竖向荷载剪力和轴力
李廉锟《结构力学》(上册)课后习题详解(5-7章)【圣才出品】
第5章静定平面桁架复习思考题1．桁架的计算简图作了哪些假设？它与实际的桁架有哪些差别？答：（1）桁架的计算简图假设①各结点都是无摩擦的理想铰；②各杆轴都是直线，并在同一平面内且通过铰的中心；③荷载只作用在结点上并在桁架的平面内。
（2）桁架的计算简图与实际桁架的差别①结点的刚性。
②各杆轴线不可能绝对平直，在结点处也不可能准确交于一点。
③非结点荷载（例如杆件自重、风荷载等）。
④结构的空间作用，等等。
2．如何根据桁架的几何构造特点来选择计算顺序？答：根据桁架的几何构造特点来选择计算顺序的方法（1）找出零杆根据节点的几何特征和外部受力特点判断出零杆。
（2）选择合适的方法求解桁架①用节点法解简单桁架时，在求出支座反力后，可按与几何组成相反的顺序，从最后的结点开始，依次倒算回去，便能顺利地用结点法求出所有杆件的内力。
②求解联合桁架时，用结点法将会遇到未知力超过两个的结点，可以先用截面法将联合杆件的内力求出，再用结点法求解其它杆件的内力。
③求解复杂桁架时，根据桁架的几何构造特点看，可先算出截面单杆的内力，再选择合适的计算方法求解剩余杆的内力。
3．在结点法和截面法中，怎样尽量避免解联立方程？答：在结点法和截面法中，尽量避免解联立方程的方法：（1）采用结点法时，为避免解联立方程，可改选投影轴方向或者改用力矩平衡方程（向力的汇交点取矩）。
（2）采用截面法时，使用力矩法的关键在于选取合理的力矩中心，因此应尽量选取多力汇交点作为力矩中心；使用投影法的过程中，应尽量选择多个力所在方向作为力分解的坐标轴。
4．零杆既然不受力，为何在实际结构中不把它去掉？答：在实际结构中不把零杆去掉的原因：（1）在实际结构中，工况更复杂，荷载不是一成不变的，荷载改变后，“零杆”可能变为非零杆。
因此，为了保证结构的几何形状在任何载荷作用下都不会改变，零杆不能从桁架中除去。
（2）在理想桁架（做了诸多假设）中“零杆”才是零杆，而实际结构中，零杆的内力也不是零，只是较小而已。
《轴力剪力弯矩》课件
弯矩：垂直于截面的力矩，用于描述物体在弯曲方向受到的力矩 关系：轴力、剪力和弯矩是相互关联的，它们共同作用于物体，影响物 体的变形和破坏。
Part Six
轴力剪力弯矩的应 用
在工程结构中的应用
轴力：用于计算梁、柱等构件的承载能力 剪力：用于计算梁、板等构件的抗剪强度 弯矩：用于计算梁、柱等构件的抗弯强度 轴力剪力弯矩的综合应用：用于计算复杂结构的承载能力和稳定性
剪力符号：F
剪力方向：垂直于截面
剪力作用：使物体发生剪 切变形
Part Four
弯矩
定义
弯矩是物体受力后产生的一种内力，通常用M表示 弯矩的大小与力的大小、力的方向、力的作用点有关 弯矩的方向与力的方向垂直，与力的作用点所在的平面平行 弯矩的作用效果是使物体产生弯曲变形
计算方法
截面法：将结构简化为平面截面，计算截面上的弯矩 积分法：将结构简化为连续体，通过积分计算弯矩 矩阵法：将结构简化为有限元模型，通过矩阵计算弯矩 数值法：通过数值模拟计算弯矩，如有限元分析、边界元分析等
符号规定
弯矩：表示弯 曲变形时截面
上的内力
符号：M，表 示弯矩
单位：牛顿·米 （N·m）
计算公式： M=F*L，其中 F为作用力，L
为力臂长度
单位
弯矩的单位是牛顿·米（N·m） 弯矩是衡量物体弯曲程度的物理量 弯矩的大小与物体的材料、截面形状、受力情况等因素有关 弯矩的计算公式为：弯矩=力×力臂
应变：单 位为m/m （米/米）
弹性模量： 单位为Pa （帕斯卡）
Part Three
剪力
定义
剪力：物体受到的平行于其表面的力 剪力方向：与受力面垂直 剪力作用：使物体发生剪切变形 剪力计算：通过剪力公式进行计算，如F=P*L
第4章 剪力墙结构的内力和位移计算
对折线型的剪力墙，当各墙段总转角不大于15º 除上述两种情况外，对平面为折线形的剪力墙， （α＋β≤15º）时，可近似地按平面剪力墙进行计 在十字形和井字形平面中，核心墙各墙段轴线错开距离a 算。 不应将连续折线形剪力墙作为平面剪力墙计算； 不大于实体连接墙厚度的8倍、且不大于2.5 m时，整片墙 当将折线形（包括正交）剪力墙分为小段进行 可以作为整体平面剪力墙来计算，但必须考虑到实际上存 在的错开距离a带来的影响，整片墙的等效刚度宜将计算 内力和位移计算时，应考虑在剪力墙转角处的 结果乘以0.8的系数，并将按整片墙计算所得的内力乘以 竖向变形协调。 1.2的增大系数。
均布荷载
进一步简化，将三种荷载作用下的公式 统一，式内系数取平均值，混凝土剪切模 量G＝0.4E，则上面子式可写成
EIeq
顶部集中荷载
EI q 1 9I q / H 2 Aq
在分配剪力时，整体悬臂墙的等效抗弯刚 度可直接由上式计算。
双肢墙的连续化计算方法
大多数建筑中，门窗洞口在剪力墙中排列整齐，剪力墙可以划分为许多墙肢与连梁。 将连梁看成墙肢间连杆并且沿着墙高离散为均匀分布的连续连杆，用微分方程求解， 称为连续连杆法。这是连肢墙内力以及位移分析的一种较好的近似方法。这种方法把 解制成曲线或者图表，使用也方便。
第4章 剪力墙结构的内力和位移计算
• 荷载分配及计算方法概述 • 整体墙计算方法 • 双肢墙和多肢墙的连续化计算方法 • 小开口整体墙及独立墙肢近似计算方法 • 带刚域框架计算方法
剪力墙结构平面及剖面示意图
荷载分配及计算方法概述
一、剪力墙在竖向荷载下内力 力传递路线：楼板—>墙 除了连梁内产生弯矩外，墙肢主要受轴向力 传到墙上的集中荷载按扩散角向下扩散倒整个 墙；因此除了考虑集中荷载下局部承受压力之 外，按照分布荷载计算集中力对墙面的影响 如果楼板中有大梁，传到墙上的集中荷载可按 45°扩散角向下扩散到整个墙截面。所以，除 了考虑大梁下的局部承压外，可按分布荷载计 算集中力对墙面的影响，见图。 当纵墙和横墙是整体联结时，一个方向墙上的 荷载可以向另一个方向墙扩散。因此，在楼板 以下一定距离以外，可以认为竖向荷载在两方 向墙内均匀分布。
框架在竖向荷载作用下内力计算
A2
q1=10kN/m
B2
ic2 1
ib 0.777 ic2 1
A1
B1
8000
A 2
B 2
ic2 1
ic2 1
q 1 = 8 k N / m
A 1
B 1
ib 0.777
ic1 0.801
ic1 0.801
A 0
8 0 0 0
B 0
3、用力矩分配法计算第二层开口框架
（1）计算分配系数：
➢ 根据算得的各杆端弯矩值，作最后的弯矩图并求得 相应的剪力图和轴力图。
例题：
1882 12
42.667kNgm
(3)循环过程:A1
B1
用力矩分配法计算顶层开口框架
（1）计算分配系数：
A 2结 点
S A 2 A1 4 (0 .9 ic 2 )
S A 2 B 2 4 ib
S 4 (0 .9 ic 2 ib ) 4 1 .6 7 7
A2
A 2 A 1
S A 2 A1 S
6、计算梁跨中弯矩，计算梁剪力，绘制框架M、V图
例题：
用分层法计算 图示框架的内力
1、计算梁柱线刚度
Ic
bh3 12
1 12
0.4 0.553
1 12
0.0666
Ib
bh3 12
1 12
0.3
0 .7 3
1 12
0 .1 0 2 9
ic1
EIc H1
1 1 5 12
0.0666 E
1 12
1 2
，以作校核；
' ik
1 2
iik iik
(i)
➢ 计算荷载作用下各杆端产生的固端弯矩MFik，并写在相 应的各杆端部，求出汇交于每一节点的各杆固端弯矩之 和MFi，把它写在该节点的内框中；
桥梁工程A题库
一、选择题1、最早的桥梁理论出现在( )时期。
A 东汉B 北宋 C. 唐朝 D 晋朝2、下列影响砼结构耐久性的，属于内因的是( )？A.水灰比B.砼的碳化C. 养护不到位D.钢筋腐蚀3、基础变位的影响属于( )？A.恒载B.附加力 C特殊荷载 D.活载4、长钢轨的纵向水平力属于( )？A.恒载B.附加力 C特殊荷载 D.活载5、钢钢轨的断轨力属于( )？A.恒载B.附加力 C特殊荷载 D.活载6、制动力和牵引力属于( )？A.恒载B.附加力 C特殊荷载 D.活载7、1.专用人行桥梁的人群荷载集度取 （ ）①3000N/m ②3500N/m③4000N/m ④4500N/m8. 以下公路桥梁荷载中，属于永久作用的是( )①汽车引起的土侧压力 ②温度作用③砼收缩和徐变 ④温度作用9．如果桥面铺装采用水泥混凝土，则其标号应比桥面板混凝土标号（ ）①高 ②低 ③相等 ④没有确定的要求10. 拱桥在竖向荷载作用下，主拱圈的内力主要为( )①弯矩 ②轴力③剪力 ④弯矩和剪力11．行车道路面设置横坡时通常采用( )①直线型 ②圆曲线 ③抛物线 ④悬链线12．以下哪种情况下桥上不必设置专门的排水设备？( )①桥面纵坡大于2%且桥长小于100m时②桥面纵坡大于2%且桥长小于50m时③桥面纵坡大于1%且桥长小于100m时④桥面纵坡大于1%且桥长小于50m时13. 公路桥梁上将长边和短边之比≥2的四边支承的板称为( )①多向板 ②双向板③单向板 ④铰接单向板14、我国的公路等级一共有（ ）①4个 ②5个③6个 ④3个15．连续梁桥在力学上属于（ ）①静定体系 ②超静定体系 ③静不定体系 ④前三者均不正确16. 关于连续梁桥，下列说法正确的是（ ）①跨中弯矩比同等跨度的简支梁大 ②一般情况下中跨小于边跨跨度③荷载作用下中间支点产生负弯矩 ④跨越能力比简支梁小17. 公路桥梁荷载中，汽车的制动力属于( )①基本可变荷载 ②永久荷载③其他可变荷载 ④偶然荷载18．桥面铺装设置双向横坡时，其坡度通常为（ ）。
建筑力学复习题答案
一、力学基础1、力的三要素是哪些？答：大小、作用点、方向。
2、二力平衡的条件？答：大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
3、作用力与反作用力的特点？答：大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
4、作用力与反作用力是一对平衡力吗？请简述二者的联系与区别。
答：作用力与反作用力不是一对平衡力。
联系：二者都是一对大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力。
区别：平衡力作用在同一物体上，作用力与反作用力分别作用在两个物体上。
5、取隔离体是一种常用的受力分析方法，即假想原结构沿某一截面截开。
将两部分隔离体在截面上的内力分别记为F和G，它们是一对（作用力与反作用力，不是平衡力）6、静力分析中，一般将物体简化为刚体。
刚体的特点是什么？答：刚体内部任意两点之间的距离始终保持不变，即不变形。
7、对平面内的某根杆件进行静力分析，能列几个独立的平衡方程？答：3个。
8、取平面结构的一个结点为隔离体进行静力分析，能列几个独立的平衡方程？答：2个。
9、在对实际结构的力学问题进行合理地简化后，作计算简图描述其力学模型。
杆件间的连接区是如何简化的？答：杆件的连接区通常简化为以下3种结点。
①铰结点。
被连接的杆件在连接处不能相对移动，可以相对转动。
以传递力，但不能传递力矩。
木结构的连接近似铰结点。
②刚结点。
被连接的杆件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动。
因此刚结点可以传递力，也可以传递力矩。
现浇钢筋混凝土的连接近似刚结点。
10、在对实际结构的力学问题进行合理地简化后，作计算简图描述其力学模型。
平面结构与基础间的连接区是如何简化的？答：结构与基础的连接区简化为以下四种支座。
①滚轴支座，也称可动铰支座。
被支撑的部分可以转动和水平移动，动。
因此滚轴支座只能提供竖向支反力。
②铰支座。
被支撑的部分可以转动，不能移动。
支反力。
③定向支座，也称滑动支座。
被支撑的部分可以沿一个方向平行滑动，因此定向支座可以提供反力矩和与滑动方向垂直的支反力。
④固定支座。
工程力学教学课件：2–2 轴力及轴力图
P P
5
一、概念 轴向拉压的外力特点：外力的合力作用线与杆的轴线重合。 轴向拉压的变形特点：杆的变形主要是轴向伸缩，伴随横向 缩扩。 轴向拉伸：杆的变形是轴向伸长，横向缩短。 轴向压缩：杆的变形是轴向缩短，横向变粗。
6
二、 工 程 实 例
7
8
内力
指由外力作用所引起的、物体内相邻部分之间分布内 力系的合成（附加内力）。
计算杆在截开面上的未知内力（此时截开面上的内力 对所留部分而言是外力）。
10
1. 轴力的概念: (在轴向载荷作用下，杆件横截面上的唯一 内力分量--就是轴力)
m
P
P
m
P
m FN
FN = P
m
P
m
P
m
P
m FN
FN = P
m
11
2. 轴力的正负规定: FN 与外法线同向,为正轴力(拉力) FN
FN与外法线反向,为负轴力(压力)
24
补充例题：
例题2-2：试作此杆的轴力图。
q
F
F
l
解： FR
F
l
2l
l
1
F2 q
3
1
F 2
3
F F'=2ql FR
F
FR = F
F F F
25
补充例题： FR = F FR = F FR = F
FR = F
1
F2
q
3
Fx
1
F2
3
FN1 = F
FN3 = F
F
Fq
F N2
F
x1
F F Fx1 l
杆件横截面面上的正应力由题目可见斜截面mm的方位角为40ommm50om于是斜截面上的正应力与切应力分别为应力方向如图示221引言22轴力及轴力图23拉压杆应力与圣维南原理第二章轴向拉伸和压缩24材料在拉伸和压缩时的力学性能25应力集中26失效许用应力与强度条件27胡克定律拉压杆变形28拉压静不定问题29连接部分的强度21引言工程中有很多构件例如屋架中的杆是等直杆作用于杆上的外力的合力的作用线与杆的轴线重合
框架结构内力与位移计算
《高层建筑结构与抗震》辅导材料四框架结构内力与位移计算学习目标1、熟悉框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的弯矩图形、剪力图形和轴力图形；2、熟悉框架结构内力与位移计算的简化假定及计算简图的确定；3、掌握竖向荷载作用下框架内力的计算方法——分层法；4、掌握水平荷载作用下框架内力的计算方法——反弯点法和D值法，掌握框架结构的侧移计算方法。
学习重点1、竖向荷载作用下框架结构的内力计算；2、水平荷载作用下框架结构的内力及侧移计算。
框架在结构力学中称为刚架，刚架的内力和位移计算方法很多，可分为精确算法和近似算法。
精确法是采用较少的计算假定，较为接近实际情况地考虑建筑结构的内力、位移和外荷载的关系，一般需建立大型的代数方程组，并用电子计算机求解；近似算法对建筑结构引入较多的假定，进行简化计算。
由于近似计算简单、易于掌握，又能反映刚架受力和变形的基本特点，因此近似的计算方法仍为工程师们所常用。
本章内容主要介绍框架结构在荷载作用下内力与位移的近似计算方法。
其中分层法用于框架结构在竖向荷载作用下的内力计算，反弯点法和D值法用于框架结构在水平荷载作用下的内力计算。
既然是近似计算，就需要熟悉框架结构的计算简图和各种计算方法的简化假定。
一、框架结构计算简图的确定一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，可以按照第四章所述的平面结构假定的简化原则，忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将框架结构简化为沿横方向和纵方向的平面框架，承受竖向荷载和水平荷载，进行内力和位移计算。
结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析，若作用于纵向框架上的荷载各不相同，则必要时应分别进行计算。
框架结构的节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。
在常见的现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区，这时节点应简化为刚接节点；对于现浇钢筋混凝土柱与基础的连接形式，一般也设计成固定支座，即为刚性连接。