弹性方法计算内力例题_第3章Part3 叠加法作弯矩图、多跨静定梁的内力分析

本文介绍了利用叠加法简化内力分析的过程,特别是对于受均布荷载和集中荷载的直杆段,如何通过叠加原理减少控制截面的内力求解,从而更高效地绘制弯矩图。通过实例展示了叠加法在多跨静定梁分析中的应用,帮助读者掌握这一实用技巧。

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上节课学了结构内力图的绘制,就给我们班的学生布置了下面的几道作业:

e54ed0718d942812cb377d1c60a31911.png发现我们班的学生做的非常棒,倍感欣慰,附贴两份优秀的作业。

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之所以留了这几道题,目的有二:一是锻炼大家通过分段、求控制截面内力、根据荷载和内力的关系绘制结构弯矩图的基本能力,由于刚开始接触结构力学,一定要思路清晰,原理明白;二是通过绘制均布荷载作用下的直杆段弯矩图,来体会这个计算过程是有那么一点点的麻烦。这个时候,部分爱动脑的同学可能会在想,对于这种直杆段受均布荷载或者集中荷载的情况,是否有更简单一点的绘制弯矩图的方法呢?是否能少求几个控制截面的内力呢?

答案是肯定的,这就是我们下面要学习的叠加法作弯矩图。

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我们仍然从大家最熟悉的简支梁说起。假设该简支梁除了承受自重产生的均布荷载q外,还在两个杆端承受两个集中外力偶ME和MF。如何简便地作它的弯矩图内?

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根据叠加原理,我们知道,对于发生小变形的线弹性结构,几个荷载共同作用在结构上引起的结构内力或变形,等于各个荷载单独作用在结构上的内力或变形之和。因此,就可以将该简支梁上的荷载分成两组,分别求其引起的结构内力,进而通过叠加就可得到原结构的内力。

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简支梁仅承受两个杆端力偶的作用时,弯矩图为一条斜直线。简支梁仅承受跨间均布荷载作用时,弯矩图为一抛物线,分别如下图所示。将两个弯矩图进行叠加,过程如下:

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掌握了这个方法后,就会发现:直杆的任何区段均可采用叠加法作弯矩图!

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比如上一节课的那个例题,我们当时用截面法求了6个控制截面的内力,然后根据荷载和内力的关系作的弯矩图。学习了叠加法作弯矩图后,只需要用截面法求两个控制截面(C截面、D截面)的内力即可完成整个结构的弯矩图。

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为了巩固区段叠加法作弯矩图,再试试刚开始的那几道题吧?你会感觉到,掌握了叠加法作弯矩图,简直是太爽了!

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下面我们接着学习3.5节中的第一部分内容。

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我们先来认识一下什么是多跨静定梁?观察一下广西南宁第一座横跨邕江的大桥——邕江大桥,南宁人亲切地称其为”一桥“,它是我国第一座按苏联闭口薄壁构件理论设计的主跨55米的钢筋混凝土悬臂箱梁桥。

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大家仔细观察,会发现桥跨中间是有接缝的:

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对于上面的这个例题,有一点需要给大家说明的:当集中荷载作用在附属部分和基本部分之间的铰接点上时,对附属部分的内力是没有影响的,因此取隔离体时可以直接将该集中荷载作用到基本部分上。

大家再试着做一下下面这道题吧!

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详细计算过程此处不再赘述,直接公布答案喽。。。其实对于该题目,我们不用计算支座反力就能直接作出它的弯矩图!根据结构的弯矩图我们就能直接作出结构的剪力图!

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这个过程中用到的法宝就是结构荷载与内力的关系:

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对于该多跨静定梁,大家再来思考下面的两个问题:

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因此,不管静定结构有多复杂,我们都能采用我们的三大法宝进行其内力图的绘制:

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