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普考申論題 111年 [土木工程] 工程力學概要

第 一 題

一、左右對稱的箱型梁斷面,若斷面積的形心位置在x '軸與 y'軸的交點 O,如圖一所示。試求箱型梁的形心位置 ȳ 和斷面積對x '軸的慣性矩。(25分)
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📝 此題為申論題

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考生看到複合斷面求形心與慣性矩的題目,首先應建立適當的參考座標系(通常選最底邊與對稱軸)。接著利用「面積分割法」,將複雜圖形拆解為簡單的矩形(如頂板、腹板、底板)。求出總面積及對底邊的面積一次矩以計算形心高度 ȳ。最後,先求出各分割區塊對底邊的慣性矩,再利用「平行軸定理」平移至形心軸,即可避免繁雜的重心距離小數計算並確保精確度。

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【解題關鍵】組合面積之形心計算公式(ȳ = Σ(A_i·y_i) / ΣA_i)與平行軸定理(I_x' = I_x - A·ȳ²)。 【解答】 建立座標系統:以箱型梁最底邊緣為 x 軸(y=0),對稱中心線為 y 軸。將複合斷面拆解為頂板(1)、兩側腹板(2)及底板(3)三個矩形區塊。

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