土木工程力学结构的计算简图及分类

关于土木工程力学结构的计算简图及分类22024/4/29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第2页,共60页，2024年2月25日，星期天32024/4/29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第3页,共60页，2024年2月25日，星期天42024/4/29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第4页,共60页，2024年2月25日，星期天52024/4/29一、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第5页,共60页，2024年2月25日，星期天62024/4/292

受力图

画受力图的步骤①选研究对象，画脱离体图；②首先画上主动力；③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；④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。第6页,共60页，2024年2月25日，星期天72024/4/29一、结构的计算简图第7页,共60页，2024年2月25日，星期天82024/4/29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、结构的计算简图建筑结构第8页,共60页，2024年2月25日，星期天92024/4/29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、结构的计算简图第9页,共60页，2024年2月25日，星期天102024/4/29实际结构简化的过程计算简图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荷载的简化第10页,共60页，2024年2月25日，星期天112024/4/29结构体系的简化31空间结构平面结构框架结构第11页,共60页，2024年2月25日，星期天122024/4/29排架结构空间结构平面结构第12页,共60页，2024年2月25日，星期天132024/4/29杆件的简化32——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。第13页,共60页，2024年2月25日，星期天142024/4/29杆件的简化32——以轴线（粗实线）表示柱基础屋架实例1--屋架第14页,共60页，2024年2月25日，星期天152024/4/29杆件的简化32——以轴线（粗实线）表示柱第15页,共60页，2024年2月25日，星期天162024/4/29两铰刚架实例2—刚架杆件的简化32——以轴线（粗实线）表示第16页,共60页，2024年2月25日，星期天172024/4/29三铰刚架实例3—刚架杆件的简化32——以轴线（粗实线）表示第17页,共60页，2024年2月25日，星期天182024/4/29节点杆件之间的连接杆件与基础的连接支座杆件间连接的简化33——节点的简化第18页,共60页，2024年2月25日，星期天192024/4/29杆件间连接的简化33——节点的简化节点的类型：⑴铰节点⑵刚节点第19页,共60页，2024年2月25日，星期天202024/4/29杆件间连接的简化33——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。第20页,共60页，2024年2月25日，星期天212024/4/29杆件间连接的简化33——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。第21页,共60页，2024年2月25日，星期天222024/4/29杆件间连接的简化33——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。第22页,共60页，2024年2月25日，星期天232024/4/29杆件间连接的简化33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——节点的简化第23页,共60页，2024年2月25日，星期天242024/4/29杆件间连接的简化33——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第24页,共60页，2024年2月25日，星期天252024/4/29刚节点不能相对移动和转动可以传递力和弯矩杆件间连接的简化33——节点的简化第25页,共60页，2024年2月25日，星期天262024/4/29杆件间连接的简化33——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。第26页,共60页，2024年2月25日，星期天272024/4/29杆件间连接的简化33——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。第27页,共60页，2024年2月25日，星期天282024/4/29结构与基础间连接的简化34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——支座的简化第28页,共60页，2024年2月25日，星期天292024/4/29可动铰支座Fy第29页,共60页，2024年2月25日，星期天302024/4/29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。固定铰支座第30页,共60页，2024年2月25日，星期天312024/4/29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第31页,共60页，2024年2月25日，星期天322024/4/29预制钢筋混凝土柱插入杯形基础的两种施工方法第32页,共60页，2024年2月25日，星期天332024/4/29结构与基础间连接的简化34——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。第33页,共60页，2024年2月25日，星期天342024/4/29结构与基础间连接的简化34——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。第34页,共60页，2024年2月25日，星期天352024/4/29结构与基础间连接的简化34——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。第35页,共60页，2024年2月25日，星期天362024/4/29结构与基础间连接的简化34——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。第36页,共60页，2024年2月25日，星期天372024/4/29结构与基础间连接的简化34——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。↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q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。第37页,共60页，2024年2月25日，星期天382024/4/29结构与基础间连接的简化34——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。↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q第38页,共60页，2024年2月25日，星期天392024/4/29荷载的简化35体积力表面力——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。第39页,共60页，2024年2月25日，星期天402024/4/29↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓l结构的计算简图举例第40页,共60页，2024年2月25日，星期天412024/4/29二、荷载的分类及计算第41页,共60页，2024年2月25日，星期天422024/4/29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第42页,共60页，2024年2月25日，星期天432024/4/29依据荷载作用时间的久暂31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、荷载的分类及计算第43页,共60页，2024年2月25日，星期天442024/4/29依据荷载作用时间的久暂31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）第44页,共60页，2024年2月25日，星期天452024/4/29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

。第45页,共60页，2024年2月25日，星期天462024/4/29依据在结构上的分布情况32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、荷载的分类及计算第46页,共60页，2024年2月25日，星期天472024/4/29依据在结构上的分布情况32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：①体分布荷载；②面分布荷载；③线分布荷载。第47页,共60页，2024年2月25日，星期天482024/4/29吊车梁上的荷载吊车梁牛腿吊车轮第48页,共60页，2024年2月25日，星期天492024/4/29依据荷载的作用性质33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。第49页,共60页，2024年2月25日，星期天502024/4/29三、平面杆系结构的分类第50页,共60页，2024年2月25日，星期天512024/4/29——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梁31第51页,共60页，2024年2月25日，星期天522024/4/29梁31第52页,共60页，2024年2月25日，星期天532024/4/29刚架32由直杆组成，各杆主要受弯曲变形。其节点通常为刚节点。第53页,共60页，2024年2月25日，星期天