社會學科教學心理學
[拼音]:hengjia
[英文]:truss
由一些用直杆組成的三角形框構成的幾體形狀不變的結構物。杆件間的結合點稱為節點(或結點)。根據組成桁架杆件的軸線和所受外力的分佈情況,桁架可分為平面桁架和空間桁架。屋架或橋樑等空間結構是由一系列互相平行的平面桁架所組成。若它們主要承受的是平面載荷,可簡化為平面桁架來計算。
平面桁架
組成桁架的杆件的軸線和所受外力都在同一平面上(圖1)。
平面桁架可視為在一個基本的三角形框上新增杆件構成的。每新增兩個杆,須形成一個新節點才能使結構的幾何形狀保持不變。這種能保持幾何堅固性的桁架叫作無餘杆(或叫無冗杆)桁架。如果只新增杆件而不增加節點,就不能保持桁架的幾何堅固性,這種桁架叫作有餘杆(或叫有冗杆)桁架。無餘杆桁架的條件是:
(n-3)=2(j-3),
式中n為桁架中杆件數,j為節點數。由於桁架的構造和受力情況比較複雜,為便於其內力計算,可採用下列幾個假設:
(1)桁架的節點都是光滑的鉸結點;
(2)組成桁架的杆件都是直杆,杆的軸線通過鉸結點;
(3)杆件自重和載荷都可視為分配作用到兩端節點上,使外力、支座約束力(見約束)都集中作用於節點。
鑑於上述假設,桁架中每一杆件都是二力杆。杆所受沿杆軸的壓力或拉力, 叫作桁架內力。 分析確定各杆所受的內力是工程設計所必要的。凡可用平衡方程求得杆件受力的桁架稱為靜定桁架,否則屬於靜不定問題。可以證明,無餘杆桁架是靜定桁架。分析靜定平面桁架的受力情況有以下兩種方法:
(1)截面法假設將桁架的某些杆件截斷,取出桁架的一部分作為研究物件。這部分桁架在外力和被截斷杆件的內力作用下保持平衡 (圖2)。可用平面任意力系的三個平衡方程
求出被截斷杆件中的未知內力。
(2)節點法假設將某一節點周圍的杆件截斷,取該節點作為研究物件,它在外力和被割斷的杆件內力的作用下保持平衡。節點上的外力和杆件內力(拉力和壓力分別用正和負號表示)組成一平衡的平面匯交力系,可用平面匯交力系的平衡方程
或力多邊形法求出被截斷杆件的內力(圖3,圖4)。
(3)麥克斯韋-克雷莫納法英國物理學家J.C.麥克斯韋和義大利數學家L.克雷莫納發明的確定平面靜定桁架各杆內力的方法。將桁架的外輪廓和外力作用線包圍的平面區域稱為外區;位於桁架內,由桁架各杆包圍的區域稱為內區。畫出桁架示例中的三個外區A、B、C和五個內區D、E、F、G、H(圖5)。
在桁架杆件內力分佈總圖(圖6)上,不畫出表示力方向的箭頭,而是尹a href='http://www.baiven.com/baike/224/300497.html' target='_blank' >帽徽飧雋Φ淖饔孟咚摯牧礁雋誶嗪諾男⌒醋幟咐幢硎靖昧ο叨蔚氖寄M飭ο叨偽嗪拋幟傅吶帕寫渦蠐Φ庇臚餷嗪拋幟傅吶帕興承蛞恢隆J糾械謀嗪排帕興承蠐θ畦旒芙詰闋髂媸閉敕較蛐Ⅻ/p>
先作出外力的力多邊形。在此例中三個外力
F
、3F
/4、F
/4組成一平衡的平行力系,用ab、bc、ca將它們畫在一條直線上。然後,從只有兩杆相交的節點7(或1)開始,分別作各節點的力多邊形。由c點作平行於7-5杆的cd,由a點作平行於7-6杆的直線ad,兩直線的交點為d。從力三角形cad可確定杆7-6、7-5的內力分別為、
。再根據節點上的未知力不多於兩個的原則,用同樣方法轉入新節點的討論,依次作出節點6、5、4、3、2的力多邊形,從而得到全部桁架杆件的內力分佈總圖,其中hb表示杆1-2的內力線段,ch表示杆1-3的內力線段,等等。應用此法確定各杆受壓還是受拉的規則如下:例如欲求5-3杆的內力,選擇節點5、3均可。 若選定節點5,繞此節點逆時針方向旋轉,即自C→D→E→F,對應的多邊形為cdefc,則
即為節點5所受杆5-3的作用力。由於
離開f點(或5點)故為拉力。
由於這種作圖法把許多力多邊形聯絡在一起,形成一個圖形,因此各線段大小相互影響,最後能否閉合起著校正誤差的作用,可提高準確度。此外,用各多邊形的邊表示力的大小,一目瞭然。
空間桁架
組成桁架各杆件的軸線和所受外力不在同一平面上。在工程上,有些空間桁架不能簡化為平面桁架來處理,如網架結構、塔架、起重機構架等。空間桁架的節點為光滑球鉸結點,杆件軸線都通過聯結點的球鉸中心並可繞球鉸中心的任意軸線轉動。每個節點在空間有三個自由度。節點和杆件數的關係為W=3j-n,W>0為幾何可變桁架,W=0為幾何不變且無多餘約束的空間桁架。空間桁架和平面桁架一樣,可用部分截割法和節點法求出桁架內所有杆件所受的內力。部分截割法則是利用空間任意力系的六個平衡條件求出各杆的內力。節點法是擷取節點為隔離體,利用每個節點所受的空間匯交力系的三個平衡條件,求出各杆的內力。