结构力学 -受力分析PPT课件
- 格式:pptx
- 大小:80.80 KB
- 文档页数:5
第一讲平面体系的几何组成分析及静定结构受力分析【内容提要】平面体系的基本概念,几何不变体系的组成规律及其应用。
静定结构受力分析方法,反力、内力计算与内力图绘制,静定结构特性及其应用。
【重点、难点】静定结构受力分析方法,反力、内力计算与内力图绘制一、平面体系的几何组成分析(一)几何组成分析按机械运动和几何学的观点,对结构或体系的组成形式进行分析。
(二)刚片结构由杆(构)件组成,在几何分析时,不考虑杆件微小应变的影响,即每根杆件当做刚片。
(三)几何不变体系体系的形状(或构成结构各杆的相对位置)保持不变,称为几何不变体系,如图6-1-1 (四)几何可变体系体系的位置和形状可以改变的结构,如图6-1-2。
图6-1-1 图6-1-2(五)自由度确定体系位置所需的独立运动参数数目。
如一个刚片在平面内具有3个自由度。
(六)约束减少体系独立运动参数(自由度)的装置。
1.外部约束指体系与基础之间的约束,如链杆(或称活动铰),支座(固定铰、定向铰、固定支座)。
2.内部约束指体系内部各杆间的联系,如铰接点,刚接点,链杆。
规则一:一根链杆相当于一个约束。
规则二:一个单铰(只连接2个刚片)相当于两个约束。
推论:一个连接n 个刚片的铰(复铰)相当于(n- 1)个单铰。
规则三:一个单刚性结点相当于三个约束。
推论:一个连接个刚片的复刚性结点相当于( n- 1)个单刚性结点。
3.必要约束如果在体系中增加一个约束,体系减少一个自由度,则此约束为必要约束。
4.多余约束如果体系中增加一个约束,对体系的独立运动参数无影响,则此约束称为多余约束。
(七)等效作用1.虚铰两根链杆的交叉点或其延长线的交点称为(单)虚铰,其作用与实铰相同。
平行链杆的交点在无限远处。
2.等效刚片一个内部几何不变的体系,可用一个刚片来代替。
3.等效链杆。
两端为铰的非直线形杆,可用一连接两铰的直线链杆代二、几何组成分析(一)几何不变体系组成的基本规则1.两刚片规则平面两刚片用不相交于一点的三根链杆连接成的体系,是内部几何不变且无多余约束的体系。
章节平面杆件结构按计算简图分类体系的几何组成与静力性的关系概述几何组成分析举例平面体系的几何组成分析几何组成分析中的几个概念平面体系的计算自由度静定梁和静定刚架静定平面刚架单跨静定梁多跨静定梁绪论几何不变体系和几何可变体系结构力学结构力学的研究对象和任务杆件结构的计算简图几何不变体系的简单组成规则静定结构的一般特性虚功原理和结构位移计算静定结构在荷载作用下的位移计算变形体系的虚功原理平面杆件结构位移计算的一般公式概述各种型式的结构受力特征 静定桁架和组合结构静定平面桁架三种简支桁架的比较概述三铰拱的内力计算三铰拱三铰拱的压力线和合理拱轴空间桁架静定组合结构静定结构在支座位移时的位移计算力法对称性的利用用弹性中心法计算无铰拱用力法计算超静定结构在荷载作用下的内力用力法计算超静定结构在支座位移和温度变化时的内力力法基本概念力法的典型方程超静定结构概述静定结构在温度变化时的位移计算算图乘法线性弹性结构的互等定理超静定结构的位移计算超静定结构内力图的校核超静定结构的一般特性概述截面直杆的转角位移方程位移法的基本概念位移法位移法的典型方程用位移法计算超静定结构在荷载作用下的内力用位移法计算超静定结构在支座位移和温度变化时的内力直接利用平衡条件建立位移法方程矩分配法的基本概念力矩分配法用力矩分配法计算连续梁和无结点线位移的刚架无剪力分配法影响线的概念静力法作静定粱的影响线结点荷载作用下粱的影响线静力法作静定桁架的影响线机动法作静定梁的影响线利用影响线求量值影响线移动荷载最不利位置的确定公路、铁路的标准荷载制及换算荷载简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩机动法作连续梁的影响线连续梁的内力包络图知识点章编号节编号知识点编号结构及其分类31374结构力学研究对象31375结构力学的任务31376计算简图的定义31477选取计算简图的一般原则31478实际结构的简化31479平面杆件结构按计算简图分类31580几何不变体系和几何可变体系41681平面体系的几何组成分析41682自由度41783约束41784必要约束与多余约束41785实铰与虚铰41786几何组成分析41787体系的实际自由度S与体系的计算自由度W 41888平面体系的计算自由度算法一——刚片系的W 41889平面体系的计算自由度算法二——铰接链杆体系的W 41890体系的几何组成性质与计算自由度之间的关系41891几何不变体系的简单组成规则41992几何可变体系41993体系的几何组成分析及其步骤42094几何组成分析的方法及举例42095体系的几何组成与静力性的关系42196用截面法求指定截面的内力52297内力图的特征52298用区段叠加法作直杆段的弯矩图52299简支斜梁522100多跨静定梁的组成方式和特点523101多跨静定梁内力计算523102静定平面刚架的类型和特点524103求作静定平面刚架的内力图524104求作静定平面刚架的内力图的要点524105速绘静定平面刚架的弯矩图524106静定梁和静定刚架524107拱的分类625108三铰拱各部分名称625109带拉杆的拱625110三铰拱内力符号规定626111学三铰拱支反力的计算626112三铰拱的内力计算公式626113三铰拱的内力图绘制626114三铰拱的受力特点626115合力多边形627116三铰拱的压力线627117三铰拱的合理拱轴627118桁架的计算简图728119平面桁架的分类728120结点法729121结点平衡的特殊情况729122截面法729123结点法与截面法的联合应用729124对称桁架的受力计算729125静定平面桁架729126简支桁架的受力特点730127三种简支桁架的比较730128空间桁架的支座731129空间桁架的几何组成731130空间桁架的计算方法731131组合结构及其受力特点732132静定组合结构内力的计算方法732133静定组合结构732134各种型式的结构受力特征733135静定梁、刚架内力733136静定结构的一般特性734137位移835138计算位移的目的835139实功836140虚功836141刚体(系)的虚功原理836142变形体系的虚功原理836143虚功原理的两种形式836144实际状态837145虚拟状态837146结构位移计算的一般公式837147单位力设置法837148荷载引起的结构位移计算公式838149梁和刚架的位移计算838150桁架的位移计算838151组合结构的位移计算838152图乘法的适用条件839153图乘法原理839154图乘法的几点说明839155静定结构在支座位移时的位移计算840156温变引起的位移计算841157制造误差引起的位移计算841158功的互等定理842159位移互等定理842160反力互等定理842161反力与位移互等定理842162超静定结构和静定杆件结构分类943163超静定次数的确定943164超静定结构概述943165力法计算超静定结构的思路944166力法的基本未知量、基本结构及基本体944167系、典型方程力法的基本概念944168用力法计算一次超静定结构944169两次超静定结构的力法典型方程945170 n次超静定结构的力法典型方程945171力法典型方程中系数和自由项的计算945172结构的最后内力图945173力法解题步骤946174力法计算超静定梁946175力法计算超静定刚架946176力法计算超静定桁架946177力法计算超静定组合结构946178力法计算铰接排架946179力法计算两铰拱946180支座位移时超静定结构的计算947181温度变化时超静定结构的计算947182对称结构948183对称结构的受力特点948184利用对称性——选择对称的基本体系948185利用对称性——采用半结构948186弹性中心949187荷载作用时的计算949188温度变化时的计算949189支座位移时的计算949190超静定结构位移计算的思路950191荷载作用下超静定结构的位移计算950192支座位移时超静定结构的位移计算950193温度变化时超静定结构的位移计算950194平衡条件的校核951195位移条件的校核951196超静定结构的一般特性952197位移法的基本思路1053198杆端弯矩及杆端位移的正负号规定1054199单跨超静定梁的形常数和载常数1054200转角位移方程1054201位移法的基本未知量1055202位移法的基本结构1055203位移法方程1055204位移法典型方程的建立1056205位移法典型方程中系数及自由项的计算1056206方法位移法计算步骤1057207位移法算例1057208支座位移时位移法的计算1058209温度变化时位移法的计算1058210利用结点和截面平衡条件建立位移法方1059211程转动刚度1160212分配系数和传递系数1160213任意荷载作用时单结点结构的力矩分配1160214法力矩分配法1160215用力矩分配法计算连续梁1161216用力矩分配法计算无结点线位移的刚架1161217无剪力分配法的适用范围1162218无剪力分配法计算步骤和举例1162219移动荷载1263220影响线的定义1263221影响线1263222静力法作影响线的步骤1264223简支梁的影响线1264224影响线与内力图的区别1264225伸臂梁的影响线1264226结点荷载1265227结点荷载作用下影响线的作法1265228静力法作静定桁架的影响线1266229机动法及其原理1267230用机动法作影响线1267231集中荷载作用下的量值1268232分布荷载作用下的量值1268233最不利荷载位置1269234单个移动集中荷载的最不利位置1269235可任意布置的均布荷载的最不利位置1269236行列荷载的最不利位置1269237临界荷载位置的判定1269238铁路标准荷载1270239公路标准荷载1270240换算荷载12702411271242127124312722441272245连续梁的最不利荷载分布1273246连续梁的弯矩包络图1273247连续梁的剪力包络图1273248简支梁的内力包络图机动法作连续梁影响线的原理。
1、绪论结构:在土木工程中,由建筑材料构成,能承受荷载而起骨架作用的构筑物。
结构力学的任务:研究结构的组成规律、合形式及结构计算简图的合理选择/研究结构内力和变形的计算方法,以便进行结构强度和刚度的验算/研究结构结构的稳定性以及在动力荷载作用下结构的反应。
结构力学的计算问题分为:静定性的问题/超静定性的问题(三个基本条件:力系的平衡条件/变形的连续条件/物理条件)结构:杆件结构/板壳结构/实体结构结点:铰结点/刚结点平面结构支座:活动铰支座/固定铰/固定/定向杆件结构:按其组成:梁/拱/刚架/桁架/组合结构,按计算特点:静定结构/超静定结构。
荷载的分类:按作用时间长短:恒荷载/活荷载,按作用位置:可动荷载/移动荷载,按作用性质:静力荷载/动力荷载2、结构的几何组成分析自由度:一个体系的自由度表示该体系独立运动的数目,或体系运动时可以独立改变的坐标数目。
约束:使体系减少自由度的装置或连接。
(分为:支座约束/刚片间的连接约束)几何组成分析的目的:判定杆件体系是否几何可变,从而决定其能否用作结构/研究几何不变、无多余约束体系的组成规则。
几何不变无多余约束体系的组成规则:一刚片和一个点用不共线的两根链杆连接/两刚片用一个铰和一根不通过此铰的链杆连接/三刚片用不在同一直线上的三个铰两两相连。
结构的几何组成和静力特征之间的关系:几何不变,无多余约束,静定结构/几何不变,有多余约束,超静定结构/几何可变,不能用作结构3、静定梁计算步骤:先计算支座反力/再计算截面内力/最后绘制内力图截面内力:弯矩\剪力\轴力计算截面内力的基本方法:截面法绘制弯矩图的基本方法:分段叠加法。
以控制截面将杆件分为若干段。
无载段的弯矩图即相邻控制截面弯矩纵坐标之间间所连直线,有载段,以相邻控制截面弯矩纵坐标所连虚直线为基线,叠加以该段长度为跨度的简支梁在跨间荷载作用下的弯矩图,剪力图和轴力图则将相邻控制截面内纵坐标连以直线即得。
内力图的纵坐标垂直于杆轴线画,弯矩图画在杆件受拉纤维一侧,不注正负号,剪力图和轴力图则注明正负号。
结构力学力法结构力学是研究物体在外力作用下变形、破坏及承受载荷的学科。
而力法(Force Method)是结构力学中常用的一种分析方法,通过分解和叠加结构的内力来求解结构的变形和应力分布。
力法的基本原理是牛顿第三定律:作用力与反作用力大小相等、方向相反。
在结构力学中,物体在外力作用下会产生内力,而这些内力满足力的平衡条件。
以简支梁为例,梁受到上面的外力作用,会产生下方的支反力。
根据力的平衡条件,可以得到支反力与外力之间的关系,进而求解出支反力的大小和方向。
力法的应用步骤一般如下:1.设计空间内部力和位移:根据物体的几何性质、材料特性和外力条件,建立结构受力模型,并假设结构内部力和位移的初值。
2.材料模型:根据结构的材料特性,选择相应的力学模型。
常见的材料模型包括弹性模型和塑性模型。
3.受力平衡:根据物体在力的作用下的平衡条件,可以得到各个节点处的力平衡等式。
这些等式可以根据结构的几何特性和受力条件进行推导,建立结构的力平衡方程。
4.结构刚度矩阵:根据结构的几何性质和材料特性,可以得到结构的刚度矩阵。
刚度矩阵是结构的一种特征矩阵,描述了结构在受力下的刚度特性。
5.定义单元力和变形:根据结构的力平衡方程和刚度矩阵,可以将结构的内力和受力位移表示为单元力和单元变形的叠加形式。
6.求解结构内力和位移:通过迭代的方法,将结构的内力和位移从初值迭代到收敛。
在每一次迭代中,根据力的平衡条件和结构刚度矩阵,计算节点的内力和位移,然后更新节点处的单元力和变形。
7.结果分析:根据结构的内力和位移,可以进一步分析结构的应力分布、变形形态和稳定性等问题。
根据需要,还可以根据结果对结构进行优化设计。
力法的优点是简单、直观,适用于各种结构的分析。
但力法也存在一些限制,比如只适用于小变形、线性弹性结构的分析;不适用于存在局部破坏、非线性特性的结构。
总之,力法是结构力学中一种常用的分析方法,通过分解和叠加结构的内力来求解结构的变形和应力分布。