結構力學—剪力圖

2021-01-18 結構力學輔導

  在大學期末考試以及研究生入學考試中,對三圖(彎矩圖、剪力圖、軸力圖)幾乎必考,尤其是大學期末考試中三圖的出現頻率更高。今天我就來聊聊剪力圖的畫法。

  在分享剪力圖畫法心得之前,了解三圖之間的關係尤為重要,對以後學習結構力學大有裨益。關係如下:

彎矩圖 → 剪力圖 → 軸力圖

  說白了,就是彎矩圖推出剪力圖 ,剪力圖推出軸力圖。


注意要點:

1.剪力圖數值如何確定?

  剪力圖的數值可以通過彎矩與剪力的微分關係來確定,即彎矩圖的斜率=剪力數值。處理彎矩圖是直線段時好用,但是有均布荷載作用時,求斜率,我只能說太麻煩了,所以彎矩圖不是直線段時採用隔離體求剪力圖。

  值得注意的是,有很多同學搞不清楚,彎矩圖不為0的杆段,對應的剪力圖有可能是0,不要錯誤認為有彎矩就有剪力。比如:

此時,彎矩圖不為0,但是剪力圖為0.


2.剪力圖正負如何確定?

  《材料力學》中定義剪力繞著所選隔離體若是順時針轉動,那麼這個剪力為正數。還有一個小技巧,以杆件為軸線,若彎矩圖的轉動方向是繞著軸線順時針轉動,那麼這段杆件為對應剪力數值為正數。


3.剪力圖必須標註正負,實際工程設計中,若剪力圖沒有標註正負,是要負責任的。標在那一側沒有固定要求,以方便識圖為標準。


光有理論沒有實踐,就沒有認識的第二次飛躍,那麼我以合肥工業大學2013年考研真題為例,說明剪力圖畫法。

例:已知結構的彎矩圖,求其剪力圖。P=20KN,q=16KN/m,M=14KN·m。

解:

  拿到一道題,不要著急去做題,先分析一下題目考點是什麼,相關考點的解題手段有哪些,突破點在哪裡。我的思路希望對同學們有幫助。


  首先,我發現水平杆件彎矩圖是直線,容易判斷出剪力圖。豎直杆件有均布荷載,比較複雜。那麼先從簡單杆件部分為突破口。


水平杆件剪力數值為:14÷2=7KN

水平杆件剪力正負為:為加深同學們理解,我用兩種方法

法一:取隔離體判斷

剪力繞著隔離體(綠色框中)順時針轉動,剪力數值為正數。


法二:小技巧判斷正負

以杆件軸線為基準(綠色杆段),彎矩圖繞著綠色杆段順時針轉動,那麼這個時候對應的剪力是正的。


這個時候就可以畫出彎矩圖為直線杆段的剪力圖了。


那麼,接下來是均布荷載部分的杆段。此時數值的判斷用彎矩與剪力的微分關係比較麻煩,請同學們一定要學會用隔離體方法分析剪力。取隔離體如下:

最關鍵的就是截開杆件後能不能準確的畫出杆段剪力的方向及大小。


最終剪力圖如下:

  如果還有不明白的地方歡迎私信提問,我看到了一定回答。還有,希望以後小夥伴們做電子文檔時,一定要及時保存,這篇推送我花了2個小時,原因就是保存出了問題。

  剪力圖難點就是取隔離體分析剪力,如果還是不太明白一定要弄清楚,彎矩圖、剪力圖、軸力圖是後面學習結構力學後面知識的基礎中的基礎,一定要弄明白。

  最後附贈一道北京建築大學2016年考研真題,也是我的母校,希望同學們閒暇時練習一下加深理解。

練習:求結構的彎矩圖及剪力圖。


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