控制截面法绘制弯曲内力图的四条原则
如果某段梁上无均布载荷作用,即q=0,则剪力为常量,说明这段梁上的剪力图是一水平直线;而弯矩M 为坐标x的一次函数,说明这段梁上的弯矩图是一倾斜直线。若对应的剪力为正时,则弯矩图从左到右向上倾斜(斜率为正),当剪力为负时,则弯矩图从左到右向下倾斜(斜率为负)。如果某段梁上有均布载荷作用,即q 为常数,则剪力为坐标x 的一次函数,说明剪力图在这段梁上为一倾斜直线;而弯矩M 为坐标x 的二次函数,说明弯矩图在这段梁上为一抛物线。
当q>0(与所建立的y 坐标正向一致时)时,剪力图从左到右向上倾斜(斜率为正),弯矩图为开口向下的二次抛物线;反之q<0(向下)时,剪力图从左到右向下倾斜(斜率为负),弯矩图为开口向上的二次抛物线。
在集中力作用截面处,剪力图发生突变,突变的大小等于集中力的大小,突变的方向和集中力的方向一致。弯矩图会发生转折,转折的方向和集中力的方向一致。
在集中力偶作用处,剪力图无变化。弯矩图将发生突变,突变的大小等于集中力偶矩的大小;突变的方向,从左向右来看如果外力偶矩为逆时针,弯矩由上向下突变。
若在梁的某一截面上剪力为零,即弯矩图在该点的斜率为零,则在该截面处弯矩存在极值。
如图所示,简支梁受向上的任意分布载荷q 的作用,其载荷集度q 是x 的连续函数。x 以向右为正,分布荷载以向上为正。在分布荷载作用的范围内取距左端为x 的微段dx 进行分析。
取右侧截面的形心C 为距心,则由
略去公式中的高阶微量
式dFQ(x)/dx=q(x) 的几何意义是:剪力图上任一点切线的斜率,等于梁上相应点处的载荷集度。式dM(x)/FQ(x) 的几何意义是:弯矩图上任一点切线的斜率,等于梁上相应点处横截面上的剪力FQ。
· 在均布载荷作用区段内,剪力图为斜线,斜线倾斜的方向与均布载荷的方向一致(剪力图在分布区段内渐变,渐变的大小等于均布载荷的大小);弯矩图为抛物线,抛物线开口方向与均布载荷方向一致。
· 在集中力作用截面处,剪力图发生突变,突变的大小等于集中力的大小,突变的方向与集中力的方向一致;弯矩图发生转折,转折的方向与集中力的方向一致,但弯矩图还是连续的。
· 在集中力偶作用截面处,剪力图不发生变化;弯矩图发生突变,突变的大小等于集中力偶的大小,突变的方向从左向右来看若集中力偶为逆时针,弯矩由上向下突变。
· 无外载荷作用区段内,剪力图为直线,弯矩图为斜线,剪力为正,弯矩上行,剪力为负,弯矩下行。
说明:
· 通常剪力图可以由左向右依次来画,最后归零,可不做验算;弯矩图可以分段逼近,最后验算某一截面即可。
· 建筑专业弯矩图规定弯矩绘制在受拉一侧,故与机械专业弯矩图相反,关于x轴对称。
来源:西航力学style微信公众号(ID:xihanglixue),作者:一条船。
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