第2章平面杆件体系的几何组成分析
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结构力学大纲总的说来,学习结构力学必须注意以下三个问题:1、平面杆件体系的几何构成分析,只有具备了基本的几何构成分析能力,才会判断一个杆件系统是否结构,是静定结构还是超静定结构,哪些是多余约束。
几何构成分析是“搭”杆件,而结构计算是“拆”杆件,知道怎样“搭”结构才能正确、简便地“拆”结构,计算结构内力和变形。
2、在结构力学的学习中必须牢固建立“平衡”的思想,使“平衡”成为一种潜意识,结构整体是平衡的,任何一个结点、一个杆件、几个杆件的集合体都是平衡的,都可用截面法取出隔离体建立平衡方程。
必须熟练地运用平面力系的平衡方程,平衡方程记住并不困难,重要的是熟练灵活地运用。
3、静定结构内力分析必须过关,并且比较熟练,静定结构的内力分析是最基本的技能。
整个结构力学一环扣一环,静定结构内力分析是静定结构位移计算的基础,而静定结构内力和位移计算又是力法的基础,力法又是位移法的基础,位移法又是力矩分配法的基础,固定荷载下结构计算又是移动荷载下结构计算的基础。
第一章绪论本章复习内容:结构、结构计算简图、铰结点、刚结点、滚轴支座、铰支座、定向支座、固定支座等基本概念。
1、首先必须深刻理解结构、结构计算简图的概念。
结构力学中的概念,都可在理解的基础上用自己的语言表达,不必死记教材上的原话,所谓理解概念,就是弄清其目的、条件、实现目的的手段、适用场合等。
结构是建筑物中承载的骨架部分,本课程研究的是狭义的结构,即杆件结构。
实际的结构是很复杂的,完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的(可以断言,即使许多年后科学更发达,100%按照结构的实际情况进行力学分析仍然是不可能的!因为结构的复杂性是无穷尽的,科学的发展是无止境的),也是不必要的(次要因素的影响较小,抓住主要因素即可满足工程误差要求)。
因此,对实际结构去掉不重要的细节,抓住其本质的特点,得到一个理想化的力学模型,用一个简化的图形来代替实际结构,就是结构计算简图。
平面杆件体系的几何组成分析典型例题【例1】对如图1(a)示体系作几何组成分析。
图1【解】(1)对如图1(a)所示体系依次拆除二元体后如图1(b)所示。
(2)选取三个刚片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,它们由三个虚铰O1、O2、O3两两相连,其中虚铰O1、O3的连线与形成无穷远虚铰O2的两平行链杆不平行。
(3)结论:无多余约束的几何不变体系。
【例2】对如图2(a)所示体系作几何组成分析。
图2【解】(1)根据二元体规则先将结点G固定在基础上,选扩大的基础作为刚片Ⅰ,如图2-(b)所示。
(2)选折杆AF为刚片Ⅱ,两刚片由三根链杆(DE、FG及A处支座链杆)相连,且不交于一点也不互相平行,满足两刚片规则。
(3)结论:无多余约束的几何不变体系。
【例3】对如图3(a)所示体系作几何组成分析。
图3【解】(1)对如图3(a)所示体系依次拆除二元体后如图3(b)所示。
(2)选取三个刚片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,它们由三个铰O1、O2、O3两两相连,其中铰O1、O2的连线与形成无穷远虚铰O3的两平行链杆不平行。
(3)结论:无多余约束的几何不变体系。
【例4】对如图4所示体系作几何组成分析。
图4【解】对如图4(a)体系进行几何组成分析如下:(1)选取如图4(a)所示的两个刚片Ⅰ、Ⅱ,它们由三根链杆AC、EF及BD相连,且这三根链杆不交于一点也不互相平行,满足两刚片规则,因此上部体系是没有多余约束的几何不变部分。
(2)上部体系与基础间由四根支座链杆相连接。
(3)结论:有一个多余约束的几何不变体系(四根支座链杆中任一根均可看作多余约束)。
对如图4(b)体系进行几何组成分析如下:(1)先根据两刚片规则将杆123及结点7固定在基础上,再根据二元体规则依次固定结点4、5,扩大的基础刚片即刚片Ⅰ。
(2)固定结点6时,由于结点5、6、7共线,结论:几何瞬变体系。
【例5】对如图5(a)所示体系作几何组成分析。
图5【解】选取三个刚片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,如图5(b)所示,它们由三个铰O1、O2、O3两两相连,其中铰O1、O2的连线与形成无穷远虚铰O3的两平行杆不平行。
第2章平面杆件体系的几何组成分析(知识点小结)一、几何组成分析的几个概念1、几何不变体系与几何可变体系几何不变体系是指受到任意荷载作用下,若不考虑材料的应变,其几何形状和位置均能保持不变的体系。
几何可变体系是指即使不考虑材料的应变,在微小的荷载作用下也会产生刚体位移,而不能保持原有的几何形状和位置。
几何可变体系分为几何常变体系和几何瞬变体系。
几何可变体系在很小的荷载作用下会产生位移,经微小位移后仍能继续发生刚体运动,这样的几何可变体系称为几何常变体系。
若原为几何可变体系,经微小位移后即转化为几何不变体系,这类几何可变体系为几何瞬变体系。
工程结构绝不能采用几何瞬变体系,而且也应避免采用接近于瞬变的体系。
2、自由度指体系在所受限制的许可条件下独立的运动方式,即能确定体系几何位置的彼此独立的几何坐标数目。
平面内一点的自由度为2,一个刚片的自由度为3。
3、约束(联系)约束是指指限制体系运动的各种装置。
约束包括外部约束(支座约束)和内部约束。
(1)外部约束一个活动铰支座、固定铰支座和固定支座分别相当于1、2、3个约束。
(2)内部约束一根单链杆相当于1个约束;连接m(m>2)个结点的复链杆,相当于2m-3个单链杆,即相当于2m-3个约束;一个单铰相当于2个约束;连接m(m>2)个刚片的复铰,可折合成(m-1)个单铰,即相当于2(m-1)个约束作用;一单刚结点相当于三个约束;联结m(m>2)个刚片的刚结点称为复刚结点,可折合成(m-1)个单刚结点,即相当于3(m-1)个约束。
约束从能否减少体系的自由度方面来划分,可分为必要约束和多余约束。
为保持体系几何不变所必须具有的约束称为必要约束,不能使体系的自由度数目减少的约束称为多余约束。
4、瞬铰(虚铰)两个刚片间用两个不共线链杆相联,其约束作用相当于这两根链杆交点位置处的一个铰所起的约束作用,这个铰称为虚铰或瞬铰(图2-1a)。
在几何组成分析中,尤其要注意这样特殊情况:两刚片间用两根相互平行的链杆相连,两根平行链杆所起的约束作用相当于无穷远处的瞬铰所起的约束作用,如图2-1b所示。