第七章 静定梁的内力与内力图(3)

2018-12-20 10:24

由式(2)知,M(x)是x的二次函数,说明弯矩图是一条二次抛物线,应至少计算三个截面的弯矩值,才可描绘出曲线的大致形状。

当 x?0 时, MA?0

ql2lMC?x?8 2 时, x?l 时, MB?0

根据以上计算结果,画出弯矩图,如图7-13c所示。

从剪力图和弯矩图中可知,受均布荷载作用的简支梁,其剪力图为斜直线,弯矩图为二次抛物线;最大剪力发生在两端支座处,绝对值为

QMmax??1ql2;而最大弯矩发生在剪力为零的跨中截面上,其绝对值为

max12ql8。

结论:在均布荷载作用的梁段,剪力图为斜直线,弯矩图为二次抛物线。在剪力等于零的截面上弯矩有极值。

【例7-5】 简支梁受集中力作用如图7-14a所示,试画出梁的剪力图和弯矩图。

【解】(1)求支座反力 由梁的整体平衡条件

?MB?0, RA?Fbl(↑) Fal(↑)

?Y?RA?RB?F?FbFa??F?0ll

?MA?0,

RB?校核:

计算无误。

(2)列剪力方程和弯矩方程

梁在C处有集中力作用,故AC段和CB段的剪力方程和弯矩方程不相同,要

分段列出。

(a)

(b)

(c)

图7-14 例7-5图

AC段:距A端为x1的任意截面处将梁假想截开,并考虑左段梁平衡,列出剪力方程和弯矩方程为

Q(x1)?RA?Fb (0?x1?a)l (1) Fbx1 (0?x1?a)l (2)

M(x1)?RAx1?CB段:距A端为x2 的任意截面外假想截开,并考虑左段的平衡,列出剪力方程和弯矩方程为

Q(x2)?RA?F?FbFa?F?? (a?x2?l)ll (3)

Fa(l?x2) (a?x2?l)l (4)

M(x2)?RAx2?F(x2?a)? (3)画剪力图和弯矩图

根据剪力方程和弯矩方程画剪力图和弯矩图。

FbQ图:AC段剪力方程Q(x1)为常数,其剪力值为l,剪力图是一条

平行于x轴的直线,且在x轴上方。CB段剪力方程Q(x2)也为常数,其剪力值为

?Fal,剪力图也是一条平行于x轴的直线,但在x轴下方。画出

全梁的剪力图,如图7-14b所示。

M图:AC段弯矩M(x1)是x1的一次函数,弯矩图是一条斜直线,只

要计算两个截面的弯矩值,就可以画出弯矩图。

当 x1?0 时 MA?0

x1?a 时

MC?Fabl

根据计算结果,可画出AC段弯矩图。

CB段弯矩M(x2)也是x2的一次函数,弯矩图仍是一条斜直线。 当 x2?a 时

MC?Fabl

x2?l 时 MB?0

由上面两个弯矩值,画出CB段弯矩图。整梁的弯矩图如图7-14c所示。

从剪力图和弯矩图中可见,简支梁受集中荷载作用,当 a>b时,

Qmax?FaMl,发生在BC段的任意截面上;

max?Fabl,发生在集中

力作用处的截面上。若集中力作用在梁的跨中,则最大弯矩发生在梁的

跨中截面上,其值为:

Mmax?Fl4。

结论:在无荷载梁段剪力图为平行线,弯矩图为斜直线。在集中力作用处,左右截面上的剪力图发生突变,其突变值等于该集中力的大小,突变方向与该集中力的方向一致;而弯矩图出现转折,即出现尖点,尖点方向与该集中力方向一致。

【例7-6】 如图7-15a 所示简支梁受集中力偶作用,试画出梁的剪力图和弯矩图。

【解】(1)求支座反力 由整梁平衡得

?MB?0, ?MA?0,

RA?ml(↑)

ml(↓) (a)

RB??

校核:

?Y?RA?RB?mm??0ll

计算无误。 (2)列剪力方程和弯矩方程

在梁的C截面的集中力偶m 作用, (b) 分两段列出剪力方程和弯矩方程。

AC 段:在 A 端为x1的截面处 假想将梁截开,考虑左段梁平衡, (c) 列出剪力方程和弯矩方程为

Q(x1)?RA?m (0?x1?a)l (1) mx1 (0?x1?a)l (2)

M(x1)?RAx1?图7-15 例7-6图

CB段:在 A 端为x2的截面处假想将梁截开,考虑左段梁平衡,列出剪力方程和弯矩方程为

Q(x2)?RA?m (a?x2?l)l (3)

m(l?x2) (a?x2?l)l (4)

M(x2)?RAx2?m??(3)画剪力图和弯矩图

Q图:由式(1)、(3)可知,梁在AC段和CB段剪力都是常数,其

m值为l,故剪力是一条在x轴上方且平行于x轴的直线。画出剪力图如

图7-15 b所示。

M图:由式(2)、(4)可知,梁在AC段和CB段内弯矩都是x的一次函数,故弯矩图是两段斜直线。

AC 段:

当x1?0时, MA?0

x1?a时,

CB段:

MC左?mal

当x2?a时,

M2右??mbl

当x2?l时, MB?0

画出弯矩图如图7-15c所示。

由内力图可见,简支梁只受一个力偶作用时,剪力图为同一条平行线,而弯矩图是两段平行的斜直线,在集中力偶处左右截面上的弯矩发生了突变。

结论:梁在集中力偶作用处,左右截面上的剪力无变化,而弯矩出现突变,其突变值等于该集中力偶矩。

【小 结】

本节讲述了利用内力方程作梁的内力图的方法,理解做内力图的意义。

【课后作业】

教材:P135.习题2.

7.4 用微分关系画剪力图和弯矩图

【教学要求】

用微分关系绘制剪力图和弯矩图。

【重 点】

举例讲解用微分关系法绘制剪力图和弯矩图;

【难 点】

根据q和剪力与弯矩的关系,正确判定各梁段内力图的形状。

【授课方式】 课堂讲解 【教学时数】 共计2学时 【教学过程】

7.4.1 M(x)、FQ (x)、q(x)之间的微分关系

上一节从直观上总结出剪力图、弯矩图的一些规律和特点。现进一


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