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4.2

例题解析

【例题 4.1】 试求如图 4.1(a)所示外伸梁中 C D 左邻和右邻截面上的剪力和弯矩。

图 4.1 例题 4.1 图

【分析】 求解梁内力是正确绘制剪力和弯矩图的前提条件。通常求解梁横截面上的内力时,先要求支座反力。利用截面法求解梁内力时,通常假设所求内力的符号均为正的,这样求出来的结果符合内力正负规定,而无须说明,也可利用计算规律直接计算梁内力。

【解】 (1)求支座反力。

首先,解除支座约束,代之以约束反力,作受力图,如图 4.1(b)所示。设支座反力分别为 F C y F E y ,根据静力学平衡条件求得:

(2)求内力。

•方法一:利用截面法。

①欲求 C 左邻截面的内力,可沿 C 左邻截面将梁截开,取其左侧部分为研究对象,作受力图,如图 4.1(c)所示。截面上的内力按剪力和弯矩的正负号规定,均画成正的。列出静力平衡方程:

解得

②欲求 C 右邻截面的内力,同理,取其左侧部分为研究对象,作受力图,如图 4.1(d)所示。列静力平衡方程:

解得

③欲求 D 左邻截面的内力,同理,取其左侧部分为研究对象,作受力图,如图 4.1(e)所示。列静力平衡方程:

解得

④欲求 D 右邻截面的内力,同理,取其左侧部分为研究对象,作受力图,如图 4.1(f)所示。列静力平衡方程:

解得

•方法二:利用计算规律直接计算。

因为梁任一截面上的剪力和弯矩与该截面以左(或以右)梁上外力向该截面形心简化后的主矢和主矩大小相等、方向相反,所以梁内任一横截面上的剪力,在数值上等于该截面左侧(或右侧)梁上所有外力在垂直轴线方向上投影的代数和。梁内任一横截面上的弯矩,在数值上等于该截面左侧(或右侧)梁上所有外力(包括外力偶)对该截面形心的力矩的代数和。

C 左邻截面的内力:

C 右邻截面的内力:

D 左邻截面的内力:

D 右邻截面的内力:

【例题 4.2】 利用 q x )、 F S x )、 M x )之间的微分关系绘制如图 4.2(a)所示外伸梁的剪力图和弯矩图。

图 4.2 例题 4.2 图

【解】 (1)求支座反力。

首先,解除支座约束,代之以支座反力,作受力图,如图 4.2(b)所示。根据静力学平衡条件求得: F A y = 1.17 qa (↑), F B y = 3.83 qa (↑)。

(2)剪力图绘制(从左向右)。

A 截面上有向上的支座反力 F A y = 1.17 qa ,故 A 截面上的剪力向上突变,突变量为 1.17 qa A 处右邻截面的剪力为 F S A+ = 1.17 qa

AB 段梁上有向下的均布荷载 q ,剪力图为斜向下的直线,在 B 处左邻截面上的剪力为 F S B- =1.17 qa -3 qa =-1.83 qa

B 截面上有向上的支座反力 F B y = 3.83 qa ,故 B 截面上的剪力向上突变,突变量为 F S B =3.83 qa B 处右邻截面上的剪力为 F S B+ =-1.83 qa +3.83 qa = 2 qa

BC 段梁上无荷载作用,所以剪力为常量,均等于 F S B+ = 2 qa

(3)弯矩图绘制。

AB 段:梁上有向下的均布荷载 q ,所以弯矩图为向下凸的抛物线,且根据微分关系,剪力 F S = 0 处(即 x = 1.17 a 截面上),抛物线取得极大值 M max = 0.68 qa 2

A 截面无集中力偶作用, M A = 0。

B 处截面有支座反力,无集中力偶,故弯矩不发生突变,可计算得到 M B =- qa 2

三点以一向下凸的平滑抛物线连接即为此分段弯矩图。

BC 段:梁上无荷载作用,所以剪力为常量,故弯矩图为斜向下的直线。

C 截面上作用有逆时针的集中力偶,在弯矩图上产生突变,突变量为 qa 2 ,在 C 处左邻截面上的弯矩为 M C- qa 2

以直线连接 B C 两截面处的点,即为此分段弯矩图。 liwJ2tU9YQsNPyQbtrscfFqGG99JnW4wC1k9iC6kfluf/Gg3M8Wd10SQeYjt0JfK

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