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结构力学习题第2章 平面体系的几何组成分析2-12-6 试确定图示体系的计算自由度。题2-1图题2-2图题2-3图题2-4图题2-5图题2-6图2-72-15 试对图示体系进行几何组成分析。若是具有多余约束的几何不变体系,则需指明多余约束的数目。题2-7图题2-8图题2-9图题2-10图题2-11图题2-12图题2-13图题2-14图题2-15图题2-16图题2-17图题2-18图题2-19图题2-20图题2-21图2-12-1 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7、2-8、2-12、2-16、2-17无多余约束的几何不变体系2-9、2-10、2-15具有一个多余约束的几何不变体系2-11具有六个多余约束的几何不变体系2-13、2-14几何可变体系为2-18、2-19 瞬变体系2-20、2-21具有三个多余约束的几何不变体系 第3章 静定梁和静定平面刚架的内力分析3-1 试作图示静定梁的内力图。(a)(b)(c)(d)习题3-1图3-2 试作图示多跨静定梁的内力图。(a)(b)(c)习题3-2图3-33-9 试作图示静定刚架的内力图。习题3-3图习题3-4图习题3-5图习题3-6图习题3-7图习题3-8图习题3-9图3-10 试判断图示静定结构的弯矩图是否正确。(a)(b)(c)(d)部分习题答案3-1(a)(上侧受拉),(b)(上侧受拉),(上侧受拉),(c)(下侧受拉),3-2 (a),(上侧受拉),(上侧受拉) (b)(上侧受拉),(下侧受拉)(c)(下侧受拉),(上侧受拉),(下侧受拉)3-3 (左侧受拉),(上侧受拉),(右侧受拉)3-4 (左侧受拉)3-5 (左侧受拉),(上侧受拉),(右侧受拉)3-6 (右侧受拉),(上侧受拉),3-7 (左侧受拉),(上侧受拉),(右侧受拉)3-8 (上侧受拉),(右侧受拉)3-9 (左侧受拉),(上侧受拉)3-10 (a)错误 (b)错误 (c)错误 (d)正确第4章 静定平面桁架和组合结构的内力分析 4-1 试判别习题4-1图所示桁架中的零杆。 (a) 习题4-1图 4-2 试用结点法求习题4-2图所示桁架各杆的内力。(a) (b) (c)习题4-2图4-3 试用截面法计算习题4-3图所示桁架中指GJ、GH和EH杆件的内力。 习题4-3图 4-4 试用比较简便的方法计算习题4-4图所示桁架中指定杆件的内力。 (a) (b) (c)习题4-4图4-5 试作习题4-5图所示组合结构中梁式杆件的弯矩图,并求桁架杆的轴力。 (a) (b)习题4-5图部分习题答案4-1 (a)杆JK、JE、FE、HE、HG、EG、GB为零杆4-2 (a) (b) (c)由于结构和荷载的对称性右半部分中桁架杆的轴力与左半部分一样。4-3 4-4 (a)(b)(c)4-5 (a)由于结构和荷载的对称性右半部分中桁架杆的轴力与左半部分一样。 第五章 三铰拱的内力分析5-1 图示三铰拱的轴线方程为 (1)试求支座反力(2)试求集中荷载作用处截面D的内力习题5-1图5-2 利用三铰拱的内力和反力计算公式,试计算如下图所示三铰刚架的支座反力及截面E的内力。习题5-2图5-3试求图示圆弧三铰拱,求支座反力及截面D的内力。习题5-3图5-4 已知图示三铰拱的拱轴线方程为(1)求水平推力(2)求C铰处的剪力和轴力(3)求集中力作用处轴线切线与水平轴的夹角。习题5-4图5-5试求习题5-5图所示三铰拱的合理拱轴线方程,并绘出合理拱轴线图形。习题5-5图答案5-1 5-2 5-3 5-4 (1) (2) (3) -26.34º5-5 第6章 静定结构的位移计算6-16-6 试用位移计算公式计算图示结构中指定截面的位移。设EI、EA为常数。l/2ABl/2CFP习题 6-1求图 习题 6-2图求习题 6.3图 求习题 6.4图 求习题 6-5图 求习题 6-6图 求6-76-10 试用图乘法计算图示结构中指定截面的位移。习题 6-7图-求习题 6-8图求习题 6-9图 求习题 6-10图 求6-11 试用图乘法计算图示梁C截面的竖向位移CV。已知 。习题 6-11图6-12 试求图示结构C截面的竖向位移和铰D两侧截面的相对角位移。设EI为常数。习题 6-12图6-13 试求图示结构C截面的竖向位移。习题 6-13图6-14 梁AB下面加热t,其它部分温度不变,试求C、D两点的水平相对位移。设梁截面为矩形,高为h,材料的线膨胀系数为。习题 6-14图6-15 图示刚架各杆截面为矩形,截面高度为h。设其内部温度增加20,外部增加10,材料的线膨胀系数为。试求B点的水平位移。习题 6-15图6-16 图示桁架其支座B有竖向沉降c,试求杆BC的转角。习题 6-16图6.17 图示梁,支座B下沉c,试求E端的竖向线位移和角位移。习题 6-17图部分习题答案6-16-26-36-46-56-66-76-86-96-106-116-126-136-146-156-166-17第7章 力法7-1试确定下列结构的超静定次数。(a)(b)(c)(d)(e)(f)习题 7-1图7-2试用力法计算图示超静定梁,并绘出M、FQ图。 (a)(b)习题 7-2图7-3试用力法计算图示刚架结构,并绘M图。(a) (b)(c)EI=常数 (d)EI=常数 (e)EI=常数习题 7-3图7-4试用力法计算图(a)桁架的轴力以及图(b)指定杆件1、2杆的轴力,各杆=常数。(a) (b)习题 7-4图7-5试用力法计算图示排架,并作M图。习题 7-5图7-6试计算图示组合结构各链杆的轴力,并绘横梁AB的弯矩图。设各链杆的EA均相同,。习题 7-6图7-7试利用对称性计算图示结构,并作弯矩图。(a) (b)EI=常数(c) 习题 7-7图7-8 试推导带拉杆抛物线两铰拱在均布荷载作用下拉杆内力的表达式。拱截面EI为常数,拱轴方程为。计算位移时,拱身只考虑弯矩的作用,并假设:。习题 7-8图7-9 梁上、下侧温度变化分别为与,梁截面高为h,温度膨胀系数,试求作梁的M图和挠曲线方程。AB习题 7-9图7-10 图示两端固定梁的B端下沉,试绘出梁的M、FQ图。BA习题 7-10图7-11 图示桁架,各杆长度均为,EA相同。但杆AB制作时短了,将其拉伸(在弹性极限内)后进行装配。试求装配后杆AB的长度。AB习题 7-11图部分习题答案7-1(a)2 , (b) 3 , (c) 2 , (d) 3 , (e)3 , (f) 77-2 (a);(b)7-3 (a)。 (b) (c)(d)(e)7-4(a)(b)7-5 7-6 7-7答案:(a),(b)角点弯矩(外侧受拉)(c)7-8 7-9 7-10 7-11 第8章 位移法8-1试确定用位移法计算题8-1图所示结构的基本未知量数目,并绘出基本结构。(除注明者外,其余杆的EI为常数。)(a) (b)(c) (d)题8-1图8-2设题8-2图所示刚架的结点B产生了转角qB =p/180,试用位移法求外力偶M。题8-2图8-3设题8-3图所示结构结点B向右产生了单位位移,试用位移法求出荷载FP。设EI为常数。提示:因为该结构横梁抗弯刚度无限大,所以两刚结点不可能发生转动,故n=nl=1。题8-3图8-4已知刚架在横梁AB上受有满跨竖向均布荷载q作用,其弯矩图如题8-4图所示。设各杆抗弯刚度均为常数EI,各杆长l=4m,试用位移法求结点B的转角qB及q的大小。题8-4图8-5试用位移法计算题8-5图所示连续梁,作弯矩图和剪力图,各杆抗弯刚度均为常数EI。提示:题8-5(a)图中的杆CD为静定杆,可直接求出其内力后,将内力反作用于剩余部分ABC的结点C,用位移法解剩余部分即可。(a) (b)题8-5图8-6试用位移法计算题8-6图所示结构,作弯矩图,设EI为常数。提示:题8-6(b)图中的杆AE弯矩和剪力静定,可事先求出其弯矩和剪力后,将弯矩和剪力反作用于剩余部分CDAB,但由于杆AE轴力未知,因此还需在CDAB部分的结点A处添加水平支杆,以其反力等效杆AE的轴力,最后用位移法解此含水平支杆的剩余部分即可。(a) (b)题8-6图8-7试用位移法计算题8-7图所示结构,作弯矩图。各杆抗弯刚度均为常数EI。(a) (b) (c)题8-7图8-8试利用对称性计算题8-8图所示结构,作弯矩图。各杆抗弯刚度均为常数EI。(a) (b)题8-8图8-9 试利用对称性计算题8-9图所示桁架各杆的轴力。各杆EA为常数。题8-9图8-10题8-10图所示等截面连续梁中各杆EI=1.2×105kN·m2,已知支座C下沉1.6cm,试用位移法求作弯矩图。题8-10图8-11 题8-11图所示刚架支座A下沉1cm,支座B下沉3cm,试求结点D的转角。已知各杆EI=1.8×105kN·m2。提示:支座E不能约束竖向线位移,因此在绘制Mc图时,杆DE不会发生弯曲。题8-11图习题参考答案8-1 (a) n=4;(b) n=2;(a) n=6;(a) n=8。8-2 。8-3 。8-4 (逆时针),q=30kN/m。8-5 (a) MBC=13kN·m(上侧受拉),FQBC=33.17kN。(b) MBC=0,FQBC= -3kN。8-6 (a) MBA=26kN·m(上侧受拉),MBC=18kN·m(上侧受拉),MBD=8kN·m(右侧受拉)。(b) MAB=0.3FPl(左侧受拉),MAC=0.4FPl(上侧受拉),MAD=0.3FPl(右侧受拉)。8-7 (a) MAC=36.4kN·m(左侧受拉),MCA=14.4kN·m(左侧受拉),MCE=16.5kN·m(左侧受拉)。(b) MBA=56kN·m(下侧受拉),MBC=21.8 kN·m(下侧受拉),MBD=34.1 kN·m(左侧受拉)。(c) MBA=44.3kN·m(上侧受拉),MBC=55.3kN·m(左侧受拉),MDB=101.8kN·m(右侧受拉)。8-8 (a)(下侧受拉),(上侧受拉),(右侧受拉)。(b) MCB=26.07kN·m(左侧受拉),MBA=7.45 kN·m(右侧受拉)。8-9 (拉),(拉)。8-10 MBA=332.3kN·m(上侧受拉),MCB=443.1kN·m(下侧受拉)。8-11 (顺时针) 第9章 力矩分配法与近似法9-1试用力矩分配法求解图示的连续梁,并绘制弯矩图。 (a) (b) (c) (d)习题9-1图9-2 试用力矩分配法求解图示刚架,并绘制弯矩图。常数。 (a) (b) (c) (d)习题9-2图9-3试用分层法求解图示的多层刚架。括号内的数字,表示各梁、柱杆件的线刚度值()。习题9-3图9-4 试用剪力分配法求解图示结构,并绘制弯矩图。习题9-4图9-5 试用反弯点法求解图示结构,并绘制弯矩图。习题9-5图 习题参考答案9-1(a)9-1(b) 9-1(c) 9-2(a) 9-2(b) 9-2(c) 9-2(d) 9-3 9-4(a) , 9-4(b) , 9-5 , , , , 第10 章 影响线及其应用10-1 试作题10-1图所示梁的FRA和ME影响线。题10-1图10-2 如题10-2图所示,单位荷载在梁DE上移动,试作梁AB的FRB和MC影响线。题10-2图10-3 试作题10-3图所示结构的FRB和FQB右影响线。题10-3图10-4 如题10-4图所示,单位荷载在刚架的横梁上移动,试作MA影响线。设MA以右侧受拉为正。题10-4图10-5 若FP=1在题10-5图所示结构的DG部分上移动,试作和FQC右影响线。题10-5图10-6 试作题10-6图所示结构的MB影响线。题10-6图10-7 试作题10-7图所示结构的MC和FQF影响线。设MC以左侧受拉为正。题10-7图10-8 如题10-8图所示,单位荷载在桁架上弦移动,试作FNa影响线。题10-8图10-9 如题10-9图所示,FP=1在DE上移动,试作主梁的FRA、MC和FQC影响线。题10-9图10-10 试作题10-10图所示梁的MA影响线,并利用影响线求出给定荷载下的MA值。题10-10图10-11 若FP=1沿AB及CD移动,试作题10-11图所示结构的MA影响线,并利用影响线求给定荷载作用下的值。题10-11图10-12 试作题10-12图所示梁的FQC影响线,并利用影响线求给定荷载作用下FQC的值。题10-12图10-13 如题10-13图所示静定梁上有行列荷载作用,不考虑荷载掉头,利用影响线求出支反力FRB的最大值。习题10-13图10-14 试作出题10-14图所示结构的支反力FRB影响线,并求图中行列荷载作用下FRB的最大值。设需考虑荷载掉头。习题10-14图习题参考答案10-1 在C点,。10-2在B点,。10-3 在E点,。10-4 在B点。10-5 在F点m,。10-6 在D点m。10-7 在B点,。10-8 在E点。10-9 在H点,m,。10-10 。10-11kN·m。10-12 。10-13 。10-14 第11章 矩阵位移法 11-1 试根据单元刚度矩阵元素的物理意义,直接求出习题11-1图所示刚架的中元素、的值以及中元素、的值。习题11-1图11-2 试根据结构刚度矩阵元素的物理意义,直接求出习题11-2图所示刚架结构刚度矩阵中的元素、的值。各杆E、A、I相同。习题11-2图11-3 试用简图表示习题11-3图所示刚架的单元刚度矩阵中元素,中元素的物理意义。习题11-3图11-4 习题11-4图所示刚架各单元杆长为l,EA、EI为常数。试根据单元刚度矩阵元素的物理意义,写出单元刚度矩阵、的第3列和第5列元素。习题11-4图11-5 试用先处理法,对习题11-5图所示结构进行单元编号、结点编号和结点位移分量编码,并写出各单元的定位向量。习题11-5图11-6 试用先处理法形成习题11-6图所示结构的综合结点荷载列阵。习题11-6图11-7 试用先处理法求习题11-7图所示连续梁的结构刚度矩阵和综合结点荷载列阵。已知:。习题11-7图11-8 试用先处理法求习题11-8图所示结构刚度矩阵。忽略杆件的轴向变形。各杆。习题11-8图11-9 试用先处理法建立习题11-9图所示结构的矩阵位移法方程。已知:各杆,。习题11-9图11-10 试用先处理法计算习题11-10图所示刚架的结构刚度矩阵。已知:,。习题11-10图11-11 试用先处理法计算习题11-11图所示组合结构的刚度矩阵K。已知:梁杆单元的,链杆单元的。习题11-11图11-12 若用先处理法计算习题11-12图所示结构,则在结构刚度矩阵K中零元素的个数至少有多少个.习题11-12图11-13 试用矩阵位移法计算习题11-13图所示连续梁,并画出弯矩图。各杆EI=常数。习题11-13图11-14试用先处理法计算习题11-14图所示刚架的内力,并绘内力图。已知:各杆,。习题11-14图11-15试用矩阵位移法计算习题11-15图所示平面桁架的内力。已知:,各杆。习题11-15图 11-16 试用PFF 程序计算习题11-9,11-11,11-17并绘出内力图。部分习题答案11-1 ,;,。11-2 ,11-4 中第3列元素:中第5列元素:中第3列元素:中第5列元素:11-6 综合结点荷载列阵为:11-7 11-8 11-9 11-10 11-11 11-12 K中至少应有46个零元素。11-13,。11-14 ,。11-15 ,。习 题 12-1 试求习题12-1图所示体系的自振频率。除特殊标注外,其余各杆不计质量。(a) (b) (c)(d) (e) (f)习题12-1图 12-2 习题12-2图所示跨长为的等截面简支梁,承受一集中质量。按(a)、(b)图示两种作用位置,试分别求自振频率及它们之间的比值。设梁重不计。习题12-2图 12-3 习题12-3图所示一等截面梁跨长为l,集中质量m位于梁的中点。试按图示四种支承情况分别求自振频率,并分析支撑情况对自振频率的影响。其中图b支座弹簧刚度(为图a中梁的柔度系数)。习题12-3图 12-4 试求图示体系的自振频率。设杆件自重略去不计,各杆EI相同,为常数。 习题12-4图 习题12-5图12-5 试求图示体系的自振频率。设杆件自重略去不计,各杆EI相同,为常数。12-6 试求图示体系的自振频率。设各杆截面相同,。各杆重量以及重物的水平运动略去不计。12-7 试求图示体系的水平自振周期。已知:。12-8 图示机器与基座的总质量为78t,基座下土壤的抗压地基刚度系数,基座的底面积。试求机器连同基座作竖向振动时的自振频率。12-9 图示两根长4m的工字钢梁并排放置,在中点处装置一电动机。将梁的部分质量集中于中点,与电动机的质量合并后的总质量为m=320kg。电动机的转速为每分钟1200转。由于转动部分有偏心,在转动时引起离心惯性力,其幅值为F=300N。已知E=200GPa,一根梁的,梁高为20cm。试求强迫振动时梁中点的振幅、最大总挠度及梁截面的最大正应力。设略去阻尼力的影响。习题12-6图 习题12-7图 习题12-8图 习题12-9图 12-10 同12-9题,设考虑阻尼的影响,阻尼比=0.03。12-11 通过*结构的自由振动实验,测得经过10个周期后,振幅降为原来的15%。试求阻尼比,并求此结构在简谐干扰力作用下,共振时的放大系数。12-12 爆炸荷载可近似用图示规律表示,即 习题12-12图 若不考虑阻尼,试求单自由度结构在此种荷载作用下的动力位移公式。设结构原处于静止状态。12-13 求图示体系的频率和主振型。各杆EI相同,为常数。12-14 求图示体系的频率和主振型,并绘主振型图。EI为常数。12-15 求图示体系的频率和主振型,并绘主振型图。EI为常数。12-16 图示简支梁,若不计梁的自重和阻尼,EI为常数。求当简谐荷载的频率分别为,时,质点的动位移幅值,并绘动弯矩幅值图。习题12-13图习题12-14图习题12-15图习题12-16图 12-17 图示结构,质量集中在横梁上,不计阻尼,EI为常数。求当时动弯矩幅值图。 12-18 图示刚架横梁刚度为无穷大,质量为m1=m2=100t,层间侧移刚度分别为,柱子的质量忽略不计。动荷载的幅值为,频率为。求横梁水平位移的幅值及动弯矩幅值图。习题12-17图 习题12-18图参考答案12-1(a),; (b) ,; (c),; (d) ,; (e) ; (f) 。12-2,。12-3,。12-4。12-5。12-6。12-7。12-8。12-9振幅,最大挠度=,最大正应力=8.09。12-10共振时振幅。12-11,。12-12当时,;当时,。12-13,。12-14,。12-15,。12-16(1)当时,质点振幅为,惯性力幅值为。(2)当时,质点振幅为,惯性力幅值为。12-17,=。12-18位移幅值为,;惯性力幅值为 ,。第13章 结构的稳定计算 13-1 试用静力法计算习题13-1图所示体系的临界荷载。(a) (b) (c)习题 13-1图13-2 试用静力法计算习题13-2图所示体系的临界荷载。k为弹性铰的抗转刚度(发生单位相对转角所需的力矩)。习题 13-2图13-3 试用静力法计算习题13-3图所示体系的临界荷载。 (a) (b)习题 13-3图13-4 试用能量法重做习题13-1图(c)。13-5试用静力法求习题13-4图所示结构的稳定方程。(c)(b)(a)(e)(d)习题13-4图13-6 试用能量法计算习题13-5图所示结构的临界荷载,已知弹簧刚度,设失稳曲线为。习题13-5图13-7 试计算习题13-6图所示结构的临界荷载。已知各杆长为l,EI=常数。习题13-6图13-8 试分别按对称失稳和反对称失稳求习题13-7图所示结构的稳定方程。习题13-7图13-9 试写出习题13-8图所示柱子的稳定方程,设失稳时基础绕D点转动,地基的抗转刚度为k 。习题13-8图部分习题答案13-1 (a) (b) (c) 13-2 13-3 (a) (b) 13-5 (a) (b) (c) (d) (e) 13-6 13-7 13-8 (1)对称失稳的稳定方程为: (2)反对称失稳的定方程为: 13-9