免費開始練習
高考申論題 111年 [土木工程] 結構學

第 二 題

📖 題組:
如下圖剛架,A 點為鉸支承,B 點為剛接點,C 點為滾接支承。以卡氏第二定理(Castigliano’s Second Theorem)詳細計算剛架上支承點 C 的水平變位,構件自重不計(使用其他方法一律不予計分)。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

列出各段斷面彎矩函數及對 P 的偏微分。(10 分)

思路引導 VIP

看到卡氏第二定理求特定點變位,首先應想到在該點沿欲求變位方向施加一虛擬力(如水平力 P)。接著建立整體的平衡方程式求出支承反力(含 P 的函數),再切段定義局部座標,寫出各段彎矩函數並對 P 進行偏微分,為後續代入卡氏定理積分式做準備。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題關鍵】依據卡氏第二定理,為求 C 點之水平變位,需在 C 點施加虛擬水平力 $P$,並推導各構件內力函數後對 $P$ 取偏微分($\Delta = \int \frac{M}{EI} \frac{\partial M}{\partial P} dx$)。 【解答】 Step 1:施加虛擬載重與計算支承反力

小題 (一)

在 C 點加上一個向右水平變數作用力 P,並推得 A 與 C 點支承點反力。(5 分)

思路引導 VIP

面對使用卡氏第二定理求變位的問題,首要步驟是在欲求變位之處(C 點)及方向(水平向右)施加一虛擬力 P。接著將結構視為一整體,利用三個靜力平衡方程式(ΣFx=0, ΣFy=0, ΣM=0),即可解出包含變數 P 的各支承反力,作為後續建立彎矩函數的基礎。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題關鍵】在欲求變位處施加虛擬力 P,並利用整體結構之靜力平衡方程式(ΣFx=0, ΣFy=0, ΣM=0)求解靜定結構之支承反力。 【解答】 計算:

小題 (三)

使用積分公式計算支承點 C 的水平變位。(10 分)

思路引導 VIP

遇到求特定點變位且指定使用「卡氏第二定理」的題目,第一步需在目標變位點(C點)施加一假想單位力或力變數 P(此題為水平向右)。接著列出包含 P 的支承反力與各桿件彎矩函數,然後對 P 偏微分,最後將 P=0 代入並進行全結構的積分計算,即可求得變位。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題關鍵】利用卡氏第二定理(Castigliano's Second Theorem) $\Delta = \int \frac{M}{EI} \frac{\partial M}{\partial P} dx$,於 C 點施加假想水平力 P,求出包含 P 的彎矩函數後偏微分,代入 P=0 並積分求得變位。 【解答】 Step 1:設定假想力與計算支承反力

📝 同份考卷的其他題目

查看 111年[土木工程] 結構學 全題