1
?截面内力计算
?内 力 图 的 形 状 特 征
?叠 加 法 绘 制 弯 矩 图
?多跨静定梁
?静定刚架内力图
2
1、平面杆件的截面内力分量及正负规定
轴力 N 截面上应力沿轴线切向的合力
以拉力为正。
N N
剪力 Q 截面上应力沿轴线法向的合力
以绕隔离体顺时针转为正。
Q Q
弯矩 M 截面上应力对截面中性轴的力
矩。不规定正负,但弯矩图画
在拉侧。
M M
图示均为正的
轴力和剪力
2、截面内力 计算方法,内力的直接算式:
轴力 =截面一边的所有外力沿轴切向投影代数和。
剪力 =截面一边的所有外力沿轴法向投影代数和,如外力绕截面
形心顺时针转动,投影取正否则取负。
弯矩 = 截面一边的所有外力对截面形心的外力矩之和。弯矩及外
力矩产生相同的受拉边。
§ 3.1 截面内力计算
?
3
?例 ?:求截面 1、截面 2的内力
N2=50
N1=141× 0.707=100kN
Q1=
M1=125
(下拉 )
=- 50kN
- 141× cos45o
=812.5kNm
+141× 0.707× 10- 50× 5- 5/2× 52
Q2= - 141× sin45° =- 100kN
M2=
5m 5m
2
1
5kN/m
50kN
141kN
125kN.m
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
M2= 375kN.m (左拉)
45°
50× 5- 125- 141× 0.707× 5
=- 375kN.m
+5× 5- 141× 0.707
=- 25kN
50
+
?
4
dN/dx=- qx
dQ/dx=- qy qy向下为正
dM/dx=Q
微分关系给出了内力图的形状
特征
M M+dM
qy
Q Q+dQ
Δ
2),增量关系
N
N
N+
P
x
ΔN=- PX Q Q+ΔQ
P
y
ΔQ=- Py m
M
M+?ΔM
ΔM=m
增量关系说明了内力图的突变特征
3),积分关系,由微分关系可得
QB=QA- ∫qydx
MB= MA+∫Qdx
右端剪力等于左端剪力减去该段 qy
的合力 ; 右端弯矩等于左端弯矩加上该段
剪力图的面积
1 ),微分关系
dx
y
x
N N+dNqx
?
§ 3.2 载与内力之间的关系
5
内力图形状特征
无何载区段 均布荷载区段 集中力作用处
平行轴线
斜直线
Q=0区段 M图
平行于轴线
Q图
M图
备注
↓↓↓↓↓↓
二次抛物线
凸向即 q指向
Q=0处,M
达到极值
发生突变
P+

出现尖点
尖点指向即 P的指向
集中力作用截
面剪力无定义
集中力偶作用处
无变化
发生突变
两直线平行
m
集中力偶作用面
弯矩无定义


在自由端、铰支座、铰结点处,无集中力偶作用,截面弯矩
等于零,有集中力偶作用,截面弯矩等于集中力偶的值。
?
7

1)、简支梁情况
弯矩图叠加,是指竖标相
加,而不是指图形的拼合
M(x)=M′(x)+M ° (x)
竖标 M°,如同 M,M′一样
垂直杆轴 AB,而不是垂直
虚线 AB。!
MA MBq↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
MA MB
+MA MB
M′
MA MB
M′
M

?
§ 3.3 叠加法作弯矩图
8
2)、直杆情况
QA QB
(b)
(d)
因此,结构中的
任意直杆段都可以
采用叠加法作弯矩
图,作法如下:
?首先求出两杆端弯矩,连一虚线,
?然后以该虚线为基线,
?叠加上简支梁在跨间荷载作用下的弯矩图。
A B
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓MA MB
NA NB
(c)
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
QA° QB°
MA MB
MA MB
?
9
4kN·m
4kN·m
2kN·m
4kN·m
6kN·m
4kN·m
2kN·m
4kN·m
4kN·m
6kN·m 4kN·m
2kN·m
( 1)集中荷载作用下
( 2)集中力偶作用下
( 3)叠加得弯矩图
( 1)悬臂段分布荷载作用下
( 2)跨中集中力偶作用下
( 3)叠加得弯矩图
3m3m
4kN4kN·m
3m3m
8kN·m 2kN/m
2m
10
?L L?L
qL qL
?qL2
?qL2 qL2/8
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
qL q
A B D F
E
qL
qL


M图
Q图
ql
ql2/4
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
ql2/8
?
11
↓↓↓↓↓↓↓
10kN/m 15kN60kN.m
2m 2m 2m 2m
20
M 图 (kN.m)
30
55
5
30
30
m/2
m/2
m
?
12
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
8kN 4kN/m
A
B C
G
ED F
16kN.m
1m 1m 2m 2m 1m 1m
17
7
9


Q图( kN)
16
7
26
4
30 237
8 36.1
28
H
x
RA=17kN RB=7kN
4 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
8
8
8
CE段中点 D的弯矩 MD=28+8= 36kN.m,并不是梁中最大弯矩,梁中最大
弯矩在 H点。 Mmax=MH=36.1kN.m。 均布荷载区段的中点弯矩与该段内的
最大弯矩,一般相差不大,故常用中点弯矩作为最大弯矩!!
M图( kN.m)
由 QH=QC- qx=0 可得:
x= QC/q= 9/4= 2.25(m)
MH= MC+(CH段 Q图的面积)
= 26+9× 2.25÷ 2
= 36.1( kN.m)
?
13
(由基本部分及附属部分组成 )
将各段梁之间的约束解除仍能平衡其上外力的称为 基本部分,
不能独立平衡 其上外力的称为 附属部分,
附属部分是支承在基本部分的,其层次图为!!
A B G
HC D E
F↓↓↓↓↓↓↓↓↓
A B C D
E F
G H↓↓↓↓↓↓↓↓↓
ABC,DEFG是基本部
分,CD,GH是附属部分。
?
§ 3.4多跨静定梁
14
多跨静定梁是主从结构,其受力特点是,力作用在基本部
分时附属部分不受力,力作用在附属部分时附属部分和基本部
分都受力。 多跨静定梁可由平衡条件求出全部反力和内力,
但为了避免解联立方程,应先算附属部分,再算基本部分。
qa
a a a 2a a a a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q qa
qa qa
qa2qa qa/2qa/2
qa qa/2
-3qa/4 9qa/4
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q
?
15
qa
a a a 2a a a a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q qa
3qa/4 9qa/4 qa/22qa
qa
qa
qa
qa/4
7qa/4
qa/2
qa/2 qa/2
+ +
- - -
qa ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q qa
qa2
qa2 qa
2/2
qa2/2
qa2/2
Q图( kN)
M图( kN.m)
?
16
40kN 20kN/m
2m 2m 2m 1m 2m 2m 1m 4m 2m
80kN·m
A B C D E F G H
40
40 4020
20
50
40
M (kN·m)
40
17
例:确定图示三跨连续梁 C,D铰的位置,使边跨的跨中弯矩
与支座处的弯矩的绝对值相等
2 )2( xlq ?↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
?????? ??
??? 2
2
1
2
)2( qxxxlqM
B
↓↓↓↓↓↓
2 )2( xlq ? 2 )2( xlq ?
q
x l
l lx
A
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
G B C D E F
q
l/2
MG可按叠加法求得:
B
B
G M
MqlM ???
28
2
lx 6 33??qlqxxxlq 1222 )2(
22
???
qlM
B 12
2
?解得:
代入上式,解得:
MG
MG
?
18
A
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
G B C D E F
q
MG=ql2/12
MB=ql2/12
ql2/24l/2
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
MG=ql2/8
由于多跨静定梁设置了带伸臂的基本部分,这不仅使中
间支座处产生了负弯矩,它将降低跨中正弯矩 ;另外减少了附
属部分的跨度。因此多跨静定梁较相应的多个简支梁弯矩分
布均匀,节省材料,但其构造要复杂一些!!
?
19
22
qxqlQ ??o
222
2qx
xqlMqlY A ??? oo
q↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
l
YA°
斜梁:
x
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q
YA
Y Ao2ql?YA =
22
2qx
xqlM ?? =M°
由整体平衡:
YA
↓↓↓↓↓↓
x
M
N
Q
aa sinsin)2( oQxlqN ?????
aa coscos)2( oQxlqQ ???
由分离体平衡可得:
斜梁与相应的水平梁相比反力相同,对应截面弯矩相同,
斜梁的轴力和剪力是水平梁的剪力的两个投影。
?
20
l
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q
MA
MB
MB
MA ql2/8
斜梁的弯矩图也可用叠加法绘制,但叠加的是相应水平
简支梁的弯矩图,竖标要垂直轴线。
?
21
1、刚架的内部空间大,便于使用。
2、刚结点将梁柱联成一整体,增大了结构的刚度,变形小。
3、刚架中的弯矩分布较为均匀,节省材料。
一、刚架的特点
几何可变体系 桁架 刚架
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
ql2/8
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
ql2/8
?
§ 3-5 静定平面刚架
22
常见的静定刚架类型:
1、悬臂刚架 2、简支刚架
3、三铰刚架 4、主从刚架
?
23
二、刚架的反力计算(要注意刚架的几何组成)
1、悬臂刚架、简支刚架的反力由整体的三个平衡条件便可求出。
2、三铰刚架的反力计算
40220
2 qaYqaaYM
AAB ?????
? ??? 20 kNXXX BA
?? 943 kNqaYB? ???? 0qaYYY BA
6 ?? )(2 kN
qaX
A4? ?×?? 05.1 aXa
qaM
AC
整体平衡
左半边平衡
整体平衡
=3kN
反力校核
↓↓↓↓↓↓
a a
q
1.5a
A B
q=4kN/m
a=3m
C
YA YA
XA XB
0? 2
395.42325.4233
2
×?×?×?×?×?
2
2
?????? aYaXqaaXaYM BBAAC
?
24
a a a a
a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q
X1
Y1
O1
Y1X
1
O2
-qaX ?1qaY ?1 2? 0qaaXaYM O ???? 2111 22
Y X ? 11 -2aXaYM O ???? 112 02
q
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
?
25
3、主从刚架求反力:需要分析其几何组成顺序,确定基本
部分和附属部分。
4m2m2m
2m
2m
2kN
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
4kN/m
2kN
A
B
C D E
F
G
H
K
?
?
??
??
kNYY
kNYM
K
GK
20
300
? ?? kNXX K 10
? kNX A 3
? ?××?×?? XM AD 0124224
由附属部分 ACD
由整体
校核,?
????????? 04442222 KKAE YXXM
XA XK
YKY
G
?
26
三、计算刚架的杆端力时应注意的几点:
①注意内力正负规定。②正确地选取分离体。
③结点处有不同的杆端截面。各截面上的内力用该杆两端字
母作为下标来表示,并把该端字母列在前面。
8kN
1m
2m
4m
A
B
C
D
6kN
QDCNDC
MDC
8kN
QDA
NDAMDA
8kN
6kN
6kN
QDC=- 6kN
NDC=0
MDC=24kN.m(下拉)
QDB=8kN
NDB=6kN
MDB=16kN.m(右拉)
QDA=8kN
NDA=0
MDC=8kN.m(左拉)
④ 注意结点的平衡条件!!
QDB
NDB M
DB
8kN
6kN
D
B
?
27
QDC=- 6kN
NDC=0
MDC=24kN.m(下拉)
QDB=8kN
NDB=6kN
MDB=16kN.m(右拉)
QDA=8kN
NDA=0
MDC=8kN.m(左拉)
0
8kN8kN.m
- 6kN
0
24kN.m
8kN
6kN16kN.m
∑X = 8- 8 = 0
∑Y = - 6-(- 6) = 0
∑M = 24- 8 - 16 = 0!!
?
28
四、刚架内力图
①分段:根据荷载不连续点、结点分段。
②定形:根据每段内的荷载情况,定出内力图的形状。
③求值:由截面法或内力算式,求出各控制截面的内力值。
④画图:画 M图时,将两端弯矩竖标画在受拉侧,连以直
线,再叠加上横向荷载产生的简支梁的弯矩图。 Q,N图要标
+,-号;竖标大致成比例。
a
↑↑↑↑↑↑↑
a
q
A
BC
1、整体平衡求反力如图
qa
qa/2
qa/2
2、定形:
3、求值,NCA=qa/2,
QCA=qa- qa=0,
MCA=qa2/2(里拉)
NCB=0,
QCB=- qa/2,
MCB=qa2/2(下拉)
?
29
a
↑↑↑↑↑↑↑↑
a
q
A
BC
qa2/2
qa2/2
qa2/8
qa/2
qa



qa/2M图
N图
Q图
NCA=qa/2,QCA=qa- qa=0,
MCA=qa2/2(里拉)
NCB=0,QCB=- qa/2,
MCB=qa2/2(下拉)
- qa/2
0
qa2/2
0
qa/2qa2/2
校核:
满足:
∑X= 0
∑Y= 0
∑M= 0
qa
qa/2
qa/2
在刚结点上,各杆端弯矩和结点集中
力偶应满足结点的力矩平衡。尤其是两
杆相交的刚结点,无结点集中力偶作用
时,两杆端弯矩应等值,同侧受拉。
?
30
ql2
ql2/4
7ql2/8
ql2/8
3ql/8

3ql/2
11ql/8
3ql/8
M图
↑↑
↑↑↑↑↑↑↑ql2/2
q
A
B
Cql2/8
l/2l/2
l
ql
3ql/2
11ql/8
3ql/8
?
ql2/8
ql27ql2/8
3ql/2
11ql/8
3ql/8
Q图+

3ql/2
ql3ql/8
ql/2
3ql/2
11ql/8
3ql/8
N图
31
作刚架 Q,N图的另一种方法:首先作出 M图;然后取杆件
为分离体,建立矩平衡方程,由杆端弯矩求杆端剪力;最后取
结点为分离体,利用投影平衡由杆端剪力求杆端轴力。
↑↑↑↑↑↑↑↑
a
a
q
A
BCqa2/2
qa2/8
M图
qa2/2
QCB QBC
C Bqa2/2
∑MC= qa2/2+ QBCa=0
QBC=QCB=- qa/2
QCA
↑↑↑↑↑↑↑↑
QAC
qa2/2
q
∑MC= qa2/2+ qa2/2 - QACa=0
QAC=( qa2/2+ qa2/2 ) /a
=qa
∑MA= 0
Q CA=( qa2/2 - qa2/2 ) /a
=0
qa/2
0
NCB
NCA ∑X= 0,NCB = 0∑Y= 0,N
CA= qa/2 ∥ ?
32
6
QDC
Q CDD
C3kN 9kN
2kN 2kN
6 6
4.5
N图( kN)
M图( kN.m)
2 -
- 3
α
↓↓↓↓↓↓
3m 3m
3m
A B
q=4kN/m
1.5mCD
E
mll ECDC 35.352c o s51s i n ???? aa

2

1.79
Q图( kN)
∑MD=6- QCD× 3.35= 0
QCD=1.79(kN)=QDC
∑MC=6+3 × 4× 1.5+3.35QEC= 0
QEC= - 7.16kN
∑ME=6- 3 × 4 × 1.5+3.35QCE= 0
QCE= 3.58kN
↓↓↓↓↓↓↓
QCE
Q EC
4kN/mC
E

3.58
7.16


9
3
2
α 1.79
ND
C
kNN
NX
DC
DC
13.3
02s i n79.1c o s
??
????? aa
3.13
α
92
7.16
NEC
kNN
NX
EC
EC
82.5
05116.7522
??
?????

5.82
05279.1558.3 ?×??
45.0?? kNNCE
0sin)79.158.3(cos)13.3( ?????? aaNX CE
cos)58.379.1(sin)45.013.3( ??? aa??Y校核
NC
E
3.58
3.13 1.79
α α
0.45

?
33
a a a a a a
a
a
求图示联合刚
架的弯矩图。
解,1、求反力
6P
18P
6P
9P 9P
B
C
A
6P
18P
9P
2、求内部约束力
YB XB
YA
XA
取 ABC ①03020 ?????? PYXM AAB
取 BC ②01820 ?????? PYXM
AAC
解①②得,PYPX AA 214 ??
取 ABC
PYY
PXX
B
B
40
50
???
???
?
?
=5P
=4P
=14P
=2P
B
C
A
6P
18P
9P
YB XB
YA
XA
=5P
=4P
=14P
=2P 6P
9P5P
4P
4P 2P
同理可得右半部分的约束内力:
8Pa
8Pa
2Pa
2Pa
16Pa
4Pa
8Pa
8Pa
2Pa
2Pa
16Pa
4Pa
34
一、悬臂刚架 可以不求反力,由自由端开始作内力图。
l
l ql2
?ql2↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q
ql2 2q
2m
2m
↓↓↓↓↓
q
2q
6q
弯矩图的绘制
如静定刚架仅绘制其弯矩图,往往并不需要求出全
部反力,只需求出与杆轴线垂直的反力。
?
35
二、简支型刚架弯矩图
简支型刚架绘制弯
矩图往往只须求出一个
于杆件垂直的反力,然后
由支座作起 ql2/2
qa
qa2/2
qa2/2
q
l
注意,BC杆 CD杆的
剪力等于零,弯矩图
于轴线平行
ql2/2
q
l
q
l
l/2
l/2
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
D
q
A
B
C
a a
a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓
qa2/8
?
36
三、三铰刚架弯矩图
1 反力计算
1 整体
?MA= qa2+2qa2- 2aYB=0 (1)
2 右半边
?MB=0.5qa2+2aXB
- aYB=0 (2)
解方程 (1).(2)可得
XB=0.5qa YB=1.5qa
3 在由整体平衡
?X=0 解得 XA=- 0.5qa
?Y=0 解得 YA=0.5qa
2 绘制弯矩图
qa2
注,三铰刚架绘制弯矩图往往只须求一水平反力,然后由
支座作起!!
1/2qa2
0 q
qa
XA
YA YB
XBA
C
B
a a
a
a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
qa2/2
qa2/2
qa/2
?
37
YB
XB
RA
O
M/2
M
M/2
画三铰刚架弯矩图
注, 1,三铰刚架仅半边有荷载,另半边为二力体,其反力沿两
铰连线,对 o点取矩可求出 B点水平反力,由 B支座开始作弯矩图。
2:集中力偶作用处,弯矩图发生突变,突变前后两条线平行。
3:三铰刚架绘制弯矩图时,关键是求出一水平反力!!
?Mo=m- 2a× XB=0,得 XB=M/2a
A
C
B
a a
a
M
A B
C
?
38
q
l
l
l
B
C
三铰刚架弯矩图
qL2/4 qL2/4
=3/4qlA
O
整体对 O点建立平衡方
程得
∑MO=ql× 1.5l-
2lXA=0
得 XA=3ql/4
RB
?
YA
XA
39
qa
a a a 2a a a a
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
q qa
qa ↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q qa
qa2
qa2 qa
2/2
qa2/2
qa2/2
M图( kN.m)
A B H
C
D E
F G
四、主从结构绘制弯矩图时,可以利用弯
矩图与荷载、支承及连结之间的对应关系,
不求或只求部分约束力。
?
40
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
↓↓↓↓↓↓↓↓
q=20kN/m
2m
2m
3m
4m 2m 5m
绘制图示刚
架的弯矩图 A
B
C
D
E
F
20kN
80kN
20kN
120
90
120
60180
62.5
M图
kM.m
仅绘 M图,并不需要
求出全部反力,
然后先由 A.B支座开始
作弯矩图,
先由 AD
∑Y=0
得 YA=80kN
再由整体
∑X=0
得 XB=20kN
MEA=80× 6-?× 20× 62=120
120
60
180
?
41
A
aa a
a
a
a↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓ q
B
YB=0
YA=0
XA=4.5qa
XB=1.5qa
4.5qa2 5qa2
M图
h
a
P 2P
2P
a a 2a
Ph 2Ph 2Ph
Ph Ph
Ph
2Ph
右半边 ∑Y=0
YB=0→Y A=0
整体,∑MA= 0
3qa× a/2- XB× a= 0
XB=1.5qa
?
42
五、对称性的利用:对称结构在对称荷载作用下,
反力和内力都呈对称分布;对称结构在反对称荷载作
用下,反力和内力都呈反对称分布。
h
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
l/2 l/2
q
m m
h
m
ql2/8 ql2/8ql2/8
?
43
4m 2m 4m
2m
2m
2m
24kN.m
X
绘制图示结
构的弯矩图
o
kNX
XM O
6
0424
?
????
3kN
3kN
12
6
6 12
对成结构在
反对成荷载
作用下,弯
矩图呈反对
称分布。
12
4m 2m 4m
2m
2m
2m
24kN.m
X=6
12 12
1224kN.m
12
66
6
6
44
静定刚架的 M 图正误判别( 依据 )
利用上述内力图与荷载、支承和联结之间的对应关系,可在
绘制内力图时减少错误,
另外,根据这些关系,常可不经计算直观检查 M图的轮
廓是否正确。
① M图与荷载情况是否相符。
② M图与结点性质、约束情况是否相符。
③ 作用在结点上的各杆端弯矩及结点集中力偶是否满足平
衡条件。
提高效率。
?
45
↓↓↓
↓↓
↓↓
↓↓ q
P
A
B C
D
E
( a)
↓↓↓
↓↓
↓↓
↓↓
q
P
A
B C
D
E
( b)
A B
C
↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓
( e) A B
C
( f)
××
×
×
× ×
?
46
A
B
C DA
B
C D
m
m
( h)
m
B
A
C
( g)
m
m
×
×
×
?
47
↓↓↓↓↓↓
( 3)
( )
↓↓↓↓↓↓↓↓
( 5)
( )
( 1)
( )
( 2)
( )
( 4)
( )
( 6)
( )
××
×
×
× ×
√√
?
48

( 9)
( )
题 2-1图
( 10)
( )

( 11) ( )
↓↓↓↓↓↓↑↑↑↑↑
( 12)
( )

( 7)
( ) ( 8)( )
m m


?
49
1、已知悬臂梁的剪力图如图 a示。若梁上无外力偶作用,
下列论述正确的是 _______
A 梁上荷载情况如图 b所示
B YA=10kN,MA=20kN.m(上拉 )
C M图在 AB段为斜直线,
BC段为二次曲线
D 梁上各截面弯矩均为上侧受拉
E MB=0

2m 2m
↓↓↓↓↓↓↓↓↓
10kN/m
-Q图 (kN)
10
10A B
C
10kN
ABCE
?
50
↓↓↓↓↓↓↓↓
51
温故知新