專技高考-建築師建築結構105 年第 29 題單選題
圖示構架中BC桿之I=∞,AB及CD兩桿之I值為定值,則A、D兩點之彎矩反力為何?
AMA=94Pl(逆針向)、MD=916Pl(逆針向)正確答案
BMA=94Pl(逆針向)、MD=916Pl(順針向)
CMA=92Pl(順針向)、MD=910Pl(逆針向)
DMA=95Pl(順針向)、MD=916Pl(逆針向)
A正確答案
BC 為剛性梁,構架側移時 B、C 柱頂僅共同側移而不轉動;以固定端柱側移公式與水平力平衡求解,得 M_A=4Pl/9、M_D=16Pl/9,方向皆為逆時針,故選 (A)。
為什麼答案是 A
以剛性梁僅平移、柱頂轉角為 0 處理,兩柱頂側移同為 Δ;由 ΣF_x=P 求出 Δ 後,得 M_A=4Pl/9、M_D=16Pl/9,方向皆為逆時針。
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完整詳解
Pro · 無限重點 BC 為剛性梁,構架側移時 B、C 柱頂僅共同側移而不轉動;以固定端柱側移公式與水平力平衡求解,得 M_A=4Pl/9、M_D=16Pl/9,方向皆為逆時針,故選 (A)。
1. 讀圖:A 為固定端,柱 AB 長 8l;D 為固定端,柱 CD 長 4l;BC 為剛性梁,水平力 P 作用於 B。
2. BC 剛性且僅水平平移,B、C 柱頂轉角為 0,兩柱頂側移同為 Δ。
3. 固定端柱僅側移時:柱端彎矩大小 M=6EIΔ/L^2,柱剪力 V=12EIΔ/L^3。
4. 水平力平衡:V_AB+V_CD=P,即 12EIΔ[1/(8l)^3+1/(4l)^3]=P。
5. 解得 Δ=128Pl^3/(27EI)。
6. M_A=6EIΔ/(8l)^2=4Pl/9,M_D=6EIΔ/(4l)^2=16Pl/9;依題意方向皆為逆時針,選 (A)。
逐選項分析
A✓ 正確
以剛性梁僅平移、柱頂轉角為 0 處理,兩柱頂側移同為 Δ;由 ΣF_x=P 求出 Δ 後,得 M_A=4Pl/9、M_D=16Pl/9,方向皆為逆時針。
B✕
M_D 方向判錯;同一側移方向下,兩柱底彎矩旋轉向應一致。
C✕
忽略 BC 為剛性所造成的轉角約束,數值與方向均不符。
D✕
誤將兩柱長度視為等長或剛度比錯置,導致彎矩值錯誤。
剛性梁構架側移分析重點
| 要素 | 處理方式 |
|---|
| BC 桿 I=∞ | 視為剛性梁;本題受力下僅水平平移,柱頂轉角為 0,兩柱頂側移相同 |
| 柱 AB 長度 | 8l(A 在底為固定端,B 在頂) |
| 柱 CD 長度 | 4l(D 為固定端,C 在頂) |
| 未知量 | 共同側移 Δ(柱頂轉角為 0) |
| 柱抗側剛度比 | V_AB:V_CD = 12EI/(8l)^3 : 12EI/(4l)^3 = 1:8 |
| 平衡方程 | ΣF_x=P;柱底彎矩以 M=6EIΔ/L^2 求得 |
圖中 D 為固定端但位於右柱中段(離 C 點 4l、離地仍有 4l),右柱有效高度只有 4l,與左柱 8l 不同;切勿誤認兩柱等長或誤把 D 看成在底部。同時兩柱底彎矩方向應一致皆為逆時針。