第十一章 习题答案11.3使用静力法和机动法求出图示超静定梁的极限载荷。P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解1:(1)静力法P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)首先该超静定梁(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))化为静定结构(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))、(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))。分别求出其弯矩图,然后叠加,得该超静定梁的弯矩图(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))在极限情况下P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)设P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)点支反力为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),则:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由上二式得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)当P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)值达到上述数值时,结构形成破坏机构,故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)为该梁的完全解。(2)机动法设破坏机构如图(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)),并设P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)点挠度为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),则:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)外力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),可得极限载荷上限为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由于在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)作用下,P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),故上式所示载荷为完全解的极限载荷。解2:(1)静力法P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)先将该超静定梁化为静定梁(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))、(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)),分别作弯矩图,叠加得该超静定梁的弯矩图(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))设P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)点为坐标原点,此时弯矩方程为:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)在极限状态时,有P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)令P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) (1)而P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) (2)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) (3)联立解(1)、(2)、(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)取较大的值,可得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)在以上P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)值作用下,梁已形成破坏机构,故其解为完全解。(2)机动法 如图(g)设在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)、P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)两点形成塑性铰P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)外力功为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由虚功原理P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)该解与完全解的误差为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解3:(1)静力法P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)设坐标原点在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)点,此时弯矩方程为:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)段(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)段(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)处,P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)为极大值,设P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)段,由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) (1)在极限情况下P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) , P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)即:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) (2)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) (3)联立解(1)、(2)、(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)取正号P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由于此时形成破坏机构,故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)值完全解。(2)机动法,如图(g)设此梁在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)和P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)处形成塑性铰,则P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)外力功为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由虚功原理P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) 得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由极值条件P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)代入P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)的表达式,则得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)的极小值P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由于此结果满足P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),故所得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)的值为完全解的极限载荷。11.4试用机动法求下列图示板的极限载荷 P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)。(1)四边简支,边长为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)的正方形板,载荷作用在板的中点;(2)三边简支一边自由的矩形板,在自由边中点承受集中力的作用;(3)四边简支矩形板,在板上任意点(P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3))承受集中力的作用.P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解(a)外力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)如破坏时四角可以翘起。内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)其中P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)代入上式后,得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由虚功原理P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)其中P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)值由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)确定即P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由此得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)因此P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)(b)外力功内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得而P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)(c)外力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)其中P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得11.5使用机动法求图示连续梁的极限载荷。解1:次梁为一次超静定梁,可能的破坏机构有两种,如图(b)、(c)。P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)若塑性铰在、处形成,此时外力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得若塑性铰在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)、处形成,设到得距离为,此时有P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)外力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得令P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得将P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)代入P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)的表达式比较以上两种可知该梁的极限荷载为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解2:该连续梁形成破坏机构有如下三种形式:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)(1) 形成两个塑性铰产生局部破坏有两处可能,图(b)、形成塑性铰P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得图(c)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)、P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)两点形成塑性铰,此时有故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得(2) 形成三个塑性铰,产生局部破坏有三种可能:P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)图(d)在、、三点形成塑性铰,此时有P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得图(e)在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)、、三点形成塑性铰,此时P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)图(f)在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)、、三点形成塑性铰,此时P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)(3) 形成三个塑性铰,产生整体破坏,只有一种可能性,如图(g),此时P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得比较上述六种情况,以(g)的情况P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)为最小,而且此载荷满足的塑性弯矩条件。故破坏载荷为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解3:该梁的可能破坏结构与第一题完全相同若塑性铰在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)、P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)处形成P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)若塑性铰在、处形成P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)比较可知梁的极限载荷为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解4:此梁为一次超静定结构,当形成两个塑性铰时,梁即成为破坏机构,其破坏形式有(b)(c)(d)三种可能。P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)按图(b)形式破坏时P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) 由得按图(c)形式破坏时,同上得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)按图(d)形式破坏时P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) 由得比较得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)11.6试求图示刚架的极限载荷.P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解(a)设如图在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)四点形成塑性铰,由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)且此值满足P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),条件所以P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)解2:如图设在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)四点形成塑性铰,P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)点到点的距离待定。P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)化简得P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)令P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) 解3:如图设在P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)等处形成塑性铰。P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)外力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)内力功P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)由P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)得故P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)11.7简支圆板半径为P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3),受半径为轴对称均布载荷作用,试求其极限载荷.P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3) P-|||-B-|||-7,-|||-21-|||-(1)-|||-A q B-|||-(2)-|||-9-|||-B-|||-1-|||-(3)
第十一章 习题答案
11.3使用静力法和机动法求出图示超静定梁的极限载荷。

解1:(1)静力法

首先该超静定梁(
)化为静定结构(
)、(
)。分别求出其弯矩图,然后叠加,得该超静定梁的弯矩图(
)
在极限情况下

设
点支反力为
,则:


由上二式得
当
值达到上述数值时,结构形成破坏机构,故
为该梁的完全解。
(2)机动法
设破坏机构如图(
),并设
点挠度为
,则:


外力功
内力功
由
,可得极限载荷上限为

由于在
作用下,
,故上式所示载荷为完全解的极限载荷。
解2:(1)静力法

先将该超静定梁化为静定梁(
)、(
),分别作弯矩图,叠加得该超静定梁的弯矩图(
)
设
点为坐标原点,此时弯矩方程为:

在极限状态时,有


令
得
(1)
而
(2)
(3)
联立解(1)、(2)、(3)得

解得
取较大的值,可得
在以上
值作用下,梁已形成破坏机构,故其解为完全解。
(2)机动法 如图(g)
设在
、
两点形成塑性铰
内力功为

外力功为

由虚功原理
得:
该解与完全解的误差为

解3:(1)静力法

设坐标原点在
点,此时弯矩方程为:
段(
)
段(
)
在
处,
为极大值,设
在
段,由
得
(1)
在极限情况下
, 
即:
(2)
(3)
联立解(1)、(2)、(3)得

取正号
由于此时形成破坏机构,故
值完全解。
(2)机动法,如图(g)
设此梁在
和
处形成塑性铰,则
,
内力功为

外力功为


由虚功原理
得
由极值条件
得
代入
的表达式,则得
的极小值

由于此结果满足
,故所得
的值为完全解的极限载荷。
11.4试用机动法求下列图示板的极限载荷
。
(1)四边简支,边长为
的正方形板,载荷作用在板的中点;
(2)三边简支一边自由的矩形板,在自由边中点承受集中力的作用;
(3)四边简支矩形板,在板上任意点(
)承受集中力的作用.

解(a)外力功
如破坏时四角可以翘起。内力功
其中
代入上式后,得
由虚功原理
得
其中
值由
确定即
由此得
因此
(b)外力功
内力功
由
得
而
故
(c)外力功
内力功
其中
由
得
11.5使用机动法求图示连续梁的极限载荷。
解1:次梁为一次超静定梁,可能的破坏机构有两种,如图(b)、(c)。

若塑性铰在、处形成,此时
外力功
内力功
由
得
若塑性铰在
、处形成,设到得距离为,此时有

外力功
内力功
由
得
令
得
将
代入
的表达式
比较以上两种可知该梁的极限荷载为
解2:该连续梁形成破坏机构有如下三种形式:

(1) 形成两个塑性铰产生局部破坏有两处可能,图(b)、形成塑性铰

故

由
得
图(c)
、
两点形成塑性铰,此时有
故

由
得
(2) 形成三个塑性铰,产生局部破坏有三种可能:

图(d)在、、三点形成塑性铰,此时有


由
得
图(e)在
、、三点形成塑性铰,此时


由
得
图(f)在
、、三点形成塑性铰,此时


由
得
(3) 形成三个塑性铰,产生整体破坏,只有一种可能性,如图(g),此时


由
得
比较上述六种情况,以(g)的情况
为最小,而且此载荷满足的塑性弯矩条件。
故破坏载荷为
解3:该梁的可能破坏结构与第一题完全相同
若塑性铰在
、
处形成

若塑性铰在、处形成

比较可知梁的极限载荷为
解4:此梁为一次超静定结构,当形成两个塑性铰时,梁即成为破坏机构,其破坏形式有(b)(c)(d)三种可能。

按图(b)形式破坏时
由得
按图(c)形式破坏时,同上得

按图(d)形式破坏时
由得
比较得
11.6试求图示刚架的极限载荷.

解(a)设如图在
四点形成塑性铰,
由
得
得
且此值满足
,条件
所以
解2:如图设在
四点形成塑性铰,

由
点到点的距离待定。

由
得

化简得

令
得
故
解3:如图设在
等处形成塑性铰。

外力功
内力功
由
得
故
11.7简支圆板半径为
,受半径为轴对称均布载荷作用,试求其极限载荷.

题目解答
答案
解:圆板的平衡方程为

当
,
对应于
条件的
点,当
时,
,对应于
条件的B点,圆板
从0到
对应图上的
线,即
,故平衡方程可写为

在
处,存在如下平衡关系:
即
平衡方程为

积分上式得
由
处,
,所以
因此有
在
处
即
故此时区域的平衡方程为

积分上式得
在
处连续条件,可得
如
因此有

当时,
如
得
此式即为所求的极限载荷。
11.8对图所示的连续梁,利用上限定理求极限载荷q.
题图11.6
解 1)对破损机构(a)



可得
由,得代入上式,得 (a)
2)对破损机构(b)
由,得,代入上式得, (b)
当(a)式和(b)式相等时,
,故有

11.9图示宽度b不变,高度h线性变化的矩形截面梁,简支座截面高为
,固定端处截面高为。集中力据简支端距离为,对两种情况用上限方法求塑性极限载荷P值。

题图11.7
解 由于各截面的值不同,因此除集中力
作用点能形成铰外,另一铰距点距离
为,而不一定总在固定端,如图所示。

由外力功率
,内力功率
,得

令
,得

(a)
上式中
是定值,调整
使
最小,由
,得
(b)
1) 当时,即,代入(b)式,得。因为,而现在
,故最小值的只能取在固定端处,将代入(a)式,得
2) 当
时,即
,代入(b)式,得。因为,这表明铰不在固定端,将代入(a)式,得
11.10 用上限和下限方法求图示刚架的极限载荷P。

解 1)上限法:
图示破损机构(a),(b),(c),(d)都是分别由一个
外载荷引起的。
机构(a),点8,10,11成铰
(a)
机构(b),点4,5,6成铰
(b)
机构(c),点1,4,6,9,11,12成铰
(c)
机构(d),只上层刚架倾斜,点3,8,11,12成铰
(d)
对比之下,方案(c)对应的值最小,为要进一步减小
值应减小内力功率,而增加外力功率所相应的速度项。
在图示机构(e)中,,与机构(c)时一样,但较小,点1,6,9,10转角为,而点4,10,12转角为,由此得出
(e)
这比机构(c)有了进一步改进,
是否最小的上限值还可用下限法作进一步检验。
3) 下限法:
从机构(e)出发,规定杆内表层受拉时弯矩为正,这
然后求得,,解出
然后按大小次序排列得到
,,
2.11已知应力分量中
,求三个主应力
,以及每个主应力所对应的方向余弦
。
解 特征方程为记,则其解为,
,。对应于的方向余弦,,应满足下列关系
(a)
(b)
(c)
由(a),(b)式,得,,代入(c)式,得
,由此求得

对,,代入得
对
,,代入得
对,,代入得
2.12当
时,证明
成立。
解


由
,移项之得


证得