《结构力学绪论及》PPT课件.ppt

结构力学,STRUCTURALMECHANICS,安徽建筑工业学院,土木工程学院工程力学系,本学期结构力学教学进程及主要教学参考书简介,一.主要教学内容及教学时数安排：（课内总学时72）,第1章绪论(课内:2,课外与课内之比1:1)第2章结构的几何组成分析(课内:6,课外与课内之比3:1)第3章静定结构的受力分析(课内:12,课外与课内之比3:1)第4章静定结构总论(课内:2,课外与课内之比1:1)第5章影响线(课内:6,课外与课内之比2:1)第6章虚功原理和结构的位移计算(课内:10,课外与课内之比3:1)第7章力法(课内:12,课外与课内之比3:1)第8章位移法(课内:12,课外与课内之比3:1)第9章渐近法及超静定力的影响线(课内:8,课外与课内之比3:1)机动:2学时,本学期结构力学教学进程及主要教学参考书简介,二.主要教学及习题参考书:1.结构力学上册(第二版)龙驭球、包世华主编，高等教育出版社2.结构力学上册(第二版)杨天祥主编，高等教育出版社3.结构力学上册朱伯钦、潘亦培等编著，高等教育出版社(同济函授教材)4.结构力学上册周竞欧、朱伯钦、许哲明主编，同济大学出版社5.结构力学解疑雷钟和、江爱川、郝静明编著，清华大学出版社6.结构力学复习与习题分析徐新济、冯虹编，同济大学出版社7.应用结构力学-典型例题剖析郑念国、戴仁杰编著，同济大学出版社,第1章绪论,1-1.结构力学的学科内容和任务,1.研究对象,(2)结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构,(1)结构：承受并传递荷载起骨架作用的部分,(3)结构力学的研究对象为(平面)杆系结构,(4)结构力学的课程地位,(1)组成规律与合理形式,计算简图的合理选择；,(2)内力与变形的计算方法.强度和刚度；,(3)稳定与动力反应。,2.任务研究结构的强度、刚度、稳定性的计算原理和计算方法,3.内容结构组成;内力,位移,临界力计算.,确定计算简图的原则：1.能反映实际结构的主要力学特性;2.分析计算尽可能简便,1-2.杆件结构的计算简图,计算简图:在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形),简化内容:,1.杆件的简化:杆件杆件的轴线,2.结点的简化:刚结点铰结点半铰结点(组合结点),半铰结点,铰结点,刚结点,确定计算简图的原则：1.能反映实际结构的主要力学特性;2.分析计算尽可能简便,1-2.杆件结构的计算简图,计算简图:在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形),简化内容:,1.杆件的简化:杆件杆件的轴线,2.结点的简化:刚结点铰结点半铰结点(组合结点),3.支座的简化:固定铰支座可动铰支座固定端支座滑动支座(定向支座),确定计算简图的原则：1.能反映实际结构的主要力学特性;2.分析计算尽可能简便,1-2.杆件结构的计算简图,计算简图:在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形),简化内容:,1.杆件的简化:杆件杆件的轴线,2.结点的简化:刚结点铰结点半铰结点(组合结点),3.支座的简化:固定铰支座可动较支座固定端支座滑动支座(定向支座),4.体系的简化:空间结构平面结构,确定计算简图的原则：1.能反映实际结构的主要力学特性;2.分析计算尽可能简便,1-2.杆件结构的计算简图,计算简图:在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形),简化内容:,1.杆件的简化:杆件杆件的轴线,2.结点的简化:刚结点铰结点半铰结点(组合结点),3.支座的简化:固定铰支座可动较支座固定端支座滑动支座(定向支座),4.体系的简化:空间结构平面结构,5.荷载的简化:集中力、集中力偶、分布荷载,1-3.杆件结构的分类,1.梁,2.拱,3.桁架,4.刚架,5.组合结构,1-4.荷载的分类,、根据荷载作用时间长短：恒载、活载。,、按荷载作用的性质：静力荷载、动力荷载。,第2章杆件体系的几何组成分析(Geometricconstructionanalysis),基本假定：不考虑材料的变形（刚片）,2-1几何构造分析的几个概念,几何构造分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何不变，或者如何保证它成为几何不变体系，只有几何不变体系才可以作为结构。,1.几何不变体系和几何可变体系,几何不变体系：,不考虑材料应变条件下，体系的位置和形状保持不变的体系。,几何可变体系：,不考虑材料应变条件下，体系的位置和形状可以改变的体系。,结论：只有几何不变体系才能成为结构,2.自由度,杆件体系是由结点和杆件构成的，我们可以抽象为点和线，分析一个体系的运动，必须先研究构成体系的点和线的运动。,Dx,Dy,Dx,Dy,自由度：,描述几何体系运动时，所需独立坐标的数目。,或几何体系运动时，可以独立改变的坐标的数目。,推论:几何不变体系的自由度一定等于零几何可变体系的自由度一定大于零,如果体系有了自由度，必须消除，消除的办法是增加约束。约束有三种（支座约束数类推）：,链杆个约束,单铰个约束,刚结点个约束,不能有效减少体系自由度的约束称为多余约束。,4.多余约束（与之对应的是必要约束）,3.约束（限制物体运动的装置）,5.瞬铰,.,C,O,D,A,B,两刚片之间的两相交链杆可能构成一瞬铰,瞬铰铰心位置不定铰心位置确定不变的铰称为实铰。,6.无穷远处瞬铰,(4)各有限点都不在无穷线上,(3)各无穷点都在同一条直线上,称为无穷线,(2)不同方向有不同的无穷点,(1)每个方向都有一个无穷点,7.瞬变体系及常变体系,C,N1,N2,N3,0,0,r,FP,瞬变体系(instantaneouslyunstablesystem)-原为几何可变，经微小位移后即转化为几何不变的体系。,结论：瞬变体系必有多余约束,2-2几何不变体系的组成规律,讨论没有多余约束的,几何不变体系的组成规律。,1.一个点与一个刚片之间的组成方式,I,I,一个点与一个刚片之间用两根链杆相连,且三铰不在一直线上,则组成无多余约束的几何不变体系。,2.两个刚片之间的组成方式,两个刚片之间用一个铰和一根链杆相连,且三铰不在一直线上,则组成无多余约束的几何不变体系。或两个刚片之间用三根链杆相连,且三根链杆不交于一点,则组成无多余约束的几何不变体系。,3.三个刚片之间的组成方式,三个刚片之间用三个铰两两相连,且三个铰不在一直线上,则组成无多余约束的几何不变体系。,以上规律又统称为三角形规律,规律1,规律2,规律4,规律3,二元体:在一个体系上用两个不共线的链杆连接一个新结点的装置.,在一个体系上加减二元体不影响原体系的几何组成.,4.二元体(片)规则,O是虚铰吗？,有二元体吗？,是什么体系？,O不是,有,无多不变,试分析图示体系的几何组成。,有虚铰吗？,有二元体吗？,是什么体系？,无多余约束的几何不变体系,没有,有,利用组成规律可以两种方式构造一般的结构：,（1）从基础出发构造,（2）从内部刚片出发构造,例1,.,.,.,.,1,2,2,3,1,3,1,2,1,3,2,3,例2,例3,无多余约束的几何不变体系,几何瞬变体系,几何瞬变体系,讨论:三铰体系有无穷远铰的情况:,1).有一个无穷远铰:,2).有两个无穷远铰:,3).有三个无穷远铰:,三杆不平行不变平行且等长常变平行不等长瞬变,四杆不平行不变平行且各自等长常变平行不等长瞬变,各自等长常变否则瞬变,2-3平面体系的计算自由度,1.平面刚片体系的计算自由度,W=3m-3g-2h-b,m-刚片数;g-单刚结点数h-单铰数;b-链杆及支杆数。,3,62（1）=4,92（2）=5,W=3（),（）,m,h,b,m7,h9,b,单铰：连接两个刚片的铰结点。,复铰：连接两个以上刚片的铰结点。,相当于（n-1）个单铰。,单刚结点,复刚结点,连接n个杆的复刚结点等于多少个单刚结点？,n-1个,=1,刚片本身不应包含多余约束,应是无多不变整体具有三个自由度的任何对象,2.平面铰结链杆体系的计算自由度,jb,j=4,b=4+3,j=8,b=12+4,81240,单链杆：连接两个铰结点的链杆。,复链杆：连接两个以上铰结点的链杆。,3.混合体系的计算自由度,4.计算自由度与几何体系构造特点,体系几何可变；,无多余约束时，体系几何不变；,体系有多余约束。,5.几何组成与静力特性之间的关系,无多余约束的几何不变体系。,如何求支座反力?,利用静力平衡条件可以唯一确定所有约束力的结构,有多余约束的几何不变体系。,能否求出全部约束反力?,利用静力平衡条件不能唯一确定所有约束力的结构,体系,不可作结构,小结,2-3.几何组成分析举例,例1:对图示体系作几何组成分析,解:三刚片三铰相连,三铰不共线,所以该体系为无多余约束的几何不变体系.,2-3.几何组成分析举例,例2:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为无多余约束的几何不变体系.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例3:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为无多余约束的几何不变体系.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例4:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为瞬变体系.,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例5:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为常变体系.,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法4:去掉二元体.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例6:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为无多余约束几何不变体系.,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法5:从基础部分(几何不变部分)依次添加.,方法4:去掉二元体.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例7:对图示体系作几何组成分析,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法5:从基础部分(几何不变部分)依次添加.,方法4:去掉二元体.,解:该体系为有一个多余约束几何不变体系.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例8:对图示体系作几何组成分析,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法5:从基础部分(几何不变部分)依次添加.,方法4:去掉二元体.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例9:对图示体系作几何组成分析,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法5:从基础部分(几何不变部分)依次添加.,方法4:去掉二元体.,方法1:若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分,例10:对图示体系作几何组成分析,方法3:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.,方法2:利用规则将小刚片变成大刚片.,方法5:从基础部分(几何不变部分)依次添加.,方法4:去掉二元体.,F,分析实例1,分析实例2,.,m9,h12,b,(2,3),(1,3),(1,2),按平面刚片体系计算自由度,(2,3),(2,3),.,(1,3),(1,2),分析实例3,(1,2),(2,3),(1,2),(2,3),(2,3),(1,2),几何瞬变体系,(1,2),2,3,1,3,1,2,2,3,1,3,1,2,分析实例4,几何瞬变体系,几何不变体系,(1,2),(2,3),(1,2),(2,3),(2,3),(1,3),分析实例5,几何不变体系,几何组成思考题,几何组成分析的假定和目的是什麽？何谓自由度？系统自由度与几何可变性有何联系？不变体系有多余联系时，使其变成无多余联系几何不变体系是否唯一？瞬变体系有何特点？可变体系时如何区分瞬变还是常变？,瞬铰和实际铰有何异同？无多余联系几何不变体系组成规则各有什麽限制条件？不满足条件时可变性如何？按组成规则建立结构有哪些组装格式？组装格式和受力分析有无联系？如何确定计算自由度？对体系进行组成分析的步骤如何？,几何组成作业题,2-12-32-42-52-72-82-9交作业时间:下周3,2-4.几何组成分析习题课,1试计算图示体系的计算自由度,解:,由结果不能判定其是否能作为结构,或:,2试计算图示体系的计算自由度,解:,由结果可判定其不能作为结构,或:,3试分析图示体系的几何组成,从上到下依次去掉二元体或从基础开始依次加二元体.几何不变无多余约束,4试分析图示体系的几何组成,依次去掉二元体.几何常变体系,5试分析图示体系的几何组成,有一个多余约束的几何不变体系,6试分析图示体系的几何组成,常变体系,7试分析图示体系的几何组成,瞬变体系,几何不变无多余约束,8试分析图示体系的几何组成,有一个多余约束的几何不变体系,9试分析图示体系的几何组成,瞬变体系,10试分析图示体系的几何组成,几何不变无多余约束,11试分析图示体系的几何组成,瞬变体系,12试分析图示体系的几何组成,几何不变无多余约束,x,有三个多余约束的几