第六章 静定平面桁架.ppt

第六章静定平面桁架 本章提要 本章主要介绍了桁架的特点 分类 静定平面桁架内力计算的基本方法 通过本章的学习应掌握 1 桁架的特点及理想桁架的假定 2 桁架内力计算的基本方法 结点法 截面法及其联合应用 本章内容 6 1桁架的特点及分类 6 2结点法计算桁架的内力 6 3截面法计算桁架的内力 6 4结点法与截面法的联合应用 6 5几种桁架受力性能的比较 6 1桁架的特点及分类 6 1 1桁架及其特点桁架是由直杆通过铰结点连接而成的链杆体系 各个杆件内主要受到轴力的作用 截面上应力分布较为均匀 可以充分发挥材料的作用 在工业建筑及大跨度公用建筑中的屋架 托架 檩条 以及桥梁结构工程中常采用桁架结构 图1 6 1 2桁架计算简图的假定实际的桁架结点构造形式多样 比较复杂 为便于计算 桁架的计算简图常采用下列假定 1 联结杆件的各结点都是理想铰结点 2 各杆件的轴线都是直线 都在同一平面内 并且都通过铰的中心 3 荷载和支座反力都作用在结点上 并位于桁架平面内 满足上述假定的桁架称为理想桁架 在绘制理想桁架的计算简图时 以轴线代替各杆件 以小圆圈代替铰结点 如图1所示 6 1 3桁架的分类 1 按照桁架的外形分类 平行弦桁架 如图2 a 所示 折线形桁架 如图2 b 所示 三角形桁架 如图2 c 所示 梯形桁架 如图2 d 所示 抛物线形桁架 如图2 e 所示 2 按照桁架的几何组成分类 简单桁架 以一个基本铰结三角形为基础 依次增加二元体而组成的无多余联系的几何不变体系 如图2 a d e 所示 联合桁架 由几个简单桁架按几何不变体系组成规则组成的桁架 如图2 c f 所示 复杂桁架 不属于简单桁架和联合桁架的桁架即为复杂桁架 如图2 b 所示 图2 6 2结点法计算桁架的内力 6 2 1桁架内力的正负号规定理想桁架中各杆件均为二力杆 杆件内力只有轴力 规定轴力以拉力为正 以压力为负 6 2 2结点法结点法是指以截取的结点为研究对象 根据外力和杆件内力组成的平面汇交力系平衡方程计算杆件内力的方法 实际计算时 可以先从未知力不超过两个的结点计算 求出未知杆的内力后 再以这些内力为已知条件依次进行相邻结点的计算 例1计算图示三角桁架各杆内力 图4 6 2 3零杆在桁架中 有时会出现轴力为零的杆件 它们被称为零杆 在计算之前先断定出哪些杆件为零杆 哪些杆件内力相等 可以使后续的计算大大简化 在判别时 可以依照下列规律进行 1 对于没有外力作用的两杆结点 则两杆均为零杆 如图4 a 所示 当外力沿其中一杆的方向作用时 该杆内力与外力相等 另一杆为零杆 如图4 b 所示 2 对于无外力作用的三杆结点 若其中两杆共线 则第三杆为零杆 其余两杆内力相等 且内力性质相同 均为拉力或压力 如图4 c 所示 3 对于四杆结点 当杆件两两共线 且无外力作用时 则共线的各杆内力相等 且性质相同 如图4 d 所示 图4 图5 图6 6 3截面法计算桁架的内力 6 3 1截面法用一假想截面将桁架分为两部分 其中任一部分桁架上的各力 包括外荷载 支座反力 各截断杆件的内力 组成一个平面一般力系 根据平面一般力系的平衡方程 即可求解被截断杆件的内力 图7 平面一般力系的三个独立平衡方程可求解三个未知量 所以一般情况所截断的杆件不应多于三个 且不全平行 不全相交 如图7示 特例 1 截面上被切断的未知轴力的杆件除一个外汇交于一点 该杆为单杆 2 截面上被切断的未知轴力的杆件除一个外均平行 该杆为单杆 假想截面不一定是平面 亦可为曲面 6 3 2截面法计算桁架的内力 例2计算图示桁架1 2 3杆的内力 例3计算图示桁架CD杆 HC杆的内力 解 1 求支座反力 Y 0 VA VB 4P 2 求CD杆的内力 作 截面 取左半跨为隔离体 ME 0 VA l 2 NCD h P 2 l 2 P 3a P 2a P a 0 NCD 8Pa h 3 求HC杆的内力 作 截面 取左半跨为隔离体 共有四个未知力 但除所求HC杆外 其余三杆同交于一点 因此 MI 0 VA 2a P 2 2a P a NHC h 2 0 NHC 12Pa h 6 4结点法与截面法的联合应用 如图所示 欲求图中a杆的内力 如果只用结点法计算 不论取哪个结点为隔离体 都有三个以上的未知力 无法直接求解 如果只用截面法计算 也需要解联立方程 为简化计算 可以先作 截面 如图所示 取右半部分为隔离体 由于被截的四杆中 有三杆平行 故可先求1B杆的内力 然后以B结点为隔离体 可较方便地求出3B杆的内力 再以3结点为隔离体 即可求得a杆的内力 例3计算图示桁架中 a b杆的内力 解 1 先取C点为隔离体 如图 b 所示 Y Va Vb 0 2 作 截面 取上部为隔离体 如图 c X 0 X 2P Hb Ha 0 由比例关系可知 Ha Va Hb Vb Na 2Ha Nb 2Hb 解得 Na 2P Nb 2P 6 5几种桁架受力性能的比较 通过对常见的几种桁架的内力分析可得出如下结论 平行弦桁架的内力分布不均匀 若各杆选用相同截面 则浪费了材料 若各杆截面不同 则增加了结点拼接的困难 但由于结点构造划一 杆长标准 所以仍广泛应用 如厂房吊车梁 支撑体系和铁路桥梁等 三角形桁架内力分布也不均匀 而且在端部结点中的弦杆内力较大 弦杆间的夹角较小 结点构 造复杂 但由于三角形桁架的外形符合一