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高考申論題 114年 [土木工程] 材料力學與結構學

第 一 題

📖 題組:
如圖所示,一外伸簡支梁 ABC,A 端為鉸支承,B 端為滾支承,C 端為自由端。梁段 AB 與 BC 之長度分別為5 m與3 m,撓曲剛度為常數 EI。全梁受均佈載重q = 8 kN/m作用。試以共軛梁法(Conjugate Beam Method)求出: (一)鉸支承 A 端之傾角。(10 分) (二)自由端 C 之垂直位移。(15 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

鉸支承 A 端之傾角。(10 分)

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看到求變位或傾角的題目且指定『共軛梁法』,第一步應先解出真實梁的支承反力與彎矩分佈。接著將支承條件進行共軛轉換(端鉸支承不變、內部滾支承變為內部鉸),並將 $M/EI$ 視為載重施加於共軛梁上。最後,利用共軛梁的靜力平衡(如對內部鉸取力矩)求出 A 端之剪力,即為真實梁 A 端之傾角。

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【解題思路】利用共軛梁法,將真實梁的彎矩除以 $EI$ 作為共軛梁的載重。經支承轉換後,共軛梁 A 端的剪力即等同於真實梁 A 端的傾角。 【詳解】 Step 1:求真實梁之支承反力

小題 (二)

自由端 C 之垂直位移。(15 分)

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本題要求外伸梁自由端的垂直位移,最適合的方法為「共軛梁法(Conjugate Beam Method)」。解題時,考生應先求出真實梁的彎矩函數 $M(x)$,接著將支承條件轉換為共軛梁(自由端變固定端、滾支承變內部鉸),並以 $M/EI$ 作為虛擬載重。最終,計算共軛梁固定端 C' 的彎矩值,該數值即為真實梁 C 點的垂直位移。

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【解題關鍵】應用共軛梁法:真實梁某點之變形(位移),等於共軛梁對應點之內力(彎矩)。 【解答】 Step 1:求真實梁之支承反力與彎矩方程式 $M(x)$

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