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弯矩

弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种。通俗的说法:弯矩是一种力矩。另一种解释说法,就是弯曲所需要的力矩,下部受拉为正(上部受压),上部受拉为负(下部受压)。它的标准定义为:与横截面垂直的分布内力系的合力偶矩。

计算公式M=θ·EI/L,θ转角,EI转动刚度,L杆件的有效计算长度。

定义及内容

弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种,即垂直于横截面的内力系的合力偶矩。其大小为 该截面截取的构件部分上所有外力对该截面形心矩的代数和,其正负约定为是构件下凹为正,上凸为负(正负区分标准是构件上部受压为正,下部受压为负;反之构件上部受拉为负,下部受拉为正。在土木工程中,弯矩图习惯绘于杆件受拉一侧,在图上可不注明正负号)。比如说一个悬臂梁,当梁端力为,梁长为3m,刚固端弯矩为,而梁的跨中弯矩为,按这个做法可以简单算,不过更深的算法要见《材料力学》了。

图4中,M就是弯矩作用,v就是剪力作用,n就是轴力作用。

区分正负

一般而言,在不同的学科中弯矩的正负有不同的规定。规定了弯矩的正负,就可以将弯矩进行代数计算。

在列弯矩计算时,应用“左上右下为正,左下右上为负”的判别方法。凡截面左侧梁上外力对截面形心之矩为顺时针转向,或截面右侧外力对截面形心之矩为逆时针转向,都将产生正的弯矩,故均取正号;反之为负,即 左顺右逆,弯矩为正。

对于土木工程结构中的一根梁(指水平向的构件),当构件区段下侧受拉时,我们称此区段所受弯矩为正弯矩;当构件区段上侧受拉时,我们称此区段所受弯矩为负弯矩。

PKPM给出的弯矩方向:

作用力方向(对基础):轴力 N 压为正(↓);

弯矩 M 顺时针为正(-↓);

剪力 V 顺时针为正(→)。

计算公式

弯矩公式:

表示最大弯矩,F表示外力,L即为力臂)。

弯矩图

弯矩图是一种图线,用来表示梁的各横截面上弯矩沿轴线的变化情况。总结 规律如下:

(1)在梁的某一段内,若无分布载荷作用,即,由可知,M(x)是x的一次函数,弯矩图是斜直线。

(2)在梁的某一段内,若作用分布载荷作用,即,则,可以得到M(x)是x的二次函数。弯矩图是抛物线

(3)在梁的某一截面内,若,则在这一截面上弯矩有一极值(极大或极小)。即弯矩的极值发生在剪力为零的截面上。

叠加原理

图6-9  a、b、c分别画出了同一根粱AB受q、M两种载荷作用、q单独作用及M单独作用的三种受力情况。

在q、M共同作用时

从计算结果中可以看到,梁的支座反力和弯矩都是荷载(q、M)的一次函数,即反力或弯矩与荷载成线性关系。这时,g、M共同作用F所产生的反力或弯矩等于g与M单独作用时所产生的反力或弯矩的代数和:

这种关系不仅在本例中存在,而且在其他力学计算中普遍存在,即只要反力、弯矩(或其他量)与载荷成线性关系,则若干个载荷共同引起的反力、弯矩(或其他量)等于各个载荷单独引起的反力、弯矩(或其他量)相叠加。这种关系称为叠加原理。应用叠加原理的前提是构件处在小变形情况下,这时各荷载对构件的影响各自独立。

参考资料