土木工程概论-第3章-土木工程基本结构形式

第3章土木工程基本结构形式3-1板、梁和柱板、梁主要是承受弯矩，因此称为受弯构件；柱主要承受压力，因此称为受压构件。梁和板两段支撑在支座上以承受荷载，一端为不动铰，一端为活动铰（如图）这即为计算简图，这种支撑称为简单支撑或简支。柱承受荷载可能是轴心压力（荷载沿构件轴线），但更多情况下是偏心受压，这时称构件为偏心受压构件。同样地，作用拉力时，也存在轴心受拉和偏心受拉的情况。偏心受拉和偏心受压构件统称为偏心受力构件。当构件所受弯矩不作用在截面对称轴的平面内时，为斜向受弯构件，这时在两个对称轴方向都作用有弯矩，所以又称为双向受弯构件。当受压或受拉构件还同时作用有两个方向的弯矩时，即为双向偏心受压或双向偏心受拉。此外，还有还有受扭构件，但单纯受扭的构件并不常见，大多数场合下受扭构件同时还承受弯矩和剪力。梁、板、柱是土木工程中的基本构件3-2拱拱结构是人类在生活实践中发现的，它最初的形成源于自然。世界上有很多天然拱：贵州省黎平县天然石拱桥是世界上最大的天然拱，宽138m，长350m，跨长118.92m美国犹他州天然石拱桥宽67m,跨长84.73m

拱的受力机理：每两块砌体之间靠压力传力，直至传至底脚，由基础反力R来维持整个结构的平衡。公式拱的受力特点：在竖向荷载作用下支座会产生水平推力。这也是区别拱和拱形梁的关键之处。公式3-1~3-3及其3-7、3-8图由公式可知:拱形梁的内力完全可以由静力平衡条件求得，而拱的内力则还需考虑边界条件（变形和支撑）才能求出。由静力平衡条件可以确定全部内力的结构称为静定结构；还必须考虑变形条件才能确定全部内力的结构，称为超静定结构。拱的分类：三铰拱：（静定结构）中间铰不承受弯矩，铰每边支座的斜向推力与荷载合力必须通过这个铰。双铰拱：（超1次静定结构）最大弯矩在跨中无铰拱：（超3次静定结构）支座处不但产生水平推力，还产生弯矩。连续拱如果拱的轴线设计的合理，完全可以做到使得拱值承受压力而不承受弯矩，此时的拱轴线叫做合理拱轴线，对整个结构是有利的。如，承受均布荷载时，合理拱轴线是二次抛物线。3-3桁架桁架分为：铰接桁架和刚接桁架一铰接桁架（由许多三角形杆状物组成）桁架历史北宋（1101~1125年）

张择端的《清明上河图》由三角形机构制成的拱架木桥；国外最早的桁架是1570年意大利人巴雷提出的王柱式桁架，但并未受到重视；1758年瑞士人Ulric

Grubenmann在莱茵河上建造了一座跨长为52m的木料桁架桥;最早的全铁桁架桥是1840年在美国WendellBellman所建造，其中拉杆为熟铁，压杆为生铁。在桁架中，对上下部杆件分别称为上下弦杆，两弦中间的杆件称为腹杆。桁架承受荷载后，上弦讲受压，下弦受拉，腹杆以受拉或受压的形式承受剪力。无论是拉力还是压力，都称为直接内力，材料只吃呢感受直接应力的强度是较高的，因此桁架的荷载应设计成作用在节点处。如果节间承受荷载杆件还会产生弯矩，成为偏心受力构件。桁架作为屋盖一般用于较大跨度，屋盖一般由多片横向桁架组成。为了增强屋盖的整体刚度各片桁架之间设有支撑（上下弦水平支撑、竖向支撑、柱间支撑）。二刚接桁架当钢板桥梁跨度很长时，腹板用料占很大比重，如果讲腹板挖成空格，则形成空腹桁架。刚接桁架在非荷载因素（地基沉降、温度变化等）下也会产生自应力，另外，刚接桁架节点必须予以加强以保证在荷载下变形时构件内的相对转角为零。铰接桁架中的铰也不是完全活动的，都会有一定的约束，产生一定的次应力，但一般次应力不大，计算时不予考虑。3-4框架在房屋建筑中，由梁或屋架和柱连接而成的结构称为框架。框架有铰接和刚接两种（但是在工程结构中很难严格界定），前者为排架，后者为刚架，桥梁中常采用钢架结构。一排架在装配式钢筋混凝土单层工业厂房，屋面承重结构与柱的连接是按铰接考虑的，即梁柱节点出不可能共同旋转，而是各自自由，因此只能视为铰接，这种框架称为排架。二钢架当柱和梁整体连接，则形成刚接。图3-21(a)为单层刚架,(b)为复式刚架在多层框架中，当柱子连需延长，而梁铰接在柱上，则构成多层铰接框架，有时也做成铰接和刚接同时采用的组合框架刚架受力时，一般按照平面结构考虑，但有些框架具有明显的三维受力特征。当房屋两端设有永久性山墙，屋盖与结构有可靠联系，即使在均布水平风载下，水平框架体系将发生侧移，但山墙处侧移仍为零，其他框架受山墙约束而影响，侧移依次减小