材料力学 超静定梁

下図に示すように,間隔をおいて平行に存在する長さの2本の片持ち梁AB, CDが,右端において長さの棒BDによってピン接合され,ABに一様な分布荷重が作用している.いま,B点,D点におけるたわみを,片持ち梁に一様分布荷重が作用する場合と自由端に集中荷重が作用する場合の解を利用して求めたい.各部材とも同一材料からなるものとし,その縦弾性係数を,断面2次モーメントを,断面積をとして以下の問に答えよ.ただし,棒BDは座屈しないものとする.

(1) いま部材BDが存在しないとして,一様分布荷重を受ける片持ち梁ABのB点におけるたわみと自由端(D点)に集中荷重を受ける片持ち梁CDのD点におけるたわみを求めよ.
(2) 前問の結果を利用して,所用のB点,D点におけるたわみを求めよ.


解答:

(1)
部材BDが存在しないとする。
片持ち梁AB(長さ)が全体に一様分布荷重(下向き)を受けるとき、自由端Bのたわみ(下向き正)は公式より、

片持ち梁CD(長さ)の自由端Dに下向きの集中荷重を受けるとする。このときのD点のたわみ(下向き正)は公式より、

(2)
部材BDが接続されている場合を考える。BDはピン接合であるため、軸力のみを伝達する。この軸力(圧縮力)をとする。
梁ABは、一様分布荷重(下向き)と、B点における集中荷重(上向き)を受ける。
重ね合わせの理より、B点の下向きたわみは、

梁CDは、D点における集中荷重(下向き)を受ける。
D点の下向きたわみは、

棒BDは圧縮力を受けるため、その縮みは、

幾何学的な適合条件より、B点のたわみとD点のたわみの差が棒BDの縮みに等しい。

これをの式に代入する。

整理して、


补充说明:
这道题考查了材料力学中的超静定结构求解,具体是平行悬臂梁通过二力杆连接的问题。第一问要求直接写出基本的悬臂梁挠度公式,即均布载荷下的挠度和集中载荷下的挠度。第二问中,通过引入连杆BD的内力(轴力)作为多余未知力,利用叠加原理分别写出上下两根梁自由端的挠度表达式。此时,上梁受到向下的均布载荷和向上的内力,下梁仅受到向下的内力。连杆自身在内力作用下也会产生轴向压缩变形。根据变形协调条件,上梁的挠度减去下梁的挠度必须等于连杆的压缩量。求解这一关于内力的一元一次方程,再将求得的代回原表达式,即可得到两点的实际挠度。在整理最终表达式时,可以提取出共同的均布载荷项以简化形式。