第1-2讲-绪论-组成分析

第1章绪论§1-1工程结构与结构力学

§1-2结构计算简图§1-3结点与支座的类型§1-4结构的分类§1-5荷载的分类§1-6结构分析的条件与方法§1-1工程结构与结构力学1.结构概念与分类1)工程设施种类繁多，功能多样

——房屋、桥梁、储藏、塔桅、坝体等(图1-1)。

2)设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分——结构

结构力学——研究该骨架的受力变形规律及分析与计算方法的科学。3)结构的分类：从几何角度分三类

①

杆系结构②板壳结构

③

实体结构混合型结构双曲拱坝板壳结构三峡大坝取一段分析：实体结构2.课程任务与对象手算电算(1)研究任务结构组成方式结构内力变形规律相关分析与计算方法(2)研究对象——杆系结构3.课程特点与专业地位特点：理论不多，侧重概念、方法与应用；实践性强。地位：专业基础课——承上启下，专业基本功的体现§1-2结构计算简图1.选择原则(1)反映实际结构主要性能；(2)尽可能简化——保留主要、略去次要。取出典型刚架分析(2)杆件——轴线表示(3)连接——简化为结点2.简化要点(1)结构体系平面结构空间结构(4)荷载——作用于杆轴简化示例：P.3-4§1-3结点与支座的类型1-3-1结点类型①铰结点既可传力，又可传弯矩②刚结点可传力，但不能传递弯矩结点构造：P.5-6组合结点、弹性结点1-3-2支座类型①滚轴支座②铰支座③定向支座④固定支座支座构造：P.7表1-1

弹性支座P.8§1-4结构的分类杆系结构通常分以下几类：(1)梁(P.8示例)(3)桁架(P.8示例、构造)(2)刚架(P.9示例)(4)拱(P.10示例)(6)组合结构

(P.11示例)(5)索:拉索、悬索FP1FP2FHFyBFHFyAAB§1-5荷载的分类荷载——来自于自然环境和人类使用恒载活载固定荷载移动荷载集中荷载分布荷载(2)按作用时间(3)按作用位置P.12示例(1)按分布情况1.荷载——主动作用于结构的外力§1-5荷载的分类（续1）直接荷载间接荷载(4)按作用对象P.12示例静力荷载动力荷载(5)按作用性质P.13示例§1-5荷载的分类（续2）温度改变支座移动材料收缩制作误差地震作用———动力作用(P.13示例)……2.其他外部作用——静力作用1.三方面条件平衡条件几何条件——变形协调物理条件——本构关系§1-6结构分析的条件和方法2.基本假设(1)连续性假设(2)线弹性假设(3)小变形假设(4)平截面假设

——线弹性体（线性变形体）叠加原理适用(2)线弹性假设(4)平截面假设

——内力确定，截面应力就确定3.结构分析一般方法三方面条件几何物理内力、变形、位移静定结构：分步分类内力一般结构：平衡条件变形、位移——第3~6章非线性问题几何非线性：稳定计算考虑FP-

效应——第13章材料非线性：极限荷载计算中考虑——第14章超静定结构：基本未知量其他未知量——第7~11章课堂讨论：举一个实际工程结构的例子，并说明如何对其进行简化，作出计算简图。习题1-2。结合课外阅读探讨：将连接点简化为结点后，对结构的实际效应会产生什么影响？如何处理才能使这种影响达到最小？习题1-5。第2章平面体系的几何组成分析§2-1概述§2-2体系的自由度§2-3几何不变体系的基本组成规则§2-4几何组成分析方法及示例§2-5几何组成与静定性的关系§2-1概述杆件结构=(杆+杆间连接)+基础支承(不考虑材料应变)

1.几何不变体系与几何可变体系分担和传递荷载形状、位置不变

几何不变体系形状不变，能够承载形状改变，不能承载几何不变体系几何可变体系几何不变体系——不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状不能改变；几何可变体系——不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状可以改变。刚片——任一杆件或任一几何不变部分。不考虑材料应变不能作结构使用从体系自由度出发判断是否为几何不变.2-2-1自由度

——确定物体运动位置所需的独立坐标数目.§2-2体系的自由度n=2平面内一点平面刚片n=3笑脸我们多自由笑脸苦脸苦脸这么多约束，没法动了.我是不是多余的？苦脸苦脸平面体系=刚片+约束(a)自由刚片(b)添加约束(c)再添约束约束——减少自由度的装置(1)链杆(1个约束)ABCDABABC(a)添一根链杆(b)添两根链杆(c)添三根链杆多余约束必要约束和多余约束(2)铰BIIIIIIAI单铰=2个约束瞬铰(虚铰)无限远瞬铰无穷远瞬心的理解复铰=n

1个单铰O瞬心O(3)刚结点(3个约束)单刚结点复刚结点=n

1个单刚结点

2-2-2计算自由度全为必要约束体系自由度=刚片自由度

约束总数未知多余约束体系自由度无法直接确定假设均为有效约束名义自由度计算自由度W称为1)平面一般体系：计算自由度=3倍刚片数

刚片间约束数

支座约束数

即：W=3m

c

r退一步示例：AB12(c)添加刚片间约束（c=2

2+2=6）(d)添加支座约束（r=3+6=9）(b)自由刚片（m=3）(a)平面体系示例W=3

3

6

9=

6

2-2-2计算自由度(续)2)平面杆件体系计算自由度=2倍结点数杆件数支座约束数单刚结点数即：W=2j

b

r

g示例：(c)添加支座约束（r=9）(d)添加转角约束（g=6）(b)添加杆件（b=11）(a)自由结点W=2

10

11

9

6=

6

计算自由度总结：W>0

缺少约束几何可变W=0

具最少约束不确定看是否全为必要约束W<0

有多余约束不确定必要约束是否足够多或多余约束足够少如何保证添加的约束为必要约束？我的约束和你一样多，怎么还能动？还有规则？怎样的？可动你没按规则来不可动当然有，

下讲分解不同约束布置方式的比较§2-3几何不变体系的组成规则2-3-1三个基本组成规则

IIIIAIIIIII(a)点-刚片规则

(b)两刚片规则

(c)三刚片规则IA二元体也称：二元体规则添加的均为必要约束：数目+布置方式1)约束布置不满足限定条件两链杆共线(b)铰与链杆共线(b)三铰共线约束共线的情况：瞬变体系——特殊的可变体系IA退化IAIIIIIIIIIIIIIIIIII扩展2)三规则间的关系铰接三角形法则2-3-2基本组成规则的推广(a)两刚片规则

(b)三刚片规则推广实铰虚铰IIIIIIIII另一表述IIIIII(a)三链杆交于一实铰：常变

(b)三链杆交于一虚铰：瞬变IIIIII(a)三链杆交于一实铰：常变

(b)三链杆交于一虚铰：瞬变约束布置方式不满足条件：瞬变体系常变体系三刚片规则虚铰无穷远的情况一铰无穷远:两平行链杆与其余两铰连线不平行IIIIIIIIIIIIIIIIII(b)两铰无穷远:两对平行链杆互不平行(c)三铰无穷远:三虚铰共线,几何可变§2-4几何组成分析方法及示例1)扩大刚片法找刚片,寻约束几何不变部分再找刚片套规则重复ABCDEFCDEFIII例2-11)扩大刚片法(续)例2-2III1232)撤除刚片法其余部分A可撤除刚片I刚片II其余部分可撤除刚片I可撤除其余部分撤除二元体(b)撤除一个刚片(c)撤除两个刚片例2-3可撤除A3)替代刚片法两铰替代(b)三铰替代其余部分刚片其余部分刚片例2-4IIIIII例2-5IIIIIIO12O23O31§2-5几何组成与静定性的关系静定性——反力和内力能否根据静力平衡条件确定的性质几何不变几何可变平面杆系无多余约束有多余约束常变体系瞬变体系1)无多余约束的几何不变体系(a)简支梁FPABFxAFyAFyBFPAB三约束力既不全平行也不全交于一点,可唯一确定.体系静力可确定——静定结构(b)梁受力图2)有多余约束的几何不变体系FPABFxAFyAFyBCFyCFPABFxAFyB未知约束力