建筑力学课件_静定结构内力分析与弯曲应力.pptVIP

1,第五章 静定结构内力分析,2,第五章 静定结构内力分析, 材料在拉压时的力学性质, 应力集中的概念, 拉压部分小结,剪切与挤压的强度计算,3,一、工程实例：,活塞杆 厂房的立柱 工程桁架等,4,5,6,7,受力简图：,二、轴向拉压的概念：,（1）受力特点：作用于杆两端的外力合力作用线与 杆轴线重合。 （2）变形特点：杆沿轴线方向伸长或缩短。,8,一、外力和内力的概念,2.内力：物体内部各粒子之间的相互作用力。,附加内力：由外力作用而引起的物体内部各粒子之间相互作 用力的改变量（材料力学中的内力）。,1.外力：一个物体对另一个物体的相互作用力(荷载、支反力)。,9,二、内力的确定截面法（基本方法）,1、截开欲求哪个截面的内力,就假想的将杆从此截面截开, 杆分为两部分。,2、代替取其中一部分为研究对象,移去另一部分,把移去部分对留下部分的相互作用力用内力代替。,3、平衡利用平衡条件，列出平衡方程，求出内力的大小。,10,三、轴向拉压杆的内力,1.外力F,2.内力FN (轴力),（1）轴力的大小：（截面法确定）,截开。 代替，用内力“FN”代替。 平衡， X=0, FN-F=0, FN=F。,11,（2）轴力的符号规定：原则根据变形,压缩压力，其轴力为负值。方向指向所在截面。,拉伸拉力，其轴力为正值。方向背离所在截面。,12,（3）轴力图：轴力沿轴线变化的图形,取坐标系,选比例尺,正值的轴力画在 x 轴的上侧, 负值的轴力画在 x 轴的下侧。,反映出轴力与截面位置变化关系，较直观； 确定出最大轴力的数值及其所在横截面的位置，即确定 危险截面位置，为强度计算提供依据。,（4）轴力图的意义,13,(5)注意的问题,在截开面上设正的内力方向。,采用截面法之前，不能将外力简化、平移。,14,例1 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为5F、8F、4F、 F 的力，方向如图，试画出杆的轴力图。,解： 求OA段内力FN1：设截面如图,15,同理，求得AB、BC、CD段内力分别为：,FN2= 3F FN3= 5F FN4= F,16,轴力图如右图示,17,解：x 坐标向右为正，坐标原点在 自由端。 取左侧x 段为对象，内力FN(x)为：,例2 图示杆长为L，受分布力 q = kx 作用，方向如图，试画出 杆的轴力图。,18,5-3 工程实例、基本概念,一、实例,工厂厂房的吊车大梁：,火车的轮轴：,19,楼房的横梁：,阳台的挑梁：,20,二、弯曲的概念：,受力特点作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线。,变形特点杆轴线由直线变为一条平面的曲线。,三、梁的概念：主要产生弯曲变形的杆。,四、平面弯曲的概念：,21,受力特点作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线，且都在 梁的纵向对称平面内（通过或平行形心主轴上且过 弯曲中心）。,变形特点杆的轴线在梁的纵向对称面内由直线变为一条平 面曲线。,22,5-4 弯曲梁的简化,一、简化的原则：便于计算，且符合实际要求。,二、梁的简化：以梁的轴线代替梁本身。,三、荷载的简化：,1、集中力荷载作用的范围与整个杆的长度相比非常小时。,2、分布力荷载作用的范围与整个杆的长度相比不很小时。,3、集中力偶（分布力偶）作用于杆的纵向对称面内的力偶。,四、支座的简化：,1、固定端有三个约束反力。,23,2、固定铰支座有二个约束反力。,3、可动铰支座有一个约束反力。,YA,24,五、梁的三种基本形式：,1、悬臂梁：,2、简支梁：,外伸梁：,（L称为梁的跨长）,25,六、静定梁与超静定梁,静定梁：由静力学方程可求出支反力，如上述三种基本 形式的静定梁。 超静定梁：由静力学方程不可求出支反力或不能求出全 部支反力。,26,5-4 弯曲内力与内力图,一、内力的确定（截面法）：,举例已知：如图，F，a，l。 求：距A端x处截面上内力。,解：求外力,FAX =0 以后可省略不求,27,求内力, 弯曲构件内力,1. 弯矩：M 构件受弯时，横截面上存在垂直于截面的内力偶矩（弯矩）。,28,2. 剪力：Fs 构件受弯时，横截面上存在平行于截面的内力（剪力）。,二、内力的正负规定:,剪力Fs:在保留段内任取一点，如果剪力的方向对其点之矩为 顺时针的，则此剪力规定为正值，反之为负值。,弯矩M：使梁微段变成上凹下凸形状的为正弯矩；反之为负值。,M(+),M(+),M(),M(),29,三、注意的问题,1、在截开面上设正的内力方向。,2、在截开前不能将外力平移或简化。,四、简易法求内力：,Fs=Fi（一侧） ， M=mi。（一侧）。 左上右下剪力为正，左顺右逆弯矩为正。,30,例：求图（a）所示梁1-1、2-2截面处的内力。,Fs1,A,M1,图（b）,（2）截面法求内力。 1-1截面处截取的分离体 如图（b）示。,解（1）确定支座反力（可省略）,31,2-2截面处截取的分离体如图（c）,图（a）,Fs2,B,M2,图（c）,32,例：求图所示梁1-1、2-2截面处的内力。,解：（1）确定支座反力,（2）简易法求内力,1-1截面取左侧考虑：,2-2截面取右侧考虑：,33,例：求图所示梁1-1、 2-2截面处的内力。,解：（1）确定支座反力,（2）简易法求内力,1-1截面取左侧考虑：,34,2-2截面取右侧考虑：,35,五、剪力方程、弯矩方程：把剪力、弯矩表达为截面位置x的 函数式。 Fs=Fs(x）剪力方程 M=M(x) 弯矩方程,36,六、剪力图和弯矩图：剪力、弯矩沿梁轴线变化的图形。,七、剪力图、弯矩图绘制的步骤：同轴力图。,1、建立直角坐标系，,2、取比例尺，,3、按坐标的正负规定画出剪力图和弯矩图。,37,八、利用剪力方程弯矩方程画出剪力图和弯矩图,步骤：1、利用静力方程确定支座反力。,2、根据荷载分段列出剪力方程、弯矩方程。,3、根据剪力方程、弯矩方程判断剪力图、弯矩图的形状 描点绘出剪力图、弯矩图。,4、确定最大的剪力值、弯矩值。,38,F,解：求支反力,写出内力方程,根据方程画内力图,例 求下列图示梁的内力方程并画出内力图。,39,解：1、支反力（省略）,2、写出内力方程,3、根据方程画内力图,40,解：1、支反力,2、写出内力方程,AC段：,BC段：,3、根据方程画内力图,41,讨论C截面剪力图的突变值。,集中力作用点处剪力图有突变，突变值的大小等于集中力的大小。（集中力 F 实际是作用在X微段上）。,集中力偶作用点处弯矩图有突变，突变值的大小等于集中力偶的大小。,42,解：1、支反力,2、写出内力方程,3、根据方程画内力图,m/L,43,解：1、支反力,2、写出内力方程,44,3、根据方程画内力图,45,解：求支反力,内力方程,根据方程画内力图,x,46,5-5 剪力、弯矩与分布荷载间的关系及应用,一、 剪力、弯矩与分布荷载间的关系,1、支反力：,2、内力方程,3、讨论：,47,对dx 段进行平衡分析，有：,q(x),q(x),M(x)+d M(x),Fs(x)+d Fs(x),Fs(x),M(x),dx,A,y,剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度的大小。,48,q(x),M(x)+d M(x),Fs(x)+d Fs(x),Fs(x),M(x),dx,A,y,弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。,49,二、微分关系的应用,2、分布力q(x)=常数时剪力图为一条斜直线； 弯矩图为一条二次曲线。,1、分布力q(x)=0时剪力图为一条水平线； 弯矩图为一条斜直线。,（1）当分布力的方向向上时剪力图为斜向上的斜直线； 弯矩图为上凹的二次曲线。,50,4、集中力偶处剪力图无变化；弯矩图有突变， 突变值的大小等于集中力偶的大小。,5、弯矩极值处剪力为零的截面、集中力作用的截面、 集中力偶作用的截面。,3、集中力处剪力图有突变，突变值等于集中力的大小； 弯矩图有折角。,（2）当分布力的方向向下时剪力图为斜向下的斜直线； 弯矩图为下凹的二次曲线。,51,外力,无分布荷载段,均布载荷段,集中力,集中力偶,Fs图特征,M图特征,水平直线,斜直线,自左向右突变,x,Fs,C,无变化,斜直线,曲线,自左向右折角,自左向右突变,三、剪力、弯矩与分布力之间关系的应用图,52,例 用简易作图法画下列各图示梁的内力图。,控制点:端点、分段点（外力变化点）和驻点（极值点）等。,四、简易法作内力图法（利用微分规律）: 利用内力和外力的关系及特殊点的内力值来作图的方法。,基本步骤：1、确定支座反力； 2、利用微分规律判断梁各段内力图的形状； 3、确定控制点内力的数值大小及正负； 4、描点画内力图。,53,左端点：剪力图有突变，突变值 等于集中力的大小。,右端点：弯矩图有突变，突变值 等于集中力的大小。,解：1、确定支反力（可省略）,左侧段：剪力图为一条水平线； 弯矩图为一条斜直线,右侧段：剪力图为斜向上的斜直线； 弯矩图为上凹的二次曲线。,2、画内力图,54,解：1、支反力,2、画内力图,AC段：剪力图为一条水平线； 弯矩图为一条斜直线,BD段：剪力图为斜向下的斜直线； 弯矩图为下凹的二次曲线。,CD段：剪力图为零； 弯矩图为一条水平线。,A、C、B 截面剪力图有突变； 突变值的大小为其集中力的值。,55,解：1、支反力,2、画内力图,CA段：剪力图为一条水平线； 弯矩图为一条斜直线,AB段：剪力图为斜向下的斜直线； 弯矩图为下凹的二次曲线。,C、A、B 截面剪力图有突变；大小为其集中力的值。A截面弯矩图有突变；大小为其集中力偶的值。Q=0处M有极值,56,解：求支反力,左端点A：,B点左：,B点右：,C点左：,M 的驻点：,C点右：,右端点D：,q,a,a,a,57,5-6 按叠加原理作弯矩图,二、叠加原理：多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个 载荷单独作用于结构而引起的内力的代数和。,一、前提条件：小变形、梁的跨长改变忽略不计；所求参数（内 力、应力、位移）必然与荷载满足线性关系。即 在弹性限度内满足虎克定律。,三、步骤：1、梁上的几个荷载分解为单独的荷载作用； 2、分别作出各项荷载单独作用下梁的弯矩图； 3、将其相应的纵坐标叠加即可（注意：不是图 形的简单拼凑）。,58,例按叠加原理作弯矩图(AB=L，力F作用在梁AB的中点处）。,=,59,四、对称性与反对称性的应用： 对称结构在对称载荷作用下 Fs 图反对称，M 图对称； 对称结构在反对称载荷作用下 Fs 图对称，M 图反对称。,60,例7 作下列图示梁的内力图。,FL,FL,0.5F,0.5F,0.5F,0.5F,F,0,0.5F,0.5F,0.5F,F,61,F,62,例 绘制下列图示梁的弯矩图。,M1,63,64,65,66,57 平面刚架和曲杆的内力图,一、平面刚架,平面刚架：轴线由同一平面折线组成的刚架。 特点：刚架各杆的内力有：Fs、M、FN。,1、刚架：由刚性节点联成的框架,2、节点：两杆之间的交点。,3、刚性节点：两杆之间联接处的夹角不变的节点（联接处不 能有转动）。用填角表示，以与铰支节点区别。,4、框架：由许多杆组成的，其轴线是由几段折线组成的结构。,67,二、平面刚架内力图规定： 弯矩图：画在各杆的受压一侧，不注明正、负号。 剪力图及轴力图：可画在刚架轴线的任一侧（通常正 值画 在刚架的外侧），但须注明正、负号。,三、平面曲杆：轴线为一条平面曲线的杆件。,四、平面曲杆内力图规定： 弯矩图：使轴线曲率增加的弯矩规定为正值；反之为负值。 要求画在曲杆轴线的法线方向，且在曲杆受压的一侧。 剪力图及轴力图：与平面刚架相同。,68,例 试作图示刚架的内力图。,FN 图,F2,Fs 图,F1,F1a,M 图,F1a+ F2 l,F1,F1a,69,例 已知：如图所示，F及R 。试绘制Fs、M、FN 图。,F,解：建立极坐标，O为极点，OB 极轴，q表示截面mm的位置。,A,B,70,A,B,M图,Fs图,FN图,2FR,71,例 改内力图之错。,a,2a,a,q,qa2,A,B,Fs,x,x,M,qa/4,qa/4,3qa/4,7qa/4,qa2/4,3qa2/2,FAy,FBy,72,例 已知 Fs 图，求外荷载及M图（梁上无集中力偶）。,Fs(kN),x,1m,1m,2m,2,3,1,5kN,1kN,q=2kN/m,q=2kN/m,M(kNm),x,73,弯曲内力小结,一、弯曲的概念：,受力特点作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线。,变形特点杆轴线由直线变为一条平面的曲线。,二、平面弯曲的概念：,受力特点作用于杆件上的外力都垂直于杆的轴线，且都在 梁的纵向对称平面内（通过或平行形心主轴上且过 弯曲中心）。,变形特点杆的轴线在梁的纵向对称面内由直线变为一条平 面曲线。,三、弯曲内力的确定,1、内力的正负规定:,74,（1）、截面法截开；代替；平衡。,剪力Fs:在保留段内任取一点，如果剪力的方向对其点之矩为 顺时针的，则此剪力规定为正值，反之为负值。,弯矩M：使梁微段变成上凹下凸形状的为正弯矩；反之为负值。,2、内力的计算：,（2）、简易法求内力：,Fs=Fi（一侧） ， M=mi。（一侧）。 左上右下剪力为正，左顺右逆弯矩为正。,重点,75,四、剪力方程、弯矩方程： Fs=Fs(x）剪力方程 M=M(x) 弯矩方程,五、 剪力、弯矩与分布荷载间的微分关系,六、微分关系的应用,1、分布力q(x)=0时剪力图为一条水平线； 弯矩图为一条斜直线。,2、分布力q(x)=常数时剪力图为一条斜直线； 弯矩图为一条二次曲线。,难点,重点,76,（1）当分布力的方向向上时剪力图为斜向上的斜直线； 弯矩图为上凹的二次曲线。,3、集中力处剪力图有突变，突变值等于集中力的大小； 弯矩图有折角。,（2）当分布力的方向向下时剪力图为斜向下的斜直线； 弯矩图为下凹的二次曲线。,77,七、剪力图和弯矩图：,1、利用方程画剪力图和弯矩图,步骤：（1）、利用静力方程确定支座反力。,（2）、根据荷载分段列出剪力方程、弯矩方程。,（3）、根据剪力方程、弯矩方程判断剪力图、弯矩图的 形状描点绘出剪力图、弯矩图。,（4）、确定最大的剪力值、弯矩值。,4、集中力偶处剪力图无变化；弯矩图有突变， 突变值的大小等于集中力偶的大小。,5、弯矩极值处剪力为零的截面、集中力作用的截面、 集中力偶作用的截面。,78,控制点:端点、分段点（外力变化点）和驻点（极值点）等。,2、简易法作内力图（利用微分规律）,基本步骤：（1）、确定支座反力； （2）、利用微分规律判断梁各段内力图的形状； （3）、确定控制点内力的数值大小及正负； （4）、描点画内力图。,重点,3、叠加法作内力图,（1）、前提条件：小变形、梁的跨长改变忽略不计；所求参数（内力、应力、位移）必然与荷载满足线性关系。即在弹性限度内满足虎克定律。,（2）、叠加原理：多个载荷同时作用于结构而引起的内力等于每个载荷单独作用于结构而引起的内力的代数和。,79,（3）、步骤：1、梁上的几个荷载分解为单独的荷载作用； 2、分别作出各项荷载单独作用下梁的弯矩图； 3、将其相应的纵坐标叠加即可。 （注意：不是图形的简单拼凑）。,1、平面刚架：轴线由同一平面折线组成的刚架。 特点：刚架各杆的内力有：Fs、M、FN。,八、平面刚架、平面曲杆的内力图,弯矩图：画在各杆的受压一侧，不注明正、负号。 剪力图及轴力图：可画在刚架轴线的任一侧（通常正 值画在刚 架的外侧），但须注明正、负号。,80,2、平面曲杆：轴线为一条平面曲线的杆件。,弯矩图：使轴线曲率增加的弯矩规定为正值；反之为负。 要求画在曲杆轴线的法线方向，且在曲杆受压的一侧。 剪力图及轴力图：与平面刚架相同。,低面背景简约商务风PPT模板,2015,LOGO,所涉及提供的PPT模板、PPT图片、PPT图表等PPT素材大多 来自PPT设计大师（PPT原创作者个人）授权发布作品、PPT设计公司免费作品、互联网免费共享资源精选以及部分原创作品，分享给PPT爱好者交流学习 之用，我们并未授权您将这些PPT模板、素材、图片用于任何商业及其他用途，如果要使用请联系原作者并征求作者同意。,84,为什么要进行事故分析？,85,2011年15月份各类事故对比,分析说明： 1月TZB酯化岗位员工在分层提取时，未关闭通往排污池的排污阀，导致500L料液跑掉，直接经济损失30000元，占总损失77%。 3月份TZB员工白班交接班不到位，导致在回收车间的回收酒精操作一晚无人管，致玻璃冷凝器次日破裂，冰盐损失16公分，乙醇损失500kg，直接经济损失6000元，占总损失85%。 5月份回收车间员工烧伤（6222元）、仓储员工手压伤（3448元）、SBA车间员工脑部受伤（7330元），PLA跑料（5000元）、回收车间跑冰盐（5000元）、中试车间跑冰盐（5000元）。 因员工操作马虎、工作不负责，造成的生产事故有12起，直接损失65200元，占总损失72%。,86,2011年国内事故摘录,1、 2011年5月28日晚上9点31分，位于淄博市桓台县唐山镇境内的山东宝源化工股份有限公司一车间发生爆燃事故，造成2人死亡，8人受伤。 2、2011年5月12日1时40分，位于山西运城市盐湖区龙居乡二十里店村的山西三维丰海化工有限公司发生火灾并伴随小规模的爆炸。 3、2011年5月10日13时许，位于广州市黄埔区的中石化广州分公司203号汽油罐灌顶呼吸阀着火爆炸。据介绍，爆炸事故是由气泄漏发生闪燃所致，导致7名施工人员受伤，其中3人伤势严重。 4、2011年5月2日中午12时52分，位于浙江省衢州市的巨化集团北二道的锦纶厂发生火灾，熊熊的火光借着风势蹿到空中达数十米之高。衢州消防支队接到报警后，立即调集市区三个消防中队以及巨化集团专职消防队共13辆消防车100多名官兵展开灭火战斗。 5、2011年4月13日22时12分，黑龙江省大庆市让胡路区喇嘛甸镇富鑫化工厂非法生产偶氮二异丁腈过程中发生爆炸燃烧。现场作业人员共计14人，9人当场死亡（6男3女）。 6、2011年4月12日凌晨5时47分，位于榆林锦界工业园区的神木化学工业公司一期20万吨甲醇装置因一处管线开裂，氢气泄露，引发闪爆并起火，事故未造成人员伤亡。,87,2011年国内事故摘录,7、 2011年4月1日晚上20时35分，位于缙云县东渡镇的浙江宏威车业有限公司一车 间发生一起爆炸事故，造成现场作业工人3人当场死亡，3人受伤。其中2名伤者 经医院抢救无效死亡，1人仍在救治中。 8、 2011年3月31日下午17时，位于武汉市东西湖区京港澳高速往港澳方向1147公 里处，一辆装载危险化学品的货车在等待加油时突发大火并爆炸，经过近一个半 小时的奋力扑救， 消防官兵成功将大火扑灭并保住了邻近的加油站。 9、 2011年3月17日12时40分，榆林市一化工厂工人在调试设备时，产生的电弧引 发大火。事故造成1人当场死亡，4人不同程度烧伤。 10、2011年3月15日下午1时20分左右，位于嘉兴工业园区东区的东方化工厂发生火 灾事故，经市、区两级消防部门全力扑救，火势于当天下午2时20分被扑灭。该 起火灾未造成人员伤亡。 11、2011年2月27日11时，307国道汾阳仁岩村附近的一家汽修厂门口，一辆正在焊 接的油罐车突然发生爆炸，事故造成一人当场死亡，两人受重伤。,88,2011年国内事故摘录,12、2011年1月13日上午11时许，江苏盐城大丰港工业园区的一家化工企业发生爆炸 并引发火灾。经消防官兵2个多小时的奋战，大火最终被扑灭。 13、2011年1月12日17时，裕华区槐北路一在建楼盘的25楼腾起滚滚浓烟，起火原因 是焊工操作不慎将焊花溅到水泥保温层引起的。 14、2011年1月2日中午12时，邢台市开发区富强路一家板厂的锅炉发生爆炸，据传事 故造成两人重伤两人轻伤。事故原因一方面是锅炉质量有问题，验收部门走过 场，另一方面是员工操作 不当，司炉工没有相应执照。 15、2010年12月30日上午10时10分，云南昆明一家生物化学制品厂发生爆炸。截至目 前，事故已经造成5人遇难，另有8人受伤。,89,启示,事故是最大的浪费。 事故是可以预防的。 学习、分析各类事故发生的原因是有必 要的。,90,安全生产事故案例分析,EHS部 龚海琴 2011-6-13,91,操作注意事项,工作中： 遵守有关安全管理、安全操作规程。 使用劳动保护用品和装备（如防毒口罩、防护眼镜、耐酸手套、通风设施等）。 专心工作，严禁睡岗和阅读与工作无关的书、报、杂志等。 严禁野蛮操作。 按工艺要求逐步操作。 检查和确认曾经出现过错误操作步骤和发生过事故的同类设备。 向上级领导汇报不安全状况和行为。 应注意生产区域中的各类警示标牌。 在使用设备前，最好对所使用的设备进行一次试运行，以确认其性能良好。,92,结束语,对待事故应有的正确态度是： 第一，坚持“安全第一，预防为主”的方针。 第二，要有事故预案，并建立健全事故应急救援体系。 第三，对已发生的事故，要按照“四不放过”的原则，严肃 调查处理。,低面背景简约商务风PPT模板,2015,LOGO,所涉及提供的PPT模板、PPT图片、PPT图表等PPT素材大多 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6、2011年4月12日凌晨5时47分，位于榆林锦界工业园区的神木化学工业公司一期20万吨甲醇装置因一处管线开裂，氢气泄露，引发闪爆并起火，事故未造成人员伤亡。,99,2011年国内事故摘录,7、 2011年4月1日晚上20时35分，位于缙云县东渡镇的浙江宏威车业有限公司一车 间发生一起爆炸事故，造成现场作业工人3人当场死亡，3人受伤。