《李其林结构力学——经典50问》(第10篇)
疑难点:快速画弯矩图的简支部分为什么不考虑支座上的力,这三个弯矩图是一样的吗?

结构力学保姆班的同学在快速画弯矩图时,提出了以下两个问题,请大家一起思考:
1. 练习题2-29,斜杆AC可以直接当做简支斜梁绘制弯矩图吗?是不是还要考虑附属部分CD给它的影响?

2. 例题2-16,两端铰结段BD,在B点受到集中力,BD弯矩图怎么画?20 kN对它有影响吧?不能当做普通的简支部分画吧?

我来将以上两个问题转译一下:分析练习题2-29的AC,例题2-16的BD隔离体时,有哪些力需要考虑?有哪些力对弯矩有影响?
在疑难点“快速画弯矩图时,均布荷载作用段什么时候应该当作简支部分,什么时候应该当作悬臂部分?”中,我们已经讨论过什么时候取杆端为简支部分,即两端弯矩已知的直杆段可以当做简支部分分析内力。
以上所讨论的杆端AC、BD都满足作为简支部分的条件。
因此先给出正确答案:

而简支斜梁受均布活载弯矩图、简支梁跨中受集中力偶弯矩图如下所示:

可见在用分段叠加法绘制AC、BD段弯矩图时,仅将其作为简支部分受荷载的弯矩图绘制即可,不需要考虑隔离体以外部分的影响。
我们不谈这些技巧,从最基础——隔离体平衡来进行分析。
练习题2-29的AC隔离体如下:

其中,Fp指同学所谓的“附属部分传过来的力”,我们把它当做已知量,对隔离体列平衡方程:

解得(以图中假设方向为正):

可见,所谓附属部分的影响Fp,只改变了Fcy的大小而已,换句话说,当我们把AC作为普通简支部分来考虑时,外部作用只会改变简支部分支反力的大小,而不会改变杆上任意截面弯矩的大小。
不信?我们就求弯矩看看,求上图中K截面弯矩:

取K截面以下的隔离体进行计算:

或取K截面以上的隔离体进行计算:
首先求Fp和Fcy的合力,由∑Ma=0,得

解得

而简支斜梁受均布活载作用中点弯矩正是

不论是从计算Mk的表达式中,还是最后的答案来看,所谓附属部分的影响Fp根本不影响简支部分的弯矩。
接下来,请同学自己分析练习题2-16 BD段隔离体,证明:
通过B铰作用在BD段的不会影响简支部分BD的弯矩图。

同理,对于以下各例,支座方向变化,支座上有外力作用,都不会影响杆段的弯矩图和剪力图,只是会影响轴力图,同学可以按以上介绍的隔离体平衡方程自行分析,理解记忆。

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