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普考申論題 113年 [土木工程] 結構學與鋼筋混凝土學概要

第 二 題

📖 題組:
如下圖所示之剛架,A點為鉸接端,D點為滾支承,在B點施加一個30 kN的力量,(各桿件之E、I均相同)。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

用虛功法(Virtual Work)求C點及D點旋轉角,未依指定方法作答,整題以零分計(15分)

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看到求特定點變位並指定「虛功法」,應立即分為建立「真實系統(求實際彎矩M)」與「虛擬系統(施加單位虛擬力求虛擬彎矩m)」兩步。本題關鍵在於D點為滾支承,虛擬單位力矩施加於C或D點時,柱子(AC段)的虛擬彎矩恰好為零,從而大幅簡化積分計算。

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【解題思路】使用虛功法(Virtual Work Method),分別建立真實系統以求得實際彎矩函數 $M(x)$,以及在C、D點施加單位力矩的虛擬系統求得虛擬彎矩函數 $m(x)$,最後代入虛功積分式求解。 【詳解】 壹、 建立座標系與符號規定

小題 (一)

繪製此剛架之剪力圖及彎矩圖,(10分)

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本題為靜定剛架的內力分析,不需考慮各桿件的EI值。首先利用整體靜力平衡方程式(ΣFx=0, ΣFy=0, ΣM=0)求出支承反力;接著以節點和受力點將結構分為AB、BC、CD三段,利用切面法求出各段的剪力與彎矩函數;最後根據函數即可繪製出剪力圖(SFD)與彎矩圖(BMD),並明確標示關鍵點數值與彎矩受拉側。

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【解題關鍵】利用整體靜力平衡求得支承反力後,分段建立剪力與彎矩方程式以繪製內力圖。 【解答】 Step 1:計算整體支承反力