欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

《李其林结构力学——经典50问》—桁架零杆问题

2021-08-14 09:28 作者:李其林老师  | 我要投稿

很多同学对“反对称荷载下,桁架被对称轴垂直平分的杆,何时为零杆?”这一问题感到十分混乱,我们通过以下例子来理解原理,分清类别。


本题杆1是零杆,杆2、杆3不是零杆

有同学认为,杆1和杆2杆3整体都是垂直且被对称轴平分的横杆,按照“对称轴处,垂直于对称轴的杆为零力杆”的结论,这三根杆都应该是零杆。


以上结论是由结点平衡和对称性要求推导出来的,那么我们就通过结点平衡和对称性要求来验证。


正对称结构,受反对称荷载,内力应该关于对称轴反对称。而桁架各杆内力只有轴力,所以,轴力应该关于对称轴反对称,因此,对称的两根杆AC、BE轴力应该大小相等,符号相反。


而对于对称轴处的截面,如1截面,在AB杆上,不可能它的左边受拉,右边受压,如果这样,则1截面无法平衡,如下图:



那么如何满足反对称要求呢?只能是轴力为零了,这样杆1的轴力才可能既满足反对称要求,又满足轴力自身的正对称要求。


接下来,再分析为什么杆2、杆3不是零杆。我们要注意区别,并不是杆2和杆3被平分了,对称轴处不是杆上的截面,而是铰D。


这时,我们要研究的是,杆2和杆3轴力大小相等,符号相反的这种情况可不可能出现,只要有可能,那就满足了反对称要求,杆2杆3就不一定轴力为零,也就是不一定是零杆。


分析如下:杆2和杆3轴力必须要满足的是D结点的平衡条件,我们任意假设一个常数,则当D结点连接的4根杆轴力如下图所示时,D结点可以平衡,且关于对称轴对称的杆1、杆2轴力大小相等,方向相反, 即此种轴力情况是可能的,各杆轴力关于对称轴反对称。该4杆不为零杆。

②本题杆1、杆2、杆3均是零杆


同学们切不可由第一类题目,推出“对称轴处是铰,则该铰连接的两根横杆不是零杆”的错误结论。


分析如下:首先,由T型结点知3杆为零力杆,则我们只需分析右图(b)。结点E是上一题已经讨论过的情况。这里只讨论杆1、杆2,我们知道,反对称要求杆1杆2的内力大小相等,符号相反。



如要满足反对称要求,则对结点B分析(见下图):即其不可能平衡,故唯一可能的情况,就是杆1杆2内力都为零。



反对称荷载作用下,垂直于对称轴处,在①只有一根杆时,②两根杆中间通过一铰连接,③三杆构成T型结点时,被对称轴垂直平分的杆是零杆,而在K型结点的情况下,被对称轴垂直平分的杆不是零杆。


1、练习题2-50 被对称轴垂直平分的杆1、杆2

2、练习题2-57 被对称轴垂直平分的杆1、杆2


如果你错过了之前的内容,可以在主页专栏中查看往期内容。

《李其林结构力学——经典50问》—桁架零杆问题的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律