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结构工程师基础科目(二)辅导:静定平面桁架(一)

|0·2009-10-19 15:27:29浏览1 收藏0

八、静定平面桁架

    ()理想平面桁架的假定及其按几何组成的分类。

    理想桁架应满足下面三个假定:1.各结点均为无摩擦的理想铰;2.各杆件轴线均为    直杆,且各通过铰的几何中心;3.荷载都作用在结点上。如图2―l0abc所示平面桁架均为理想桁架。

    符合上述假定的理想桁架的各杆只承受轴向力,横截面上只产生均匀的法向应力,与梁相比,受力合理,用料经济,自重较轻,可跨越较大的跨度。

    不符合上述假定的桁架,在杆件中会产生弯曲次应力,理论分析和实验表明,当桁架的杆件比较细长时,这种次应力与由轴力引起的应力相比所占比例不大。

    桁架按其几何组成可分为:

    简单桁架――从仅由三根杆件组成的三角形铰接单元出发,根据两元片规则,逐次扩展形成的桁架,如图210a所示。

    联合桁架――由两个或两个以上的简单桁架联合组成的桁架,如图210b所示。

    复杂桁架――不属于上述两类的桁架,如图210c所示。

桁架的有关术语表示在图210a中。

 

210

    ()平面桁架的内力计算

    1.节点法

    取桁架的节点为隔离体,由平面汇交力系的平衡条件求解各杆内力的方法。从理论上讲,任何静定平面桁架都可利用节点法求出全部杆件的内力,但为了避免求解联立方程,在每次截取的节点上不应超过两个未知内力。在简单桁架中,只要按两元片规则,循着各节点形成的顺序或相反的顺序,逐次应用节点法,在每个结点的平衡方程中,最多不会超过两个未知力。

    在计算中,有时可利用下面几种节点平衡的特殊情况。

    (1)两杆节点上无荷载,两杆内力均为零(2―11a)

    (2)三杆节点上无荷载,其中在同一直线上的两杆内力相等而方向相反,另一杆内力为零(2―11b)

    (3)四杆节点上无荷载,且四杆相交成两直线,则处在同一直线上的两杆内力相等,但方向相反(2―11c)

    (4)四杆节点上无荷载,其中两杆共线而另两杆处于此线的同侧且倾角相同,则处于共线杆同侧的两杆内力等值而反向(2―11d)

 

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211

 

    应用上述识别零杆的方法,容易看出图2―12a所示桁架中虚线所示的各杆均为零杆。

    2―12bc分别为对称桁架承受对称荷载和反对称荷载作用。根据对称结构在对称荷载(或反对称荷载)作用下,其内力为对称(或反对称)的特点,再根据上述识别零杆的方法,可知图中虚线所示的杆件为零杆。

 

在建立节点平衡方程时,对于斜杆轴力N,常可用其水平分力X或竖向分力Y作为未知数。再设斜杆长为l,其水平和竖向投影长度分别为lxly,则可得

    Nl  Xlx  Yly                                                              (2―9)

    由上式可从任一分力XY求出轴力N,也可由一个分力算出另一分力,以简化计算。

    [23]  用节点法求图2―13a所示桁架各杆轴力。

 

[]   

(1)求支座反力

    由整体平衡条件,得VA80kNHA0VB100kN

    (2)求桁架各杆轴力

    从只含两个未知力的节点A(或节点B)开始,再依次分析邻近节点。

    节点A(2―13b),设未知轴力为拉力,并采用NA2的水平分力XA2或竖向分力YA2作为未知数,则由

    ΣY0,得YA2=-VA―80kN

    再由式(2―9)

    XA2=-60kN

    NA2―100kN

    再由ΣX0,得NAl60kN

    节点1(2―13c),由该节点的平衡条件可得N1460kN(拉力)N1240kN(拉力)

    依次再考虑节点234567,每结点不超过两个未知力。至最后节点B时,各杆轴力均为已知,可据此节点是否满足平衡条件作为内力计算的校核。各杆轴力计算的结果标注在图2―13a上,拉力为正,压力为负。

 

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