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調查局三等申論題 108年 [營繕工程組] 結構分析(包括材料力學與結構學)

第 一 題

📖 題組:
圖二所示靜定桁架結構可視為一個三鉸拱(three-hinged arch)進行分析,此桁架依圖二之集中載重所設計,使得下弦材(ABCDEF)的輪廓符合該載重配置下的纜索形狀(funicular shape),其力學結果為水平上弦材(LKJIHG)各桿在圖二集中載重作用下皆為零力桿。將 A 支承的高程視為地面線,則 F 支承的高程為 4 m。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請計算出支承反力?(10 分)

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本題關鍵在於辨識「三鉸拱」的結構特性與圖面幾何資訊。看到上弦材皆為零力桿且下弦材呈纜索形狀,應立刻聯想到所有彎矩由下弦軸力抵抗。觀察圖面,D 點與 I 點共用同一節點,可推知 D 點高程,將其視為內部鉸(彎矩為零),配合整體靜力平衡方程式即可解出四個支承反力。

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【解題關鍵】利用三鉸拱的靜力平衡條件,並尋找內部鉸(彎矩為零的節點)建立附加方程式進行求解。 【解答】 Step 1:確認座標系統與支承反力假設

小題 (二)

(ABCDEF)的輪廓符合所示載重的纜索形狀,計算 B、C、E 三點的高程 hB、hC、hE?(15 分)

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看到『上弦材皆為零力桿』及『纜索形狀』,應立即聯想到結構內部斜桿亦為零力桿,且整體行為等同於僅承受軸力的理想三鉸拱,故任一下弦節點的整體彎矩皆為零。透過圖面尺寸判斷 D 點與 F 點高程同為 4m,即可利用靜力平衡求出支承反力,再由彎矩為零的條件反推各點高程。

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【解題關鍵】利用零力桿特性確認結構等同三鉸拱(各節點整體彎矩為零),並由右半部力矩平衡求出支承反力與水平推力,再藉彎矩方程式推導各節點高程。 【解答】 計算:

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