《静定结构总论》课件VIP

静定结构总论静定结构是指结构中各部分的内力可以直接用静力平衡方程求解的结构。本课程将深入探讨静定结构的基本概念、分析方法和应用。概述11.定义静定结构是结构力学的重要组成部分，也是工程实践中应用广泛的结构形式。22.特征静定结构的受力状态可以通过平衡方程直接求解，不需要考虑结构的变形，因此计算简单。33.应用静定结构广泛应用于桥梁、建筑、机械等领域，例如桁架桥、钢结构厂房等。44.重要性了解静定结构的定义、特点、分析方法等，对于理解结构力学的基础知识至关重要。静定结构的定义定义静定结构是指结构中所有未知力都可以通过平衡方程和几何关系直接求解的结构，无需考虑结构的变形和内力关系。特点静定结构具有明确的几何约束和静力平衡关系，其结构形式简单，分析计算相对容易，且受力状态清晰。分类常见的静定结构包括桁架结构、拱形结构、吊杆结构、平板结构等，它们在工程领域中具有广泛应用。静定结构的特点结构简单静定结构的结构形式通常比较简单，易于设计和建造。计算精确静定结构的内力可以通过简单的平衡方程精确计算。稳定性高静定结构的稳定性较好，不易发生失稳现象。静定结构的分类按结构形式分类静定结构可分为桁架结构、拱形结构、吊杆结构、平板结构、框架结构等。按受力特点分类静定结构可分为平面静定结构和空间静定结构，分别对应二维和三维空间。静定结构受力原理1外力作用于结构上的力2内力结构内部产生的力3变形结构在力的作用下产生的变化4平衡结构在力的作用下保持静止静定结构受力原理基于牛顿定律和材料力学原理。外力作用于结构，产生内力，导致结构变形，最终达到平衡状态。结构的变形取决于材料性质和外力大小，平衡状态意味着结构不会发生移动或旋转。力的传递过程外力作用外力作用于结构，例如建筑物的重量或风力。支座反力结构通过支座将外力传递给基础，产生支座反力。构件内力支座反力通过构件内部传递，形成构件内力，例如轴力、剪力、弯矩。应力应变构件内力在构件内部产生应力，引起构件变形，产生应变。平衡状态最终，结构达到平衡状态，外力与内力相互平衡，结构保持稳定。静定结构的分析方法力学模型将实际结构简化为力学模型，方便计算分析。平衡方程根据力的平衡原理，建立平衡方程求解未知力。截面法通过截取构件，分析截面上的内力，求解结构内力。虚拟功原理利用虚拟功原理，求解结构的位移或内力。支座反力的计算计算静定结构的支座反力是结构分析的第一步，也是基础。支座反力是支座对结构的反作用力，是结构平衡的必要条件。3平衡方程静力学基本方程1力矩平衡对任意一点求力矩和为零2力平衡所有外力和支座反力之和为零构件内力的计算计算静定结构构件内力是结构分析中的重要步骤。内力是指构件内部各部分之间相互作用的力，可以分为轴力、剪力和弯矩。通过对构件内力的计算，可以判断结构是否安全，以及构件在荷载作用下的应力和变形情况。静定结构的稳定性结构稳定性静定结构的稳定性是指结构在受外力作用时，能够保持其平衡状态，不发生倾覆、倒塌或失稳变形。平衡条件结构的稳定性取决于其所受外力与内力的平衡状态。支座约束支座约束提供必要的反力，以抵抗外力作用并保持结构稳定。静定结构的应用桥梁许多桥梁采用静定结构设计，如桁架桥，确保结构稳定和安全。建筑静定结构在建筑中广泛应用，尤其在钢结构建筑中，确保建筑结构的稳定和承载能力。起重机起重机臂架通常采用静定结构，以保证起重机在工作状态下保持稳定和安全。桁架结构桁架结构是一种由杆件组成的结构形式，杆件之间通过铰接连接，形成三角形网格。桁架结构具有强度高、重量轻、跨度大、施工简便等优点。桁架结构广泛应用于建筑、桥梁、电力线路、工业厂房等领域。例如，屋顶桁架、桥梁桁架、起重机桁架等。拱形结构拱形结构是一种常见的静定结构形式。它通过拱券的曲线形状来传递荷载，将水平推力转化为竖向压力，从而提高结构的整体稳定性。拱形结构应用广泛，例如桥梁、建筑、隧道等。其优缺点明显，承载能力强，抗震性能好，但施工难度较大，需要精准的设计和施工技术。吊杆结构吊杆结构由吊杆和支撑系统组成，通过吊杆将荷载传递到支撑系统，广泛应用于建筑、桥梁和工业设施中。吊杆结构的主要特点是灵活，可调节长度和角度，方便安装和拆卸，适应各种复杂地形和施工条件。平板结构平板结构是一种广泛应用于建筑、桥梁和工业设施的静定结构。平板结构通常由钢筋混凝土制成，具有高强度、高刚度和耐久性。它们通常用于跨越较短距离，并且可以承受各种荷载，包括集中荷载、分布荷载和风荷载。平板结构的常见类型包括平屋顶、楼板和桥面。它们可以是平面的，也可以是弯曲的，具体取决于设计要求。平板结构的施工相对简单，成本效益高，使其成为许多工程项目的理想选择。框架结构框架结构是主要由梁和柱组成的承重结构体系，它通过梁柱连接形成刚性的空间框架，可以承受各种荷载。框架结构具有较好的抗震性能和空间刚度，适用于各种建筑类型，如高层建筑、工业厂房、住宅等。影响静定结构性能的因素材料强度材料的强度和刚度直接影响结构的承载能力和变形性能。几何形状结构的几何形状会影响其受力状态和变形方式，进而影响结构的稳定性和抗震性能。荷载类型荷载的类型、大小和分布方式都会影响结构的应力分布和变形。环境因素温度、湿度、风荷载等环境因素会影响结构的材料性能和受力状态。承载能力静定结构承载能力材料强度构件截面尺寸结构形式支座条件静定结构承载能力取决于材料强度、构件截面尺寸、结构形式和支座条件。变形静定结构在荷载作用下会产生变形，变形的大小取决于荷载的大小、材料的性质以及结构的几何形状。常见的变形形式包括：弯曲变形、拉伸变形、压缩变形、剪切变形和扭转变形。变形会影响结构的稳定性和使用性能，因此需要在设计时进行控制。振动静定结构在受到外力作用下，会发生振动。振动的频率和幅度会受到结构本身的特性和外力因素的影响。振动可能会导致结构疲劳、破坏甚至倒塌，因此需要在设计阶段考虑振动问题，并采取相应的措施来减轻或消除振动。100Hz频率振动频率越高，结构受到的冲击力就越大。0.1mm幅度振动幅度越大，结构的变形量就越大。静定结构的设计1荷载分析确定结构承受的荷载类型和大小2结构分析计算结构的内力和变形3构件验算根据规范要求进行强度和稳定性验算4接头设计设计连接不同构件的节点设计静定结构需要考虑荷载分析、结构分析、构件验算、接头设计等方面。荷载分析确定结构承受的荷载类型和大小，结构分析计算结构的内力和变形，构件验算根据规范要求进行强度和稳定性验算，接头设计设计连接不同构件的节点。荷载分析荷载类型静定结构承受多种荷载，包括恒载、活载、风荷载、地震荷载等。恒载指结构自身重量及固定设备重量，活载指使用过程中变化的荷载。荷载作用方式荷载作用方式分为集中荷载、分布荷载、线荷载、面荷载等。集中荷载作用于一点，分布荷载作用于一定区域，线荷载作用于一根线上，面荷载作用于一个面上。结构分析力学模型建立静定结构的力学模型，简化分析过程，并为计算提供基础。平衡方程根据力的平衡原理，建立静力平衡方程组，以确定结构中各部分的受力情况。内力计算利用平衡方程和结构几何关系，计算结构中各杆件的内力，包括轴力、剪力、弯矩等。构件验算强度验算确保构件能够承受设计荷载而不发生破坏。稳定性验算保证构件在荷载作用下不发生失稳。刚度验算控制构件的变形在允许范围内，确保结构的整体稳定性。连接验算检验构件连接的强度和可靠性，防止因连接失效导致结构整体破坏。接头设计连接强度确保连接强度满足结构受力要求，防止接头失效。刚度接头应具有足够的刚度，防止过度变形影响结构整体稳定性。易于施工接头设计应考虑施工便捷性，方便现场安装和维护。经济性选择合适的连接方式和材料，控制成本。支座设计11.支座类型选择根据结构的类型、荷载和边界条件选择合适的支座类型，例如固定支座、铰支座或滑动支座。22.支座承载力支座承载力应满足结构的荷载要求，避免支座过早失效或破坏。33.支座刚度支座的刚度会影响结构的整体刚度和变形，需根据结构性能要求进行设计。44.支座构造支座的构造应便于施工和维护，并保证支座的稳定性和耐久性。静定结构的优缺点优点结构简单，易于计算。建造和维护成本相对较低。缺点抵抗荷载能力有限。对于复杂结构，可能难以满足设计要求。适用性适用于跨度较小、荷载较轻的结构。在某些情况下，可以考虑使用组合结构。