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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:
圖四(a)所示之一度靜不定對梁,右側支承以彈簧 K 支撐,梁斷面之 EI= 8600 kN-m2,圖四(b)為簡支外伸梁的已知公式,可參考使用。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

當K=0,求 D 點位移。(方法不限,但須註明方法)(10 分)

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看到 $K=0$,代表 D 點彈簧失去支撐作用,結構退化為靜定簡支外伸梁。解題時可直接使用單位載重法(虛功法)建立各段彎矩方程式並積分求解;亦可利用題意提供的圖四(b)公式,先求出載重作用點 C 的位移與轉角,再利用幾何關係(CD段無彎矩保持直線)延伸推算 D 點的總位移。

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【解題關鍵】當K=0時結構為靜定外伸梁,可利用題附公式結合彎矩面積法求出受力點C之位移與轉角,再以剛體運動延伸至自由端D;或直接使用單位虛功法求解。 【解答】 已知條件:載重 $P = 20$ kN,支承間距 $L = 5$ m,外伸受力點距離 $a = 4$ m,梁抗彎剛度 $EI = 8600$ $\text{kN-m}^2$。

小題 (二)

當K=50 kN/m,求 D 點位移。(本小題限用柔度法)(15 分)

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看到此題為具備彈簧支承的靜不定結構,且明定「限用柔度法」,應立即選取彈簧反力作為贅力,移除彈簧建立基本靜定外伸梁結構。核心步驟為:(1)以單位力法(或圖乘法)計算外力作用下 D 點的位移;(2)利用題給公式計算單位贅力產生的柔度係數;(3)建立「梁端位移 = 彈簧壓縮量」的變形相合方程式求解。

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【解題關鍵】本題使用柔度法,選定彈簧支承力為贅力,藉由單位力法及題給公式計算位移後,代入變形相合方程式求解。 【解答】 Step 1:設定基本結構與贅力

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