專技高考-建築師建築結構109 年第 34 題單選題
如圖示之剛構架,AB、BC、CD 之長度及斷面均相同,A 為固定端,D 為鉸支承,EA = 軸向剛度,EI = 撓曲剛度,C 為鉸接,當 CD 因均勻溫度升高而伸展,則剛架最大彎矩及最大剪力同時發生在何處?
B正確答案
CD 桿均勻溫度伸展受約束產生軸壓力,透過鉸接 C 點傳至 BC 桿;C、D 為鉸接/鉸支承彎矩為零,最大彎矩與剪力同時發生於剛接節點 B。
為什麼答案是 B
B 為剛接節點,CD 伸長效應經 C 鉸傳至 BC 桿,再集中於 B 點,此處彎矩與剪力同時達最大值。
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完整詳解
Pro · 無限重點 CD 桿均勻溫度伸展受約束產生軸壓力,透過鉸接 C 點傳至 BC 桿;C、D 為鉸接/鉸支承彎矩為零,最大彎矩與剪力同時發生於剛接節點 B。
鉸接處彎矩必為零→秒刪 C、D;固定端 A 雖有彎矩,但剛接節點 B 為內力傳遞樞紐,彎矩剪力同時最大→選 B。
逐選項分析
A✕ 陷阱
A 為固定端雖有彎矩反力,但剪力並非最大;最大彎矩與剪力同時發生處不在 A 點。
B✓ 正確
B 為剛接節點,CD 伸長效應經 C 鉸傳至 BC 桿,再集中於 B 點,此處彎矩與剪力同時達最大值。
C✕
C 為鉸接節點,鉸接處彎矩恆為零,不可能為最大彎矩發生處。
D✕
D 為鉸支承,支承處彎矩為零,且 CD 桿兩端鉸接僅受軸力無彎矩。
構架各點性質與彎矩關係
| 位置 | 支承/連接型式 | 彎矩狀態 |
|---|
| A | 固定端 | 有彎矩反力,非同時最大 |
| B | 剛接節點 | 彎矩與剪力同時最大 |
| C | 鉸接節點 | 彎矩恆為零 |
| D | 鉸支承 | 彎矩恆為零 |
學生常直覺認為固定端 A 內力最大,但本題 CD 溫度伸展效應經鉸接 C 傳遞,剛接節點 B 才是彎矩與剪力同時最大之處;且 C、D 因鉸接性質彎矩為零須先排除。