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结构力学静定结构位移计算习题解答

6-1 求图示桁架AB 、AC 的相对转角,各杆EA 为常量。

解:(1)实状态桁架各杆的轴力如图(b )所示。

(b)(a)N(d )(c)题6-1N N(2)建立虚设单位力状态如(c )所示,求AB 杆的转角。

1113(2)82i P iAB i i P a P a P a N N l P a a a E A EA EA EA EAϕ⋅⋅⋅⋅-⋅-⋅⋅⋅==++⨯=∑(↺)(3)建立虚设单位力状态如(d )所示,求AC 杆的转角。

113(2)()(72i P i AC i iP a P a N N lPa a E A EA EA EAϕ⋅⋅⋅-⋅-⋅⋅==+⨯=∑(↺)故,AB 、AC 的相对转角为两杆转角之差:8(7(10.414AB AC P P P PEA EA EA EAϕϕϕ+-=-=-==-(夹角减小)6-2 求半圆曲梁中点K 的竖向位移。

只计弯曲变形。

EI 为常数。

方法一 解:(1)荷载作用下的实状态的约束反力如图(a )所示。

以任意半径与水平坐标轴的顺时针夹角为自变量,其弯矩方程为:sin (0)P M θθπ=-≤≤Pr(2)建立虚设单位力状态如(b )所示,其弯矩方程为:[]1cos )(0)2211cos()cos )()222i M πθθππθθθπ⎧≤≤⎪⎪=⎨⎪-=≤≤⎪⎩(r -r r -r (r +r(a)题6-2(3)积分法求半圆曲梁中点K 的竖向位移。

20233220022311cos )(sin )cos )(sin )2211cos )sin cos )sin sin sin 2)sin sin 2)2222cos 2i V Pk Pr Pr M M ds rd rd EIEI EI Pr Pr d d d d EI EI Pr EI πππππππππθθθθθθθθθθθθθθθθθθθ⋅-⋅-⋅∆==+⎡⎤⎡⎤=-⋅+⋅=-+⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦=-∑⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰(r -r (r +r (-(+(-(+(-11320211cos 2)cos cos 2)442Pr EI πππθθθ⎡⎤⎢⎥+-+=-↑⎢⎥⎣⎦()( 方法二:本题也可以只算纵向对称轴左边,再乘2。

题6-2(a)2033220033201sin )(Pr cos )221sin )cos cos sin 2)21sin cos 2)42i VP k M M ds rd EI EIPr Pr d d EI EI Pr Pr EI EI ππππθθθθθθθθθθθ⋅-⋅∆===-⋅=-=-+=-↑∑⎰⎰⎰⎰()(r -r (-(-(1 6-3 求梁的自由端的挠度。

EI 为常数。

方法一 :(积分法) 解:(1)荷载作用的实状态,以及坐标如图(a ),其弯矩方程为:()21(0)2M x qlx qx x l =--≤<(2)建立虚设单位力状态,以及坐标如图(b )所示,其弯矩方程为:()(0)i M x xx l =-≤<(3)积分法求梁自由端的竖向位移VB ∆。

方法二:(图乘法)6-4 求图示梁支座B 左右两侧截面的相对转角。

EI =常数。

题6-4M i (c)(b)M P解:(1)荷载作用的实状态,其弯矩图如图(b )所示。

(2)建立虚设单位力状态, 其弯矩图如图(c )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移VB ∆223121115()38224248i iB y ql ql ql l l EI EI EIωϕ⋅==-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=∑(↺↻) (b)(a)题6-32023043401()()21)21111)3824li V PB l lx qlx qx MM dx dxEIEIq lx x dx EI q ql lx x EI EI -⋅--⋅∆===⋅==+=↓∑⎰⎰⎰()(+()↓题6-3M i 图M P (a)(b)(c)6-5求图示悬臂梁的自由端的挠度。

523.8410kN m EI =⨯⋅。

(a)(c)(m)M i 图(kN ·M P 图(b)解:(1)荷载作用的实状态,其弯矩图如图(b )所示。

(2)建立虚设单位力状态, 其弯矩图如图(c )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移VC ∆3511122112(404(84)480(84)(4044)(4102)22333365606560 5.6910(m) 5.69mm()33 3.8410V i iC y EI EI EI EI EI ω-⋅⎡⎤∆==⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦===⨯=↓⨯⨯∑6-6 求简支梁中点K 的竖向位移。

EI =常数。

M i(b)M P题6-64解:(1)荷载作用的实状态,其弯矩图如图(b )所示。

(2)建立虚设单位力状态, 其弯矩图如图(c )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移VK ∆22241311122()()()3164222883232848V i iky ql l l l ql l l ql l ql EI EI EI EI EIω⋅∆==⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=↓∑6-7 求图示刚架结点K 的转角。

E =常数。

题6-7(b)(c)解:(1)荷载作用的实状态,其弯矩图如图(b )所示。

(2)建立虚设单位力状态, 其弯矩图如图(c )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移K ϕ222233333111111121()()()()34422434423438425()96896192192i iK y ql ql ql ql l l l l EI E I EI E I E I ql ql ql ql ql EI EI EI EI EIωϕ⋅==-⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⋅⋅⋅=-+++=↵∑6-8求图示三铰刚架D 、E 两点的相对水平位移和铰C 两侧截面的相对转角。

EI =常数。

解:(1)荷载作用的实状态,其弯矩图如图(b )所示。

(2)建立虚设单位力状态, 其弯矩图如图(c )、(d )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移HDE ∆241112()()()242864H i iDEy l ql ql l EI EI EIω⋅∆==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-←→∑(4)图乘梁(b )、(d )求铰C 两侧截面的相对转角C ϕ 方法一:22231112(1)21(1)388388i iC y ql ql ql ql l l l EI EI EI EI EIωϕ⋅==-⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=-∑(↻↺) 方法二:实状态时C 处剪力为零223111(1)2(1)2383828i iC y ql ql l ql l EI EI EI EIωϕ⋅==-⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=-∑(↻↺) 6-10 求图示刚架结点K 的竖向位移。

62310kN m EI =⨯⋅。

题6-10解:(1)荷载作用的实状态,其弯矩图如图(b )所示。

(2)建立虚设单位力状态, 其弯矩图如图(c )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移VK ∆3611111221236012618063(6180)9(1806)(1212)(645)93322233231728017280 5.4910() 5.49()310V i i C y EI EI EI E I EI EI m mm EI ω-⋅∆==-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯⋅=-=-=-⨯=-↓⨯∑6-15 求图示组合结构K 的竖向位移。

EA =常数、EI =常数。

(a)12a21(f )12P2IPP 、P2PPa2题6-15212PP221解:(1)荷载作用的实状态如图(a) 所示;用I-I 截面切开三链杆取右边为研究对象如图(b) 所示,并求出此三链杆的轴力;其弯矩图如图(d )所示。

(2)建立虚设单位力状态如图(e) 所示;切开三链杆取右边为研究对象如图(f) 所示,并求出此三链杆的轴力;其弯矩图如图(h )所示。

(3)图乘梁(b )、(c )求自由端的竖向位移VK ∆111()()1122()334i V i i P Ky N N EI EA EI EI EA EA EA EA ω⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯⋅⋅∆=+=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+++=-↑∑∑梁式杆链杆222222()()2222P P P a a aPa a Pa a Pa a a6-17图示三铰刚架内部温度升高t o C ,材料的线膨胀率为α。

求中间铰C 的竖向位移。

各杆截面高度h 相同,EI =常数。

题6-17图(b)h解:(1)实状态如图(a)所示,刚架内外侧温度差't t C=o,轴线温度升高02tt=Co(2)建立虚设单位力状态,1124N N N=-==-左右梁, 其弯矩图如图(b)所示。

(3)图乘梁(a)、(b)求中间铰C的竖向位移'2211112()()(22)222424242535335()8888/108i iVC N Mttht t t l l ll l lhtl tl tl tl tlh lααωωαααααααα∆=±±⨯=-⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=--=--=-↑∑∑6-20 图示桁架中杆件AK在制造时比原设计长度做长了5mm,求由此引起的K点的水平位移。

题6-20图解:(1)实状态如图(a)所示,桁架中AK杆在制造时比原设计长度做长了5mm。

(2)建立虚设单位力状态,先求出反力,再利用结点法求出该状态AK杆的轴力。

(3)图乘梁(a)、(b)求中间铰C的竖向位移5 5.5355()()VC iN∆=±⋅∆==→∑mm6-22 图示刚架支座A发生水平位移1∆、竖向位移2∆及顺时针向转角φ,求由此引起的刚结点K的水平位移。

φ(a)△M解:①实位移状态如图6-22(a )所示。

②沿水平方向虚设单位力1=i P ,虚力状态如图6-22(b )所示。

1()01A A A X Y M l l =←==⨯=(↺)③由刚体的可能功方程,有:110H k A A X M ϕ⋅∆-⋅∆-⋅=1H C l ϕ∆=∆+→()。

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