土木工程力学12-结构的计算简图及分类

1 2020 4 8 土木工程力学第一章补充知识结构的计算简图及分类 合肥铁路工程学校机电教研室 2 2020 4 8 结构的计算简图及分类 温故知新 学习探究 知识强化 课堂延伸 提纲挈领 一 结构的计算简图 二 荷载的分类及计算 三 平面杆系结构的分类 3 2020 4 8 本节课需要解决的问题 1 什么是结构计算简图2 荷载的分类3 平面杆系结构的分类 学习探究 4 2020 4 8 第一章静力学的基本概念 补充知识结构的计算简图及分类 5 2020 4 8 一 知识回顾 1 柔体约束 反力方向沿着绳子背离物体 2 光滑接触面约束 公法线及反力画法 3 圆柱铰链约束 四选一 4 链杆约束 链杆和二力杆的异同 5 支座 11种表达及其反力画法 6 2020 4 8 2 受力图 画受力图的步骤 选研究对象 画脱离体图 首先画上主动力 明确研究对象所受周围的约束 根据约束类型 然后再画约束力 检查是否含有二力杆 如果有首先分析二力杆 必要时用二力平衡公理 三力平衡汇交定理确定某些约束力的指向 7 2020 4 8 一 结构的计算简图 8 2020 4 8 结构 平面杆系结构 杆件的截面尺寸远小长度 特点 板壳结构 块体结构 杆系结构 承受荷载起骨架作用的构件或由其组成的整体 概念 分类 一 结构的计算简图 9 2020 4 8 计算简图选择的原则 1 尽可能符合实际 计算简图应能反映实际结构的主要受力和变形性能 2 尽可能简单 计算简图要便于计算 计算简图 指对实际结构进行简化 表现主要特点略去次要因素 用一个简化图形来代替实际结构 这简化图形就称为实际结构的计算简图 一 结构的计算简图 10 2020 4 8 实际结构简化的过程 1结构体系的简化 2杆件的简化 3节点的简化 4支座的简化 5荷载的简化 11 2020 4 8 框架结构 12 2020 4 8 排架结构 13 2020 4 8 以轴线 粗实线 表示 立体 平面 粗线 当截面尺寸增大时 将引起较大误差 如 超过长度的1 4 14 2020 4 8 以轴线 粗实线 表示 柱 基础 屋架 实例1 屋架 15 2020 4 8 以轴线 粗实线 表示 柱 16 2020 4 8 两铰刚架 实例2 刚架 以轴线 粗实线 表示 17 2020 4 8 三铰刚架 实例3 刚架 以轴线 粗实线 表示 18 2020 4 8 节点 杆件之间的连接 杆件与基础的连接 支座 节点的简化 19 2020 4 8 节点的简化 节点的类型 铰节点 刚节点 20 2020 4 8 节点的简化 铰节点实例 上图的木屋架通过预埋在柱子或墙内的螺栓与柱或墙相连接 屋架与柱不能发生相对位移 但仍然有可能发生微小的相对转动 故常把这种节点简化为铰节点 21 2020 4 8 节点的简化 铰节点实例 上图的钢筋混凝土屋架 其端部与柱顶都有事先预埋的钢板 吊装就位后 把钢板焊在一起 屋架与柱不能发生相对位移 但仍然有可能发生微小的相对转动 故常把这种节点简化为铰节点 22 2020 4 8 节点的简化 刚节点实例 上图 a 所示为现浇钢筋混凝土框架顶层节点的构造 因梁与柱在节点处 是用混凝土现浇成整体 且配置适量钢筋 故在节点处 梁与柱既不能相对移动又不能相对转动 此时便把该节点简化为刚节点 如图 b 所示 23 2020 4 8 铰节点 不能相对移动 可以相对转动 可以传递力 但不能传递弯矩 节点的简化 24 2020 4 8 节点的简化 铰节点连接的杆件受到荷载作用而产生变形时 铰节点处各杆件的夹角会发生改变 约束反力用两对互相垂直 等大反向的力表示 C 25 2020 4 8 刚节点 不能相对移动和转动 可以传递力和弯矩 节点的简化 26 2020 4 8 节点的简化 刚节点连接的杆件受到荷载作用而产生变形时 刚节点处各杆件的夹角不会发生改变 约束反力用两对互相垂直 等大反向的力加上两对力偶矩表示 27 2020 4 8 节点的简化 不完全铰节点 部分刚节 部分铰节的节点称为半铰或复合铰节点 28 2020 4 8 可动绞支座 可以转动和水平左右移动 但不能竖向上下移动 提供垂直于支撑面的竖向约束反力 支座的简化 29 2020 4 8 30 2020 4 8 固定铰支座 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 固定铰支座 31 2020 4 8 固定端支座 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 32 2020 4 8 预制钢筋混凝土柱插入杯形基础的两种施工方法 33 2020 4 8 支座的简化 在杯口四周填入沥青麻丝 柱端可发生微小转动 则可简化为固定铰支座 34 2020 4 8 支座的简化 当杯口四周用细石混凝土填实 地基较好且基础较大时 可简化为固定支座 35 2020 4 8 支座的简化 一根两端支承在墙上的钢筋混凝土梁 受到均布荷载的作用 对这样一个最简单的结构 如果要严格按实际情况去计算 是很困难的 因为梁两端所受到的反力沿墙宽的分布情况十分复杂 反力无法确定 36 2020 4 8 支座的简化 如何选择比较符合实际的计算简图 先要分析梁的变形情况 因为梁支承在砖墙上 其两端均不可能产生垂直向下的移动 但在梁受压时 弯曲变形导致两端能够产生微小转动 整个梁不可能在水平方向移动 但在温度变化时 梁端能够产生热胀冷缩 37 2020 4 8 支座的简化 梁的支座作如下简化处理 通常在一端墙宽的中点设置固定铰支座 在另一端墙宽的中点设置可动铰支座 用梁的轴线代替梁 就得到了简支梁的计算简图 梁右端的可动铰支座体现了梁在温度变化下的热胀冷缩 左端的固定铰支座体现了梁不能在水平方向移动但却可以在梁受压时由于弯曲变形导致梁两端能够产生微小转动的事实 38 2020 4 8 支座的简化 这个计算简图反映了 梁的两端不可能产生垂直向下移动但可转动的特点 左端的固定铰支座限制了梁在水平方向的整体移动 右端的可动铰支座允许梁在水平方向的温度变形 这样的简化既反映了梁的实际工作性能及变形特点 又便于计算 这就是所谓的简支梁 39 2020 4 8 自重等 风 雪荷载等 简化为作用于轴线上的集中荷载或均布荷载 荷载 作用在结构或构件上的主动力 如重力 风压力 雪压力等 作用面积不大 按集中荷载考虑 作用面积较大 按分布荷载考虑 40 2020 4 8 结构的计算简图举例 41 2020 4 8 二 荷载的分类及计算 42 2020 4 8 荷载 指主动作用于结构上的外力 广义荷载 其他使结构产生内力或变形的因素 如温度变化 基础沉陷 材料收缩等 二 荷载的分类及计算 荷载可以根据不同的特征进行分类 43 2020 4 8 恒载 长期作用在结构上的不变荷载 如结构的自重或土压力 活载 在建筑物施工和使用期间可能存在的可变荷载 如楼面荷载 屋面荷载 雪载和风载等 二 荷载的分类及计算 44 2020 4 8 结构的自重计算公式 二 荷载的分类及计算 自重 重力密度 N m3 体积 m3 砖的重力密度 19 KN m3 水泥砂浆的重力密度 20 KN m3 45 2020 4 8 楼面活荷载 楼面活荷载应依据 建筑结构荷载规范 进行设计 如教室规定为2 0KN m2 46 2020 4 8 集中荷载 当荷载的作用范围很小 此时可以认为荷载全部集中作用在一点上 即称之为集中荷载 如汽车轮压 单位 N或KN 分布荷载 满布在结构某一表面上的荷载 又分为均布荷载和非均布荷载 如楼面荷载 雪载等 二 荷载的分类及计算 47 2020 4 8 分布荷载 满布在结构某一表面上的荷载 又分为均布荷载和非均布荷载 如楼面荷载 雪载等 二 荷载的分类及计算 分布荷载按照形态又分为以下3种 体分布荷载 面分布荷载 线分布荷载 48 2020 4 8 吊车梁上的荷载 吊车梁 牛腿 吊车轮 49 2020 4 8 静力荷载 数量 方向和位置不随时间变化或变化极为缓慢 不使结构产生显著的加速度 如自重和其他恒载 动力荷载 随时间迅速变化或在短暂时段内突然作用或消失的荷载 使结构产生显著的加速度 要考虑惯性力的影响 如冲击荷载 地震力等 50 2020 4 8 三 平面杆系结构的分类 51 2020 4 8 平面杆系按结构的计算简图分类 受弯构件其轴线通常为直线可以是单跨的或多跨的 52 2020 4 8 53 2020 4 8 由直杆组成 各杆主要受弯曲变形 其节点通常为刚节点 54 2020 4 8 55 2020 4 8 轴线为曲线 以压缩变形为主 力学特点是在竖向荷载作用下有水平支座反力 56 2020 4 8 由直杆组成 三角形单元 所有节点都为铰节点 57 2020 4 8 58 2020 4 8 是桁架和梁或刚架组合一起形成的结构 59 2020 4 8 思考 组合式吊车梁结构简图的形成依据 60 2020 4 8 例