 特征,
1 ) 组成顺序:先基本部分,后 附属部分 ;
2 ) 传力顺序:先附属部分,后基本部分 。
由于这种多跨静定梁的层叠图象阶梯,可称为阶梯形多跨静定梁。
二,多跨静定梁的内力计算多跨静定梁的内力总能由静力平衡条件求出。关键是按怎样的途径使计算概念清晰、简明。
例 3-2-1 计算图示多跨静定梁,并作内力图。
解:按层叠图依次取各单跨梁计算
∑MA=0 FCy× 4+(10- 5× √2× √2/2)× 6+20=0
FCy=- 12.5kN (↓)
∑MC=0 FAy× 4- 20
+(5× √2× √2/2- 10)× 2
=0 FAy=7.5 kN (↑)
∑Fx= 0
FAx+5× √2× √2/2=0
FAx=- 5kN (←)
说明:
(1)按层叠图从上往下的顺序,画各单跨梁的受力图,并按这个顺序逐一计算各单跨梁的约束力。
杆FG的约束力有3个,如简支梁的计算。
杆DF上没有直接作用的外荷载(注意铰D上作用的集中荷载 FP可放在铰的任意侧),但在F处有杆FG部分传来的已知约束力 FPy。该杆的计算相当于伸臂梁的计算,其上的荷载即是由其上的附属部分由约束处传来的已知约束力。
杆AD是整个梁的基本部分,有三个与大地相连的待求的支座约束力,其上除了有在D处由D以右部分传来的已知约束力,还有直接作用的外荷载 FP
和 m。该杆仍是伸臂梁的计算。
(2) 将所有单根梁的约束力求得后,即可将各单跨梁的内力图作出后汇集,也可先汇集成整体再一次作内力图。注意AC段上集中力偶作用时弯矩图的叠加特点。
(3) 当多跨静定梁的附属部分上有外荷载时,该外荷载将使该附属部分产生内力,并传给它以下的基本部分使其也产生内力;当在其基本部分上有外荷载时,该外荷载仅使该基本部分(及以下)产生内力,对其上的附属部分不产生内力 。
例 3-2-2 分析图示多跨静定梁可分解成单跨梁分别计算的条件,并作梁的 FQ,M图。
分析:(1)图示梁的荷载以及约束的方向,是竖向平行力系。一个平面平行力系只能列两个独立的平衡方程,解两个未知数。
(2)杆CE有两个与大地相连的竖向支座链杆,
当仅在竖向荷载作用下时,可维持这个平行力系的平衡。所以,杆CE在仅有竖向荷载的作用下,可视为与杆AB同等的基本部分。
解:(1)画层叠图
(2)计算各单跨梁的约束力按层叠图以次画出各单跨梁的受力图,注意杆
BC在杆端只有竖向约束力,并按由上向下的顺序分别计算。
(3)作内力图说明:本例中杆BC是不直接与大地相连的杆件,
称这类杆为 有悬跨多跨静定梁 。当仅有竖向荷载作用时,悬跨梁可视为附属部分;当是任意的一般荷载作用时,杆BC不能视为附属部分,杆CE部分也不能作为基本部分。
多跨静定梁小结了解多跨静定梁两种基本类型的几何组成特点。
多跨静定梁分层计算的目的,为了不解联立方程。
计算要点:按先附属,后基本的顺序。