结构力学
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1、体系分类:有多余约束的几何可变体系、没有多余约束的几何可变体系(几何常变、几何瞬变)、有多余约束的几何不变体系、有多余约束的几何不变体系。
(1)两根不在一条直线上的链杆用一个铰连接后,称为二元体。
在一个体系上加上或去掉一个二元体,是不会改变体系原来性质的2、体系简单组成规则(1)两刚片规则:两个刚片用一个铰和一根链杆相联结,且三个铰不在一条直线上,或用三链杆连接且三根链杆不相互平行、不交于一点,则组成几何不变体系,并且无多余约束。
(2)三刚片规则:三个刚片用三个虚铰两两相连(即6根链杆),且三个虚铰不在一条直线上,则组成几何不变体系,并且无多余约束。
瞬变体系:三根链杆虚交于一点或三根平行且不等长。
常变体系:三链杆平行且等长或三杆实交于一点。
几何结构的判断:1、若某体系用不完全交于一点也不完全平行的三根链杆与基础相连,则可以只分析该体系。
2、找二元体,如有,可撤去或加上,使体系简化。
3、从直接观察出的几何不变部分开始,应用体系组成规律,逐步扩大不变部分直至整体。
(链杆可以当作刚体,刚体有时可当作链杆,两端铰接的折杆或曲杆可用直杆代替)3、刚片、约束、自由度概念 (1)自由度是指确定体系位置所需独立坐标的数目。
(2)刚片就是几何尺寸和形状都不变的平面刚体(由于我们在讨论体系的几何构造时是不考虑材料变形的,因此我们可以把一根梁、一根柱、一根链杆甚至体系中已被确定为几何不变的部分看作是一个刚片)(3)减少自由度的装置称为约束(可以减少1个自由度的装置是1个约束)4、各约束相当的链杆数目(链杆可减少一个自由度,相当于一个约束) (1)一个单铰可以减少两个自由度,相当于两个约束(相当于两根链杆) (2)连接n个刚片的复铰,相当于2(n-1) 个链杆(3)一个刚结点能减少三个自由度,相当于三个约束(相当于三根链杆) (4)连接n个刚片的复刚结可折算成(n-1)个单刚结,相当于3(n-1)个链杆(点在平面内的自由度为:2;刚片在平面内的自由度为:3;基础自由度为零)5、刚架内力图画法及有关规定(1)作刚架内力图的常规步骤:1、先求反力;2、然后逐杆分段、定点(求杆端内力);3、最后联线(区段叠加法画弯矩图)(2)有关规定:A铰结点、自由端处无外力偶作用,则杆端弯矩为零,否则杆端弯矩与外力偶矩相等,且使杆同侧受拉;B ①铰链中心弯矩为零;②中间铰链不影响弯矩、剪力与荷载集度间的微积分关系。
结构力学 structural mechanics
结构力学是固体力学的一个分支,它主要研究工程结构受力和传力的规律,以及如何进行结构优化的学科。
结构力学研究的内容包括结构的组成规则,结构在各种效应(外力,温度效应,施工误差及支座变形等)作用下的响应,包括内力(轴力,剪力,弯矩,扭矩)的计算,位移(线位移,角位移)计算,以及结构在动力荷载作用下的动力响应(自振周期,振型)的计算等。
结构力学通常有三种分析的方法:能量法,力法,位移法,由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法,成为利用计算机进行结构计算的理论基础。
结构力学的任务
研究在工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律;分析不同形式和不同材料的工程结构,为工程设计提供分析方法和计算公式;确定工程结构承受和传递外力的能力;研究和发展新型工程结构。
结构力学的学科体系
一般对结构力学可根据其研究性质和对象的不同分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。
结构力学的研究方法
结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。
在结构设计和研究中,这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。
结构力学是一门古老的学科,又是一门迅速发展的学科。
新型工程材料和新型工程结构的大量出现,向结构力学提供了新的研究内容并提出新的要求。
计算机的发展,为结构力学提供了有力的计算工具。
另一方面,结构力学对数学及其他学科的发展也起了推动作用。
有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。
1、结构按其几何形状可分为杆件结构、薄壁板壳结构和实体结构。
2、结构力学的研究对象是杆件结构。
它是一门研究杆件结构强度、刚度、稳定性和合理组成的科学。
3、杆件结构按其受力特性可分为梁、拱、刚架、桁架、组合结构。
4、结点分为铰结点和刚结点。
铰结点之产生杆端轴力和剪力,不引起杆端弯矩;刚结点除产生杆端轴力和剪力,还引起杆端弯矩,当结构发生变形时,汇交于刚结点各杆端的切线之间的夹角将保持不变。
5、支座的类型:可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向滑动支座。
6、本来是几何可变,经微小位移后又成几何不变的体系称为几何瞬变体系。
7、顺便体系能否应用于工程结构?P8可见,即使荷载不大,也会使杆件产生非常大的内力和变形。
因此,瞬变体系在工程中不能采用,对于接近瞬变的体系也应避免。
8、凡减少一个自由度装置,称一个约束。
一根链杆相当于一个约束;一个单铰相当于两个约束;一个刚性联结相当于三个约束;联结n个刚片的复铰相当于(n-1)个单铰(n为刚片数)9、以刚片作为组成体系的基本部件进行计算的方法称为刚片法。
10、计算自由度W W=3m-2h-r (m刚片数 h 联结刚片的单铰数目r 支座链杆数目)11、平面体系几何不变的必要条件:W>0,表明体系缺少足够的约束,因此是几何可变的;W=0,表明体系具有成为几何不变所必须的最少约束数目;W<0,表明体系具有多余的约束。
12、体系本身为几何不变时必须满足W≤3的条件。
必须指出,W≤0只是几何不变的必要条件,不是充分条件。
13、静定结构与超静定结构的区别:静定结构的几何组成特征是几何不变且无多余约束;超静定结构的几何组成特征是几何不变且有多余约束;仅用静力平衡条件就可以求解的结构称为静定结构;综合运用平衡条件与位移协调条件求解的结构,称为超静定结构。
14、内力图绘制:梁上无荷载(q=0)的区段,Q图为一水平线,M图为一斜直线;梁上有均布荷载(q=常数)的区段,Q图为一斜直线,M图为二次抛物线;集中力作用点的两侧,剪力有突变,其差值等于该集中力,在集中力作用点处,M图是连续的,但因集中力偶两侧的剪力值相同,所以两侧M图的切线应相互平行;集中力偶作用处,剪力无变化,但在集中力偶两侧弯矩有突变,其差值等于该集中力偶,在M图中形成台阶,又因集中力偶两侧的剪力值相同,所以两侧M图的切线应相互平行。
结构⼒学总复习第⼀章绪论1-1杆件结构⼒学的研究对象和任务杆件结构结构:承受荷载的建筑物和构筑物或其中的某些受⼒构件都可称之为结构。
1-2杆件结构的计算简图杆件间连接区简化为结点(铰结点、刚结点、组合结点)(1)铰结点(Hinge joint):被连接的杆件在连接处不能相对移动,但可相对转动。
(2)刚结点(Rigid joint)被连接的杆件在连接处既不能相对移动,⼜不能相对转动。
(3)组合结点同⼀结点处,有些杆件为刚结,有些为铰接。
⽀座(support)是指把结构与基础联系起来的装置。
传递荷载,固定结构的位置。
(1)活动铰⽀座(Roller support)可以转动和⽔平移动,但不能竖向移动。
提供竖向约束反⼒(2)固定铰⽀座(Hinge support)可以转动,但不能竖向移动和⽔平移动。
提供竖向和⽔平约束反⼒。
(3)固定⽀座(Fixed support)不能竖向移动、⽔平移动和转动。
提供竖向、⽔平约束反⼒和约束⼒矩(4)定向⽀座(Directional support)可以⽔平移动,不能竖向移动和转动。
提供竖向反⼒和约束⼒矩本章思考题1、杆系结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么?杆件结构的基本特征是它的长度远⼤于其他两个⽅向的尺度——截⾯⾼度和宽度,杆件结构是由若⼲这种杆件所组成的。
薄壁结构是厚度远⼩于其他两个尺度的结构。
实体结构是指三个⽅向的尺度为同⼀量级的结构。
例:挡⼟墙,堤坝,块式基础2、拱和梁的区别是什么?简单的说,梁在荷载作⽤下,在⽀撑处只产⽣向上的反⼒,⽽拱在荷载作⽤下,在⽀撑处不但产⽣向上的反⼒,还有⼀个⽔平⼒,这是区分梁和拱的⼀个最基本的条件4. 刚架与桁架的区别是什么?刚架是由梁和柱组成的结构,各杆件主要受弯。
刚架的结点主要是刚结点,也可以有部分的铰结点和组合结点。
桁架是由若⼲杆件在两端⽤铰联结⽽成的结构。
桁架各杆的轴线都是直线,当仅受作⽤于结点的荷载时,各杆只产⽣轴⼒。
《结构力学》复习提纲
《结构力学》复习提纲
要求:试题要涉及结构力学的主要知识点,并注重力学基本概念和计算方法的掌握。
以《结构力学(I)》作为考核的重点,分值占70%左右,内容包括:几何组成分析、静定结构的内力及位移计算、力法和位移法对超静定结构的计算、影响线及其应用;《结构力学(II)》占30%左右,内容包括:矩阵位移法(杆系有限元法)对结构的静力计算、动力计算。
试题分填空(基本概念)和计算两种题型,达到本科中等以上难度水平。
一、平面杆系结构的几何组成分析
考核几何不变体系组成的三个基本规律,能灵活利用几何组成规律对平面杆系的几何构成做出正确判断。
瞬变体系的判断,静定结构及超静定结构的几何构成。
二、静定结构
1.静定结构的内力计算:利用截面法及平衡条件计算静定结构任意截面的内力,能根据内力图的规律和控制截面的内力,快速做出多跨静定梁、静定刚架、桁架及组合结构的内力图。
基本概念包括三铰拱、平面静定桁架、刚架、组合结构等指定截面的内力,利用节点平衡条件及对称性对桁架的零杆做出判断。
2.静定结构的位移计算:利用单位荷载法计算静定梁、刚架、组合结构、桁架等在荷载、温度作用及支座移动时的位移。
基本概念包括虚功原理及其应用,结构位移计算的一般公式,三个互等定理及其适用范围。
三、超静定结构
1.力法的基本原理及应用。
重点考核用力法求解超静定结构(包括超静定梁、刚架、排架、桁架及组合结构)在荷载、温度及支座移动作用下的内力,并能用对称性对结构进行简化。
力法的基本概念包括基本未知量的确定、力法基本结构的选择、基本方程的建立及含义、各系数项的含义及计算、根据弯矩图快速做出剪力图及轴力图。
2.位移法的基本原理及其应用。
重点考核用位移法求解超静定结构(包括超静定梁、刚架、排架)在荷载作用下的内力,并能用对称性对结构进行简化。
基本概念包括位移法基本未知量的确定、基本结构的选择、基本方程及系数项的含义、对称性的应用。
要求记忆等截面直杆的刚度方程及在均布荷载、跨中集中力、支座位移作用下超静定梁的杆端内力。
3.超静定结构的位移计算。
在用力法或位移法计算出超静定结构的内力后,或在给定某超静定结构的弯矩图的条件下,利用虚功原理计算出指定截面的位移;如果所求位移为结点位移,也可以考虑用位移法直接求解。
四、影响线
静定多跨梁、静定桁架等的支座反力或指定截面的内力的影响线,并利用影响线求在给定静荷载作用的影响量及移动荷载作用下某一截面内力的最大值。
基本概念包括:影响线的概念、影响线的特征及做法、影响线的应用。
五、矩阵位移法
矩阵位移法对平面桁架、刚架静力计算的步骤及结构刚度方程的建立。
基本概念包括:单元刚度方程及刚度系数含义及具体值,单元杆端力与内力、荷载向量的计算,总刚度矩阵的集成,边界条件的处理(包括先处理法和后处理法);根据单元及总刚度矩阵中每个系数的含义计算刚度矩阵中的指定元素值;定位向量的应用,根据结构位移向量计算各单元的内力。
六、动力计算
重点考核单自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动及两个自由度体系的自由振动计算。
基本概念包括结构动力微分方程的建立、自振频率和振型的计算,主振型的正交性,阻尼对振动的影响,对称性的应用,结构动力响应(包括结构最大位移和内力、动位移和动内力幅值)计算。
参考教材:
龙驭球主编《结构力学》上、下册,《结构力学教程》
包世华主编《结构力学》上、下册
阳日主编《结构力学II》、《结构力学II》
杨天祥主编《结构力学》上、下册
注:考试可携带计算器;
试卷不附给任何参数(单元刚度矩阵、超静定梁的固端力等),考试需要自己记忆
《混凝土结构设计原理》复习提纲
《混凝土结构设计原理》复习提纲
一、考试范围
绪论
第一章混凝土结构材料的性能
第二章混凝土结构设计方法
第三章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算
第四章钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算
第五章钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算
第六章钢筋混凝土受扭构件承载力计算
第七章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算
第八章钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性
第九章预应力混凝土构件设计
二、考试要求
1、第三章、第四章、第五章、第七章,除要求熟练掌握基本概念和基本理论外,还要求熟练掌握基本公式和计算方法。
其余章节不考计算题。
2、第九章只要求预应力混凝土的基本知识和一般规定。
预应力混凝土轴心受拉构件应力分析及计算部分
3、建筑工程方向考试按GB50010-2002《混凝土结构设计规范》要求进行,交通土建按JTG62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求进行。
三、参考文献
1、沈蒲生主编,混凝土结构设计原理(第2版)
2、东南大学、天津大学、同济大学合编,混凝土结构设计原理(第3版)。