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桁架分析.

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1 桁架分析

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3 桁架是承重用的結構,為了減輕重量、節省材料,採用細長桿件以特定方式組合而成。
高壓電塔、衛星接收天線、建築工地的天車、某類橋樑與簡易型鐵皮屋的屋頂等,都常使用桁架結構。

4 一般由頭、尾相接的細長形構件所組成。 構件重遠小於所支承的載重。 桁架構件主要用來承受軸向力,而非垂直於軸線的橫向力或彎曲力矩,為確保此點,外力必須作用在節點上。

5 桁架分析的基本假設 作用在桁架上的外力及桿件之應力在同一平面,且均作用在節點上。 每一根桿件皆為二力桿件。 節點均視為無摩擦力的插銷接點。
桁架中桿件均為剛體,構件的重量可忽略。

6 桁架分析的基本假設 真實接點可能為鉚接、焊接或以螺栓栓接

7 桁架分析的基本假設 真實接點可能為鉚接、焊接或以螺栓栓接

8 桁架分析的基本假設 桁架構件為二力構件,只在接點上受力。

9 節點法(method of joint) 一個結構通常由多個零件組合而成。 如果構件整體處於平衡狀態,則個別零組件或零組件群也處於平衡狀態。
如果桁架整體處於平衡狀態,則個別節點也處於平衡狀態。

10 桁架構件受力:張力或壓力 構件受張力,力量遠離節點 T T 構件受壓力,力量靠近節點 C C

11 節點法分析步驟 利用整體的平衡來求支撐點的反作用力 。 找出零力桿件。
選擇只有兩個(或一個)未知數的節點分析,以該節點的平衡求相關構件的作用力。 利用剩餘的節點,核驗答案。

12 零力桿件

13 零力桿件 二根桿件連接於一節點而不共線時,若無任何外力作用於該節點,則此二根桿件均為零桿件。
二根桿件連接於一節點而不共線時,若其中一根桿件與外力共線,則此桿件之內力大小必等於此外力之大小,且二者方向相反,而另一根桿件則為零桿件。 三根桿件連接於一節點時,若其中二根桿件共線,且無任何外力作用於該節點,則共線的二桿件,其內力必大小相等方向相反,而第三根桿件必為零桿件。 四根桿件連接在一節點上,當無任何外力作用於該節點時,共線桿件之內力必大小相等而方向相反。

14 四根桿件連接在一節點上並形成對稱之K字型時,若無任何外力作用於該節點,則兩斜桿之內力必大小相等,當其中一桿為拉力時,則另一桿必為壓力。
若Nx、 Ny分表軸向力N在x及y方向上之分量;而Lx、Ly分表桿件長度在x及y方向上的投影長度,則桿件的軸向力與桿件長度之間具有以下的比例關係: N / L = Nx / Lx = Ny /Ly

15 斷面法分析步驟 將桁架自某部分(此部分很可能包含欲求內力之桿件)切開,然後取出自由體,並應用該自由體之平衡條件來計算桿件之內力。由於平面力系的平衡方程式有三個,因此對斷面法而言,雖然每次所切斷的桿件個數不受限制,但在所切斷的桿件中,仍須限制最多僅三根桿件的內力為未知(但特殊桁架,如K桁架,則例外),且此三根桿件之內力作用線不得相互平行或交會於一點。另外,在每次的切開過程中,同一桿件不得切過兩次,否則此桿件無法由平衡方程式解得。 斷面法多用於求解某些特定桿件之內力。在切開的斷面上,除欲求的桿件外,其餘內力為未知的桿件若相互平行,則可利用剪力法來解出此欲求桿件的內力 另外,在切開的斷面上,除欲求的桿件外,其餘內力為未知的桿件若其作用線交會於一點,則可利用彎矩法來解出此欲求桿件的內力。

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22 桁架分析:對稱與反對稱 (1) 對於對稱桁架而言,可僅分析半邊結構,因為所有位置對稱之桿件,其內力必等值同號。由此特性亦可研判出更多的零桿件。 (2) 對於反對稱桁架而言,亦可僅分析半邊結構,因為所有位置對稱之桿件,其內力必等值異號。由此特性可知,與對稱軸重合或正交的桿件必為零桿件。 (3) 對於幾何對稱的桁架而言,若承受非對稱亦非反對稱之荷載作用時,可利用疊加原理將此桁架化成對稱桁架與反對稱桁架來分析。

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