
【化】 shearing force diagram
【化】 shear force; shearing force
chart; drawing; fig.; map; plot; picture; intention; attempt; plan
【計】 diagram; graphtyper
【化】 diagram
【醫】 chart; column diagram; diagram; graph; map; picture; schema; scheme
sheet
剪力圖的工程力學釋義與結構分析應用
1. 定義與術語對照
剪力圖(Shear Force Diagram)是結構力學中用于描述梁、柱等構件沿軸線方向不同截面處所受剪力(shear force)分布的圖形化表達。其英文術語為“Shear Force Diagram”(縮寫SFD),中文亦稱“剪力分布圖”。
2. 核心作用與工程意義
通過剪力圖,工程師可直觀判斷構件内剪力的最大值及其位置,進而指導材料強度設計。例如,在建築梁的設計中,剪力圖可輔助确定抗剪鋼筋的布置密度。國際标準《結構設計基礎》(ISO 2394:2015)明确指出,剪力分析是結構安全性評估的必要環節。
3. 繪制方法與關鍵步驟
剪力圖基于靜力平衡原理繪制,主要流程包括:
典型示例如懸臂梁的剪力圖呈線性遞減,而簡支梁的剪力圖在跨中可能出現突變。
4. 與彎矩圖的關聯性
剪力與彎矩(bending moment)存在微分關系,即彎矩圖的斜率等于對應位置的剪力值(數學表達:$V = frac{dM}{dx}$)。這一關系被收錄于經典教材《結構力學》(作者:朱慈勉,高等教育出版社)第三章。
5. 行業規範與參考标準
我國《混凝土結構設計規範》(GB 50010-2010)第6.3.4條明确要求,鋼筋混凝土構件的抗剪設計需以剪力圖分析為基礎。美國混凝土學會(ACI 318-19)第22.5節亦規定了類似原則。
剪力圖是結構力學中用來直觀展示梁或杆件沿其軸線不同位置處剪力分布情況的圖形。以下從定義、作用、繪制方法及示例四個方面詳細解釋:
定義與圖形構成
剪力圖以梁的長度為橫坐标(x軸),剪力值為縱坐标(y軸)。正值通常表示截面左側向上或右側向下的剪力(不同教材符號約定可能略有差異),負值則相反。圖中突變點對應集中力作用位置,斜率變化反映分布載荷的強度。
核心作用
繪制步驟
示例說明
簡支梁受均布載荷$q$時,剪力圖為一條從$+frac{qL}{2}$(左支座)向$-frac{qL}{2}$(右支座)傾斜的直線,跨中剪力為零。突變示例如懸臂梁自由端受集中力$P$,剪力從固定端$0$突變為自由端$-P$。
學習建議:結合彎矩圖對比分析,并通過平衡條件驗證圖形閉合性(如梁兩端剪力與支座反力是否一緻)。
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