几种杆系结构力学性能的比较

机架的典型结构形式有梁、刚架、桁架和组合结构，还可按其结构受力有以下两种分类方式

1) 无推力结构和有推力结构。梁和梁式桁架属于前者；三铰拱、三铰刚架、拱式桁架和某些组合结构属于后者

2) 将杆件分为链杆和梁式杆。桁架中的各杆都是链杆；多跨梁和刚架中的各杆都是梁式杆；组合结构中的杆件有的是链杆，有的是梁式杆。对于梁式杆，应尽量减小杆件中的弯矩。现从这个角度，讨论各杆系结构的特点

① 在静定多跨梁和伸臂梁中，利用杆端的负弯矩可以减小跨中的正弯矩(如图b)

② 在有推力结构中，利用水平推力的作用可以减小弯矩峰值(如图e)

③ 在桁架中，利用杆件的铰结和合理布置以及载荷的结点传递方式，可使桁架中的各杆处于无弯矩状态

为了对各种杆系结构形式的力学特点进行综合比较，在上图中给出了几种结构形式在相同跨度和相同载荷(全跨受均布载荷q)作用下的主要内力数值

a.图a是简支梁。图b是伸臂梁。为了使弯矩减小，设法使支座负弯矩与跨中正弯矩正

好相等。根据这个条件可以求出伸臂长度应为0.207l，这时弯矩峰值下降为

b.图c是带拉杆的三角形三铰架，推力为，由于推力的作用，上弦杆的弯矩峰值下降为

c.图d中，拉杆与上弦杆端部之间有一个偏心距e＝f/6，这样，上弦杆端部负弯矩与杆中正弯矩正好相等，弯矩峰值进

一步下降为，这两种情况都属于三铰刚架的特殊情况

d.图f是梁式桁架，在结点载荷作用下，各杆处于无弯矩状态，中间下弦杆的轴力为

e.图g是组合结构，为了使正弦杆的结点负弯矩与杆中正弯矩正好相等，故取，这时上弦杆的弯矩

峰值下降为，中间下弦杆的轴力为

从以上的分析和比较可看出，在相同跨度和相同载荷下，简支梁的弯矩最大，伸臂梁、静定多跨梁、三铰刚架、组合结构的弯矩次之，而桁架中除了受均布载荷作用的杆件有弯矩外，其他杆件的弯矩为零。基于这些受力特点，所以在工程实际中，简支梁多用于小跨度结构；伸臂梁、静定多跨梁、三铰刚架和组合结构可用于跨度较大的结构；当跨度更大时，则多采用桁架

另一方面，各种结构形式都有它的优点和缺点。简支梁虽然具有上述缺点，但也有许多优点，如制造简单，使用方便。所以在工程实际中简支梁仍然是广泛使用的一种结构形式。其他结构形式虽具有某些优点，但也有其缺点:如桁架的杆件很多，结点构造比较复杂；三铰刚架要求基础能承受推力(或需要设置拉杆承受推力)。所以选择结构形式时，不能只从受力状态这一方面去看，而必须进行全面的分析和比较