平面杆系结构的分类.ppt

平面杆系结构的分类平面杆系结构是结构力学中常见的一种结构形式，它由多根杆件及其连接点组成，可以在平面内进行变形和转动。

根据杆件连接方式和结构特点，平面杆系结构可以分为悬臂、刚架、刚弯梁和桁架四类。

首先，我们来看悬臂结构。

悬臂结构是指一端固定，另一端自由悬挂的结构形式。

这种结构常见于悬挑建筑物、吊桥的主梁等。

悬臂结构的特点是一端受力较大，另一端受力较小，需要通过合理的设计来保证结构的稳定性和安全性。

其次，刚架结构是由多个杆件通过铰接点连接而成的平面杆系结构。

它可以看作是多个杆件组成的刚体，在平面内具有较高的刚度和强度。

刚架结构常用于桥梁、支架等工程中，具有承载力强、刚度好的优点。

接下来是刚弯梁结构，它是在悬臂结构基础上增加了偏转杆件的变型。

刚弯梁结构常见于悬挑式屋顶、观众席等。

它通过合理设置的偏转杆件，在提供支撑和稳定的同时，能够使结构具有一定的柔韧性和变形能力。

最后是桁架结构，它由多个杆件和节点组成的平面刚架结构。

桁架结构在工程中的应用非常广泛，如体育馆、会展中心等大跨度建筑物。

桁架结构具有重量轻、刚度高、稳定性好的特点，适用于大跨度结构的搭建。

总结来说，平面杆系结构的分类包括悬臂、刚架、刚弯梁和桁架四类。

每种结构都具有自身的特点和应用领域，工程师在设计过程中需要深入了解各类结构的力学性能和适用条件，才能制定出安全、稳定、经济的设计方案。

因此，在设计过程中要充分考虑结构的受力特点、变形能力以及材料的选择等因素，确保结构的合理性和安全性。

这样才能为社会建设、城市发展提供更加稳定、安全和美观的建筑结构。

平面杆系结构的分类平面杆系结构是指由平面杆件组成的结构体系。

根据杆件连接方式和受力情况的不同，平面杆系结构可以分为以下几类：平面刚架、平面刚架加强杆、平面桁架、平面刚架加强桁架和平面刚架加强框架。

1. 平面刚架：平面刚架是由多个杆件和节点组成的平面结构，在平面内保持刚性。

杆件与节点的连接方式可以是铰接连接或者刚性连接。

平面刚架的杆件在平面内只受拉压力，不受弯矩和剪力作用。

平面刚架常用于建筑物的墙体结构、屋架结构等。

2. 平面刚架加强杆：平面刚架加强杆是在平面刚架的基础上增加了斜杆，用来增加结构的稳定性和承载能力。

斜杆可以减小杆件的长度，降低压力，使结构更加牢固。

平面刚架加强杆常用于大跨度的桥梁、大型建筑物的屋架结构等。

3. 平面桁架：平面桁架是由多个杆件和节点组成的平面结构，杆件呈三角形排列。

平面桁架的杆件在平面内既受拉压力，也受弯矩和剪力作用。

平面桁架具有较好的刚度和承载能力，常用于桥梁、建筑物的屋架结构等。

4. 平面刚架加强桁架：平面刚架加强桁架是在平面刚架的基础上增加了桁架，用来进一步增加结构的稳定性和承载能力。

桁架一般位于平面刚架的上部或下部，起到加强结构的作用。

平面刚架加强桁架常用于高层建筑、大跨度的空间结构等。

5. 平面刚架加强框架：平面刚架加强框架是在平面刚架的基础上增加了框架结构，用来进一步增加结构的稳定性和承载能力。

框架结构一般位于平面刚架的外部，起到加强结构的作用。

平面刚架加强框架常用于高层建筑、大型工业厂房等。

平面杆系结构根据杆件连接方式和受力情况的不同可以分为平面刚架、平面刚架加强杆、平面桁架、平面刚架加强桁架和平面刚架加强框架。

不同类型的平面杆系结构在工程实践中有着广泛的应用，能够满足不同工程项目的结构要求。

对于工程师和建筑设计者来说，了解和熟悉这些结构类型的特点和适用范围，对于设计和施工工作具有重要意义。

第六章杆件系统结构有限元法杆件系统是由几何特征为长度比横梁面的两个尺寸大很多的杆件连接而成的结构体系。

起重机械和运输机械的动臂、汽车的车架、钢结构等，都是由金属的杆件组成的。

杆件系统的有限元法在机械、建筑、航空、造船等各个工程领域得到了广泛的应用。

若杆件之间由铰相连，并且外载荷都作用在铰节点上，则该体系称为桁架。

有限元中将桁架的单元称为杆单元，即桁架是由仅承受轴向拉压的杆单元的集合。

如果杆件之间是由刚性连接，则该体系是刚架，刚架的单元称为梁单元。

梁单元可以承受轴力、弯矩、剪力及扭矩的作用。

第一节等截面梁单元平面刚架结构——所有杆件的轴线以及所有外力作用线都位于同一平面内，并且各杆件都能在此平面内产生平面弯曲，从而结构的各个节点位移都将发生在这个平面内。

一、结构离散化原则：杆件的交叉点、边界点、集中力作用点、位移约束点、分布力突变的位置都要布置成节点，而不同横截面的分界面和不同材料的分界面都要成为单元的分界面。

平面桁架对于桁架结构，因每个杆件都是一个二力杆，故每个杆件可设置成一个单元。

平面桁架结构每个节点有2个自由度，分别是u 和v ，每个单元有4个自由度。

最大半带宽B=(2+1)×2=6。

一维单元和二维单元的混合应用：左边部分是平面问题的二维板件结构（黑线部分），右面框架部分是一维杆件结构（红线部分）。

xy采用平面4节点四边形单元模拟二维板件，用平面杆单元单元模拟一维杆件结构。

离散化后，共有37个节点，32个单元，其中4节点四边形单元16个，杆单元单元16个。

因为平面4节点四边形单元和平面杆单元单元每个节点都有2个自由度，4节点四边形单元的刚度矩阵是8×8，平面杆单元的刚度矩阵是4×4。

整体刚度矩阵刚[]k 的维数是227474n n ⨯=⨯。

其中部分总刚子块为[](1)(2)(3)(4)777777777722k k k k k ⨯⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+++⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦(4)(6)(19)11,1111,1111,1111,1122k k k k ⨯⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=++⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦最大半带宽B=［(8-2) +1］×2=14。

结构的分类
结构的类型很多，按几何特征可分为以下三类：
1.杆系结构
这种结构由一杆或多杆组成，这些杆件一个方向的尺寸（长度）远大于其他两个方向的尺寸（宽度和厚度），例如图1所示的桁架以及图Ⅲ--3所示的拱肋等都属于杆系结构。

杆系结构是本篇研究的主要对象。

2.薄壳结构
这种结构的特点是两个方向的尺寸（长度和宽度）远大于另一个方向的尺寸（厚度），例如图2（a）所示连拱坝的拱和图2（b）所示平板支墩坝的挡水板等都属于薄壳结构。

3.实体结构
这种结构三个方向的尺寸具有同阶的数量级，其体积庞大，通常用砖、石、混凝土等材料砌筑而成，例如图3（a）所示的重力坝和图3(b)所示的挡土墙都属于实体结构。

平面杆系结构的类型及其特点平面杆系结构是一种由多个杆件组成的结构，其杆件的轴线和外力的作用线都在同一平面内。

平面杆系结构在工程中广泛应用，如桥梁、屋架、塔架等。

平面杆系结构根据其组成特征和受力特点可以分为以下几种类型：梁梁是一种以弯曲变形为主要变形的构件，其轴线通常为直线，也有曲梁等。

梁可以是单跨的，也可以是多跨的。

梁的主要内力是弯矩和剪力，也有轴力。

梁的优点是结构简单，易于施工和维护。

梁的缺点是跨度受限，弯矩较大，需要较多的材料。

如图1所示为几种常见的梁结构。

刚架刚架是由梁和柱组成具有刚结点的结构，各杆件主要受弯。

刚架中的结点主要是刚结点，也可以有部分铰结点或组合结点。

刚架的优点是跨度较大，弯矩较小，能承受水平荷载。

刚架的缺点是结构复杂，施工和维护较难。

如图2所示为几种常见的刚架结构。

桁架桁架是由直杆组成的各杆端都以理想铰连接而成的结构，在结点荷载作用下，各杆只产生轴力。

桁架的优点是结构轻巧，能承受较大的跨度和荷载。

桁架的缺点是结点较多，施工和维护较费时。

拱拱是轴线为曲线，且在竖向荷载作用下产生水平支座反力（推力）的结构。

这种水平支座反力将使拱的弯矩远小于与其跨度、荷载及支撑情况相同的梁的弯矩。

拱的优点是能承受较大的跨度和荷载，节省材料。

拱的缺点是需要有足够的水平约束力，施工和维护较困难。

组合结构组合结构是桁架和梁或刚架组合在一起形成的结构，其中含有组合结点。

组合结构的优点是能充分利用各种结构的特点，提高结构的经济性和可靠性。

组合结构的缺点是结构较复杂，计算和施工较难。