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二、静定刚架
静定平面刚架的常见型式有简支刚架、悬臂刚架(图 3-39a 、 b )、三铰刚架(图 3 -39 c)和多跨(或多层)刚架(图 3 -39d )等。简支或悬臂刚架由单片刚接杆件与基础直接相连,它有三个支座反力。三铰刚架由两片刚接杆件与基础之间通过三个铰两两铰接而成,有四个支座反力;三铰刚架的一个重要受力特性是在竖向荷载作用下会产生水平反力(即推力)。多跨(或多层)静定刚架则与多跨静定梁类似,其各部分可以分为基本部分(如图 3-39d 中的 ACB 部分)和附属部分(如图 3 -39d 中的 DEF 部分)。
1 .简支和悬臂刚架的计算
简支和悬臂刚架(图 3 -39a 、 b )只有三个支座反力,内力分析时可先由整体刚架的三个平衡方程求出三个反力,再用截面法求出各杆件控制截面上的内力,最后根据内力图的形状特征作出内力图。对于刚架的悬臂部分,也可先不求支座反力,而直接用截面法求出悬臂杆各控制截面上的内力。
【3-13 】 计算图 3 -40( a )所示刚架,并作内力图。
(1)求支座反力
取刚架整体为隔离体,由平衡条件可得:
(2)求杆端内力
取 AB 杆为隔离体(图 3 -40b ) ,由∑mA=0、∑X=0和∑Y=0可得:
再取 BC 杆为隔离体(图 3 -40 。),由平衡条件同理可得:
(3)作内力图
AB 杆:为均布荷载区段,其弯矩图可利用分段叠加法作出。先绘出 A 端和 B 端的弯矩竖标,并连成虚线,再在虚线基础上叠加将 AB 段作为简支梁时作用均布荷载的弯矩值(跨中为 20×42 / 8 = 40kNm ) ,由于荷载向右,故叠加的抛物线应凸向右方。
BC 杆:跨中作用一集中荷载,其弯矩图也可采用分段叠加法作出。先绘出两端的弯矩竖标并连以虚线,再在虚线基础上叠加将 BC 杆看作简支梁时跨中作用集中荷载的弯矩图(跨中为 40 ×4 / 4 = 40kNm )。
刚架最后的弯矩图如图 3- 40 ( d )所示。
剪力图的绘制同样需逐杆进行。根据已求得的杆端剪力,按照单跨静定梁作剪力图的方法可作出各杆的剪力图如图 3 -40 (e)所示。
对于轴力图,由于各杆段所受的荷载均垂直于杆轴,故轴力沿整个杆段均保持不变,因此将各杆端轴力连成平直线即可得刚架的轴力图(图 3 一 40f )。
(4)校核
取节点 B 为隔离体(图 3 一 409 ) ,由:
可知该节点的杆端力矩满足平衡条件;再由
可知该结点同时又满足水平和竖向的投影平衡,故知计算无误。