Analisis Struktur: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 10 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharu Kembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Tindak balas penyokong rasuk

Keseimbangan: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0, ΣM = 0
Beban seragam: paduan w·L di tengah beban
Momen: M = F·d

Kaedah

Lukis gambar rajah jasad bebas dan gantikan setiap penyokong dengan tindak balasnya.
Gantikan setiap beban teragih dengan satu daya pada sentroidnya.
Ambil momen pada satu penyokong untuk mencari tindak balas pada penyokong yang lain.
Gunakan ΣF_y = 0 untuk mencari tindak balas yang tinggal, dan semak dengan persamaan momen kedua.

Daya ricih & momen lentur

Ricih dan momen: V = ΣF pada satu sisi, M = ΣF·d pada satu sisi
Tegasan lenturan: σ = M·y/I
Segi empat tepat: I = bh³/12
Modulus keratan: W = I/y_max
Disokong mudah, beban seragam: M_max = wL²/8

Kaedah

Cari tindak balas penyokong daripada keseimbangan seluruh rasuk.
Potong rasuk pada keratan yang anda perlukan dan simpan satu sebelah.
Daya ricih: hasil tambah daya tegak pada sebelah itu. Momen lentur: hasil tambah momennya pada potongan.
Untuk momen maksimum, cari di mana daya ricih ialah sifar.

Kekuda: kaedah sambungan

Kaedah sambungan: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0 at each joint
Kaedah keratan: ΣM = 0 about a cut point
Daya anggota: positif = tegangan, negatif = mampatan

Kaedah

Cari tindak balas penyokong bagi keseluruhan kekuda.
Kaedah sambungan: mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui dan gunakan ΣF_x = 0 dan ΣF_y = 0.
Kaedah keratan: potong melalui anggota yang anda perlukan dan ambil momen pada titik di mana anggota tidak diketahui yang lain bertemu.
Andaikan tegangan; jawapan negatif bermaksud mampatan.

Pesongan rasuk

Beban titik pada pertengahan rentang: δ = PL³/(48EI)
Beban seragam, disokong mudah: δ = 5wL⁴/(384EI)
Julur, beban hujung: δ = PL³/(3EI)
Julur, beban seragam: δ = wL⁴/(8EI)
Superposisi: δ = δ₁ + δ₂

Lengkokan tiang

Beban Euler: P_cr = π²EI/(KL)²
Faktor panjang berkesan: K = 1 pin–pin, 0.5 tetap–tetap, 0.7 tetap–pin, 2 tetap–bebas
Tegasan kritikal: σ_cr = P_cr/A
Kelangsingan: λ = KL/r, r = √(I/A)

2Soalan latihan

1.Tindak balas penyokong rasukSederhana

Rasuk julur terikat pada dinding di A. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada 5 m dari dinding. Cari magnitud momen tindak balas M_A pada dinding.

L = 8 mP = 75 kN pada 5 mw = 12 kN/m dari 0 hingga 8 m

M_A = kN·m

2.Tindak balas penyokong rasukSukar

Rasuk majmuk terikat pada dinding di A, mempunyai engsel dalaman di C (2.5 m dari A) dan bertumpu pada penggelek di D (6 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 3 m dari A dan beban titik Q pada 2 m dari A. Cari tindak balas R_D pada penggelek.

AC = 2.5 mAD = 6 mP = 15 kN pada 3 mQ = 10 kN pada 2 m

R_D = kN

3.Daya ricih & momen lenturSederhana

Rasuk itu bertumpu pada pin di A dan penggelek di B serta menjulur melepasi B sejauh 2 m hingga hujung bebas C. Ia membawa beban titik P₁ di antara penyokong dan beban titik P₂ pada C. Cari momen lentur M_B pada penyokong B. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.

L = 10 mP₁ = 20 kN pada 1 mP₂ = 20 kN pada 10 mpenyokong pada x = 0 dan x = 8 m

M_B = kN·m

4.Daya ricih & momen lenturSukar

Rasuk disokong mudah itu membawa beban teragih seragam pada sebahagian rentangnya. Cari momen lentur maksimum M_max dalam rasuk.

L = 10 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 3 m

M_max = kN·m

5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana

Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya F_BC dalam anggota BC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.

rentang = 5 mtinggi = 2 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 10 kN

F_BC = kN

6.Kekuda: kaedah sambunganSukar

Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.

C: 40 kN ↓D: 20 kN ↓F: 10 kN ↓G: 30 kN ↓H: 35 kN ↓H: 10 kN ←

1anggota AB
2anggota BC
3anggota CD
4anggota DE
5anggota FG
6anggota GH
7anggota AF
8anggota HE
9anggota BF
10anggota CG
11anggota DH
12anggota FC
13anggota HC

7.Pesongan rasukSederhana

Rasuk disokong mudah membawa beban titik P pada a = 4 m dari penyokong A. Cari pesongan δ_P di bawah beban.

P = 6 kNa = 4 mL = 5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 23 × 10⁶ mm⁴

δ_P = mm

8.Pesongan rasukSukar

Satu rasuk disokong mudah membawa beban teragih seragam w dan beban titik P pada pertengahan rentang. Dengan superposisi, cari pesongan pertengahan rentang δ_max.

P = 11 kNw = 5 kN/mL = 6 mE = 200 GPa (keluli)I = 160 × 10⁶ mm⁴

δ_max = mm

9.Lengkokan tiangSederhana

Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas bebas. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal P_crnya.

L = 2.5 mE = 200 GPa (keluli)b × h = 30 × 50 mm

P_cr = kN

10.Lengkokan tiangSukar

Satu tiang bulat pejal sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pin pada kedua-dua hujung. Ia mesti menanggung 30 kN dengan faktor keselamatan 3 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.

P = 30 kNn = 3L = 3 mE = 70 GPa (aluminium)

d = mm

3Larutan

1.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: M_A = 759 kN·m

Keseimbangan julur: penyokong tetap boleh menolak ke atas dan juga menentang putaran, maka ia memberikan tindak balas menegak R_A dan momen tindak balas M_A. ΣF_y = 0 memberikan R_A, dan momen pada dinding memberikan M_A = Σ(beban × jarak dari dinding). Beban teragih bertindak sebagai daya paduannya pada sentroid gambar rajah beban.

Daya paduan beban teragih

W = 12·8 = 96 kN, x̄ = 4 m

Momen pada dinding

M_A = P·a + W·x̄ = 75·5 + 96·4 = 759 kN·m

Jawapan

M_A = 759 kN·m

2.Tindak balas penyokong rasuk

Jawapan: R_D = 2.143 kN

Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣF_x = 0, ΣF_y = 0 dan ΣM = 0 pada mana-mana titik. Gantikan setiap beban teragih dengan daya paduannya (luasnya) yang bertindak pada sentroid gambar rajah beban, dan ambil momen pada satu penyokong untuk menghapuskan tindak balas penyokong itu daripada persamaan. Engsel dalaman tidak boleh menanggung momen lentur, yang memberikan satu persamaan tambahan: momen pada engsel bagi daya di kedua-dua sisi ialah sifar.

Bahagian CD

Engsel tiada momen, maka momen pada C bagi CD sahaja mesti seimbang.

ΣM_C = 0: R_D·3.5 = 15·0.5

R_D = 2.143 kN

V_C = 15 − 2.143 = 12.86 kN

Jawapan

R_D = 2.143 kN

3.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: M_B = −40 kN·m

Tindak balas penyokong

Keseimbangan seluruh rasuk. Beban juluran juga bertindak pada A.

ΣM_A = 0: R_B·8 = 20·1 + 20·10

R_B = 220/8 = 27.5 kN

ΣF_y = 0: R_A = 40 − 27.5 = 12.5 kN

Keratan pada B dan simpan juluran

Hanya P₂ bertindak pada juluran, dengan lengan tuas a. Ia melenturkan rasuk ke atas di atas penyokong (hogging).

M_B = −P₂·a = −20·2 = −40 kN·m

Jawapan

M_B = −40 kN·m

4.Daya ricih & momen lentur

Jawapan: M_max = 26.01 kN·m

Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan. Momen maksimum: kerana dM/dx = V, momen lentur mencapai puncak di mana daya ricih melalui sifar, sama ada pada beban titik atau di dalam beban teragih.

Tindak balas penyokong

Keseimbangan seluruh rasuk.

Paduan UDL: W = w·ℓ = 8·3 = 24 kN, bertindak pada x̄ = 1.5 m

ΣM_A = 0: R_B·10 = 8·3·1.5

R_B = 36/10 = 3.6 kN

ΣF_y = 0: R_A = 24 − 3.6 = 20.4 kN

Daya ricih sifar

Daya ricih bermula pada R_A, kekal malar pada sebarang bahagian yang tidak dibebani dan menurun dengan kecerunan w di dalam beban.

R_A − w·(x₀ − 0) = 0

x₀ = 0 + 20.4/8 = 2.55 m

Momen maksimum

M_max = R_A·x₀ − w·(x₀ − 0)²/2 = 20.4·2.55 − 8·2.55²/2 = 26.01 kN·m

Jawapan

M_max = 26.01 kN·m

5.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: F_BC = −8.485 kN

Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣF_x = 0 dan ΣF_y = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.

Tindak balas penyokong

Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.

ΣM_A = 0: C_y·5 = 10·3 → C_y = 6 kN

ΣF_y = 0: A_y = 10 − 6 = 4 kN

Sambungan C

Penggelek hanya memberikan tindak balas tegak, jadi sambungan C hanya mempunyai dua daya anggota yang tidak diketahui. Andaikan kedua-duanya dalam tegangan.

sin γ = 2/2.828 = 0.7071, cos γ = 2/2.828 = 0.7071

ΣF_y = 0: C_y + F_BC·sin γ = 0 → F_BC = −6/0.7071 = −8.485 kN

Jawapan

F_BC = −8.485 kN (mampatan)

6.Kekuda: kaedah sambungan

Jawapan: anggota BF

Anggota daya sifar: pada sendi, daya mesti seimbang dalam setiap arah. Jika sendi tidak mempunyai beban dan tiada penyokong, dan dua daripada tiga anggotanya segaris, maka imbangan merentasi garisan itu hanya melibatkan anggota ketiga, jadi dayanya sifar. Jika hanya dua anggota bertemu pada sendi tanpa beban dan keduanya tidak segaris, kedua-duanya sifar.

Sendi B

AB dan BC terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya BF.

ΣF⊥ = 0 → F_BF = 0

Semak dengan kaedah sendi

Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).

AB: 34.69 kN (T), BC: 34.69 kN (T), CD: 56.56 kN (T), DE: 56.56 kN (T), FG: 81.88 kN (C), GH: 81.88 kN (C), AF: 74.48 kN (C), HE: 94.27 kN (C), BF: 0, CG: 30 kN (C), DH: 20 kN (T), FC: 61.98 kN (T), HC: 25.52 kN (T)

Jawapan

Anggota daya sifar: BF

7.Pesongan rasuk

Jawapan: δ_P = 3.975 mm

Pesongan rasuk: pesongan diperoleh daripada pengamiran kelengkungan M/(EI) dua kali. Kes piawai telah dijadualkan, contohnya PL³/(3EI) bagi julur dengan beban hujung dan 5wL⁴/(384EI) bagi rasuk disokong mudah di bawah beban seragam penuh. Pesongan daripada beban yang berasingan ditambah (superposisi).

Unit yang konsisten

Bekerja dalam N dan mm: P dalam N, w dalam N/mm (kN/m = N/mm), L dalam mm, E dalam N/mm² (GPa × 1000), I dalam mm⁴.

P = 6000 N, a = 4000 mm, b = 1000 mm, L = 5000 mm

EI = 1.61 × 10¹² N·mm²

Pesongan di bawah beban

δ_P = Pa²b²/(3EIL) = 6000·4000²·1000²/(3·1.61 × 10¹²·5000) = 3.975 mm

Jawapan

δ_P = 3.975 mm

8.Pesongan rasuk

Jawapan: δ_max = 4.184 mm

Unit yang konsisten

Bekerja dalam N dan mm: P dalam N, w dalam N/mm (kN/m = N/mm), L dalam mm, E dalam N/mm² (GPa × 1000), I dalam mm⁴.

P = 11000 N, w = 5 N/mm, L = 6000 mm, EI = 3.2 × 10¹³ N·mm²

Setiap beban secara berasingan

δ_P = PL³/(48EI) = 11000·6000³/(48·3.2 × 10¹³) = 1.547 mm

δ_w = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·6000⁴/(384·3.2 × 10¹³) = 2.637 mm

Tambahkannya

δ_max = 1.547 + 2.637 = 4.184 mm

Jawapan

δ_max = 4.184 mm

9.Lengkokan tiang

Jawapan: P_cr = 8.883 kN

Lengkokan Euler: tiang langsing menjadi tidak stabil pada P_cr = π²EI/(KL)², dengan KL ialah panjang berkesan: K = 1 bagi pin–pin, 2 bagi tetap–bebas, 0.7 bagi tetap–pin dan 0.5 bagi tetap–tetap. Ia melengkok pada paksi yang mempunyai I terkecil. Formula ini sah bagi tiang langsing, yang tegasan kritikalnya kekal di bawah tegasan alah.

Momen luas kedua terkecil

Segi empat tepat melengkok pada paksi lemahnya, menggunakan dimensi yang lebih kecil dikuasa tiga.

I_min = h·b³/12 = 50·30³/12 = 112500 mm⁴

Panjang berkesan

KL = 2·2500 = 5000 mm

Beban kritikal

P_cr = π²EI/(KL)² = π²·200000·112500/5000² = 8883 N = 8.883 kN

Jawapan

P_cr = 8.883 kN

10.Lengkokan tiang

Jawapan: d = 69.91 mm

Beban kritikal yang diperlukan

P_cr = n·P = 3·30000 = 90000 N

KL = 1·3000 = 3000 mm

Selesaikan untuk diameter

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·90000·3000²/(π³·70000))^(1/4) = 69.91 mm

Jawapan

d = 69.91 mm

Semak: kelangsingan KL/r ialah 171.7, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.

ExamProblems · examproblems.com/courses/structural-analysis