《概念结构力学》课件

概念结构力学结构力学的基本概念结构由多个构件组成的整体，用于承受外力和传递荷载。荷载作用在结构上的外力，包括重力、风力、地震力等。应力结构内部由于外力作用而产生的内力，表示单位面积上的内力。应变结构在荷载作用下产生的变形，表示长度变化与原长的比值。力和力的分解1力的合成多个力共同作用于物体2力的分解将一个力分解成多个力3力的平衡物体处于静止或匀速直线运动平面图形的支撑条件固定支座阻止物体沿任何方向移动，同时阻止物体旋转。铰支座阻止物体沿垂直于支撑面方向移动，但允许物体绕支撑点旋转。滚子支座只阻止物体沿垂直于支撑面方向移动，允许物体在支撑面上滚动。支撑反力的确定1平衡方程根据力的平衡原理，可以列出物体在水平和垂直方向上的平衡方程。2约束条件根据支撑的类型，可以确定约束力的大小和方向。3求解方程组联立平衡方程和约束条件，可以求解出支撑反力的值。杆件的内力分析1轴力杆件受到拉伸或压缩力的作用，产生的内力称为轴力。2剪力杆件受到横向力的作用，产生的内力称为剪力。3弯矩杆件受到弯曲力的作用，产生的内力称为弯矩。杆件的轴向内力1拉力杆件受到外力拉伸时产生的内力。2压力杆件受到外力压缩时产生的内力。3正应力轴向内力在杆件横截面上产生的应力。4轴向变形杆件在轴向内力作用下产生的变形。杆件的剪力剪力定义横截面上外力对截面形心之矩剪力方向与杆件轴线垂直剪力作用使杆件截面发生剪切变形杆件的弯矩定义弯矩是指作用在杆件上的力偶对截面的力矩，它反映了杆件横截面上的弯曲程度。计算弯矩可以通过对作用在杆件上的力偶求和来计算，并可采用不同的方法，例如截面法和积分法。杆件的应力分析应力定义杆件内部截面上，外力引起的内力在截面面积上的分布，称为应力。正应力垂直于截面的应力，也称为法向应力，通常用σ表示。切应力平行于截面的应力，也称为剪应力，通常用τ表示。材料的力学性能强度材料抵抗破坏的能力，通常用抗拉强度或屈服强度表示。刚度材料抵抗变形的能力，通常用弹性模量表示。韧性材料在断裂前吸收能量的能力，通常用冲击韧性表示。塑性材料在断裂前发生永久变形的能力，通常用延伸率表示。应力和变形的关系1弹性材料在受力后发生形变，当外力撤销后，材料恢复到原状2塑性材料在受力后发生形变，当外力撤销后，材料不能完全恢复到原状3强度材料在断裂前所能承受的最大应力杆件的承载力分析材料强度材料的强度是其抵抗断裂或屈服的能力。截面尺寸杆件的截面尺寸影响其承受载荷的能力。载荷类型不同的载荷类型会导致不同的应力分布。安全系数安全系数用于确保结构在设计载荷下不会失效。断面设计的基本原理强度确保结构能够承受预期载荷，防止发生断裂或过大变形。刚度控制结构的变形，防止过大的挠度和振动，确保结构的稳定性。稳定性确保结构在荷载作用下不发生失稳，例如侧向屈曲或整体失稳。板和壳的概念板是一种二维结构，它具有较大的平面尺寸，但厚度远小于其平面尺寸。板通常用于覆盖建筑物的屋顶、地板和墙壁。壳是一种三维结构，它具有弯曲的表面，可以承受来自各个方向的载荷。壳通常用于建造大型建筑、桥梁和水库。板和壳的应力分析薄板结构板和壳通常用于建筑和工程中，它们的厚度远小于其他两个维度的尺寸。弯曲应力当板或壳承受外力时，它们会发生弯曲，从而产生弯曲应力。剪切应力板和壳也会受到剪切力的影响，导致剪切应力，这种应力会导致板或壳变形。应力集中板和壳中孔洞、切口等几何形状的变化会造成应力集中，需要在设计中进行考虑。板和壳的变形分析板的变形板的变形主要包括弯曲变形和扭转变形。壳的变形壳的变形则更加复杂，包括弯曲变形、扭转变形和拉伸变形。桁架的分析与设计结构分析桁架由杆件组成，杆件之间通过铰接连接，形成三角形结构。结构分析主要通过力学原理分析每个杆件的受力情况，以及桁架的整体稳定性。节点力法通过节点力法，可以求解每个节点的受力，进而确定每个杆件的内力。节点力法适用于桁架的静力分析。杆件尺寸设计根据杆件的内力，以及材料的力学性能，可以确定杆件的尺寸，保证杆件能够承受所受的力。连接设计桁架的连接需要保证杆件之间的连接强度，以及整体的结构稳定性。薄壁结构的分析与设计1稳定性薄壁结构易发生失稳，需进行稳定性分析2强度薄壁结构应满足强度要求3刚度薄壁结构应满足刚度要求钢结构设计的基本原理钢结构的强度和韧性高钢结构的重量轻钢结构的施工速度快木结构设计的基本原理材料特性木材是一种天然材料，具有高强度、低密度和良好的可加工性等特点，适合用于建筑结构。结构形式木结构设计通常采用梁、柱、桁架等形式，可根据不同的荷载和建筑要求选择合适的结构体系。连接方式木结构的连接方式主要包括钉接、螺栓连接、胶合板连接等，需要根据实际情况选择合适的连接方法。混凝土结构设计的基本原理强度混凝土结构应具有足够的强度来承受各种载荷，包括自重，活载和风载等。在设计时需要考虑混凝土的强度等级和安全系数。刚度混凝土结构应具有足够的刚度以防止过大的变形和振动。在设计时需要考虑混凝土的弹性模量和刚度系数。耐久性混凝土结构应具有足够的耐久性以抵抗各种环境因素的侵蚀，例如水、化学物质和温度变化等。经济性混凝土结构设计应满足经济性要求，以确保最佳的成本效益。在设计时需要考虑材料成本、施工成本和维护成本等因素。预应力结构设计的基本原理提高承载力通过预应力，结构能够承受更大的荷载，延长使用寿命。减少裂缝预应力可以有效控制混凝土的开裂，提高结构的耐久性。减轻自重预应力结构可以采用更少的材料，减轻结构的自重，降低成本。结构分析中的数值方法利用计算机进行数值计算，求解结构的应力、变形和稳定性。将结构离散化为有限个单元，建立方程组求解。以图形方式展示分析结果，便于理解和分析。有限元方法的基本原理离散化将连续结构离散为有限个单元，每个单元由节点连接。近似解利用节点位移和应力等参数来近似求解结构的变形和内力。数值计算通过建立方程组，并运用计算机进行数值计算，得到结构的解。计算机在结构分析中的应用1提高效率计算机可以快速处理大量数据，从而节省了大量人力和时间。2增强精度计算机可以进行复杂的数值计算，从而获得更准确的结果。3扩展应用计算机可以进行非线性分析、随机分析等高级分析，为结构设计提供更可靠的依据。工程实例分析通过实际工程案例，深入理解结构力学原理在实际工程中的应用。案例分析包括：桥梁、建筑、隧道、水坝等。分析内容包括：结构设计、材料选择、施工技术、安全评估等。结构设计的新趋势可持续发展节能环保材料和技术，降低碳排放。数字化设计运用BIM、AI等技术，提高效率，降低成本。智能建造机器人和自动化技术，提高安全性，降低劳动强度。结构设计的未来发展智能化设计人工智能和机器学习将在结构设计中发挥越来越重要的作用，帮助工程师优化结构性能并提高设计效率。可持续发展未来结构设计将更加注重环境保护，采用低碳环保材料和节能设计理念。数字化建造数字化