结构力学课件1.ppt

1 1结构力学的任务和学习方法 1 2结构的计算简图和简化要点 1 3杆件结构的分类 1 4荷载的分类 第一章绪论 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 1 了解结构力学的任务 2 了解选取结构计算简图的重要性和基本原则 3 熟悉常见支座与结点的计算简图及其特性 4 了解结构及荷载的分类 通过本章的学习 同学们应该知道 了解以下四个方面的内容 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 一 结构和结构力学 1 结构按照合理的方式用建筑材料组成的能承受一定荷载作用的物体或体系 称为 建筑结构 简称为 结构 或者说 结构是建筑物的承重骨架 承重系统 结构的作用 起承受和传递荷载的作用 从几何角度来看 结构一般分为三类 即杆系 件 结构 板壳结构 薄壁结构 实体 块体 结构 结构力学课程主要介绍的是杆系结构 1 1结构力学的任务和学习方法 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 古代建筑工程结构 雅典神庙 巴黎凯旋门 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 上海金贸大厦 钢结构88层高420m 曾名列亚洲第一 世界第三 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 古罗马半圆拱建筑 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 隋朝河北赵州桥 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 世界第一拱 钢结构跨径550m 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 美在其中韵律 力量之美 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 水利工程中的拱坝 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 2 结构力学 1 结构力学是固体力学的一个分支 2 结构力学是以结构 建筑结构 为研究对象的 力学 固体力学 流体力学 空气动力学等 固体力学 理论力学 材料力学 结构力学 弹性力学 塑性力学 岩体力学 断裂力学 二 结构力学的任务和内容1 结构力学的任务 1 研究结构的组成规律和合理形式 合理选择计算简图 组成规律 保证结构各部分之间不发生相对运动 使结构能承受荷载 并且能够维持平衡 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 合理形式 有效利用材料 使其性能得以充分发挥 2 研究在静荷载作用下 结构的内力和变形的计算原理和方法 3 研究在动荷载作用下 结构的动力反应 动内力 动位移 的计算原理和方法 4 研究在静荷载作用下 结构的稳定性的计算原理和方法 5 研究在静荷载作用下 结构的极限承载力的计算原理和方法 2 结构力学的研究目的 1 判断结构能否承受荷载 结构是否具有几何不变性 能设计出 受力合理 传力简捷 的结构 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 2 内力和变形的计算 便于结构的强度和刚度的验算 保证结构具有充分但非保守的安全性 强度储备 保证结构产生的变形在允许的范围之内 3 结构具有一定的刚度 才能保证其稳定性 在动荷载的作用下才不致发生过大的振动 对于强度 刚度和稳定性问题 不仅设计新的结构时需要讨论 对于已经建成的建筑物结构当承受前所未预计的荷载时也必须进行核算 确定结构是否能承担这种荷载 是否需要加固以及提出加固方案等 可以说以上是结构承载力的计算 3 结构力学的内容 1 承载能力的计算 结构选定后 内力分析 N 轴力 Q 剪力 M 弯矩 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 变形计算 在弹性范围内 2 动力反应 动荷载作用下的动内力和动位移 电机转动 地震等 3 稳定分析 塑性分析 结构变形进入塑性阶段以后的问题 4 杆系结构的矩阵位移分析 适合电算的方法 4 结构力学与其它学科的关系结构力学是理论力学 材料力学的后续课程 属于专业 技术 基础课 在后续课程中 结构力学除与弹性力学性质相近外 又为钢筋混凝土结构 钢木结构 水工结构等专业课提供力学基础 各学科的任务 理论力学 讨论物体机械运动的基本规律 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 材料力学 结构力学 弹性力学 是研究单根杆件 杆系结构 实体结构和板壳结构 的强度 刚度和稳定性的计算原理和计算方法 三 学习方法和注意事项首先 要充分认识到结构力学课程对本专业的重要性 1 学习方法 1 一定注意分析方法和解题思路 从具体问题的算法中学习分析问题的一般方法 如 从 已知 未知 整体 局部 整体 的方法 2 认真听课 做好笔记 提高听课效果 3 多练 必须独立 高质量的完成所布置的作业 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 2 注意事项 1 切忌不看书 不复习 照例题埋头作习题 2 切忌贪多求快 不求甚解 3 切忌照答案凑数 不会自己校核 4 切忌不改正错题 不接受教训 结构力学是一门古老的科学 其理论的经典部分几乎已经达到尽善尽美的程度 但它又是不断发展的科学 含义如下 1 新结构层出不穷 要求从理论和实践上加以解决 2 计算机的发展 使结构力学获得了新生 提高了精度和适度 3 各力学学科间互相渗透 扩展了计算原理和计算方法 4 关于 优化设计 问题 电算产生以前提出的有可能解决的问题正逐步得到解决 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 在对实际结构进行力学分析时 通过简化和假设 略去某些次要因素 保留其主要特征 把实际结构简化成一个用作力学分析的结构图形 这个图形就称为结构的计算简图 可以说 计算简图的提出主要是为了便于研究问题或者说是为了使问题的研究成为可能 从这个意义上来讲 结构的计算简图是实际结构的主要特点 主要矛盾的抽象 一 计算简图的选取原则 1 从实际出发 计算简图必须能反应实际结构的主要受力特性 确保计算结果可靠 2 分清主次 略去细节 在满足计算精度要求的条件下 计算简图应当尽量简单 便于计算 1 2结构的计算简图和简化要点 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 二 计算简图的简化要点 1 结构体系的简化空间结构 平面结构 便于计算 平面结构 实际结构都是空间结构 但是当组成结构的所有杆件的轴线都位于某一平面内 并且荷载也作用在同一平面内时 这种结构称为平面结构 注意 1 虽然杆件结构是按平面结构进行处理的 但只是按实用而且实际上认可的近似程度进行简化的 2 有些空间结构是无法进行简化的 或简化后近似程度差距太大 对于这种结构必须按空间结构来研究 2 杆件的简化 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 通常杆件的截面尺寸比其长度小得多 而截面上的应力又可以根据截面的内力来确定 所以用杆件的轴线代替杆件 略去截面的形状 尺寸等因素 轴线 杆件各截面诸形心的连线 结点 杆件之间的连接区 杆长 结点与结点之间的尺寸 注意 当截面的尺寸 1 4杆长时 若用轴线表示则引起较大的误差 3 结点的简化按照各种连接的约束效用及其力学特性进行区分 平面杆件结构的常见的结点类型有 铰接点 刚结点 混合结点 定向结点及旋转弹性结点 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 特点 不传递 承受 弯矩 铰处弯矩为零 被连接的杆件只能相对转动 不能相对平移 注意 这样的铰结点实际上并不存在 一般建筑结构连接处都能承受一定的弯矩 但是当结点处的弯矩小到可以忽略的时候 就认为可以简化成铰结点 双向铰 由于理想铰结点与实际结点之间存在差距 所以有附加内力 次内力或次应力 通常可以忽略附加内力 当不能忽略时 可以参考有关文献进行计算 2 刚结点 单刚结点 复刚结点 刚性连接点 1 铰结点 单铰结点 复铰结点 光滑无摩擦的理想铰 特点 可以承受和传递力 力矩 被连接的杆件间无相对转动和平移 变形后杆件之间的夹角不变 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 特点 兼有上述两种结点的特性 上面两个杆件之间是刚结在一起的 上面两个杆件作为一个整体同下面的杆件铰结在一起 4 定向结点 包括剪移定向结点和轴移定向结点 剪移定向结点 是指允许剪切平移的定向结点 3 混合结点 不完全铰结点 铰结点和刚结点的混合 轴移定向结点 是指允许轴向平移的定向结点 特点 可以承受和传递力矩 被连接的杆件间无相对转动但可以相对平移 变形后杆件之间的夹角不变 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 5 旋转弹性结点 性质介于铰结点和刚结点之间 特点 可以承受和传递力 力矩 被连接的杆件只能相对转动 不能相对平移 结点转动刚度系数k 表示结点的旋转刚性 4 结构与基础之间连接的简化 支座的简化 支座 把结构和基础或其它支承物相联系 用于固定结构位置的装置 支座反力 支座对结构的反作用力 平面结构的支座构造形式多种多样 根据其 构造和约束 受力 特点 的不同 可简化为六种 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 1 滚轴支座 活动铰支座 可动铰支座 特点 只有竖向支座反力Y 不允许竖向位移 可转动和水平移动 有两个自由度 2 铰支座 固定铰支座 特点 有水平支座反力X和竖向支座反力Y 不允许水平位移和竖向位移 可以转动 有一个自由度 3 定向支座 特点 有支反力矩M和竖向支座反力Y 不允许竖向位移和转动 允许水平移动 有一个自由度 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 4 固定支座 特点 有支反力矩M 水平支反力X和竖向支反力Y 不允许竖向位移 水平移动和转动 自由度为零 5 伸缩弹性支座 特点 只有竖向支座反力Y 竖向可有一定的弹性变形 可转动和水平移动 6 旋转弹性支座 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 特点 有支反力矩M 水平支反力X和竖向支反力Y 不允许竖向位移和水平位移 可有一定转角弹性变形 5 材料性质的简化在土木 水利工程中结构所用的建筑材料通常为钢 混凝土 砖 石 木料等 在结构计算中 对这些材料一般都假设为连续的 均匀的 各向同性的 完全弹性或弹塑性的 6 荷载的简化结构承受的荷载 体积力和表面力 体积力 结构的自重或惯性力等 表面力 是由其它物体通过接触面而传给结构的作用力 如土压力 车辆的轮压力等 在杆件结构中把杆件简化为轴线 因此不管是体积力还是表面力都可以简化为作用在杆件轴线上的力 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 荷载按其分布情况可简化为集中荷载和分布荷载 例1 1和例1 2 P8 见图1 1和图1 2 图1 1 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 图1 2 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 1 3杆件结构的分类 结构的分类实际上是指结构计算简图的分类 杆件结构通常可分为下列几类 1 梁 图1 3a 是一种受弯构件 其轴线通常为直线 梁可以是单跨的或多跨的 2 拱 拱 图1 3b 的轴线为曲线 其力学特点是在竖向荷载作用下有水平支座反力 推力 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 3 刚架 图1 3c 也是由直杆组成的 其结点为刚结点 4 桁架 图1 3d 由直杆组成 所有结点都为铰结点 5 组合结构 图1 3e 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 按空间观点分为平面结构和空间结构 平面结构 各杆的轴线和外力作用线都在同一平面内 空间结构 各杆的轴线不在同一平面内 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 按计算特性分为静定结构和超静定结构 静定结构 杆件的内力 包括反力 可由平衡条件唯一确定 超静定结构 杆件的内力 包括反力 由平衡条件还不能唯一确定 而必须同时考虑变形条件才能唯一确定 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 1 4荷载的分类 荷载 主动作用于结构的外力 自重 水压力和土压力 广义荷载还包括温度变化 基础沉陷 材料收缩等 荷载的确定是结构设计中极为重要的工作 荷载如果估计过大 则设计的结构会过于笨重 造成浪费 荷载如果估计过低 则设计的结构将不够安全 荷载可以根据不同特征进行分类 根据荷载作用时间的久暂分为恒载和活载 恒载 长期作用在结构上的不变荷载 结构的自重或土压力 制作 结构力学 多媒体课件开发小组 活载 是在建筑物施工和使用期间可能存在的可变荷载 楼面荷载 屋面荷载 吊车荷载 雪载和风载等 按作用的位置分为固定荷载和移动荷载 固定荷载 恒载和部分活载 如雪载 风载 移动荷载 有些活载如吊车梁上的吊车荷载 公路桥梁上的汽车荷载 在结构上的位置是移动的 这种荷载叫做移动荷载 根据荷载作用的性质分为静力荷载和动力荷载 静力荷载 数量 方向和位置不随时间变化或变化极为