结构力学

(3)固定端支座 )
图1-5
作用: 作用:不允许结构在支承处发生任何移动和转动. 反力:大小,方向,作用点均未知. 反力:大小,方向,作用点均未知. 表示: 水平反力H 竖相反力V 表示 水平反力 A,竖相反力 A,反力 偶MA.
4)滑动支座 (也称定向支座,平行双链杆座) ) 也称定向支座,平行双链杆座) 表示: 表示:
结力与其它课程的关系 结力是一门技术基础课,数学,理力, 结力是一门技术基础课,数学,理力,材 是学习结构力学的先修课程; 力等 是学习结构力学的先修课程; 后续课程为:结构设计原理,桥梁,隧道, 后续课程为:结构设计原理,桥梁,隧道, 房建等. 房建等.结构力学为后续课程提供必要的理论基 础和计算方法. 础和计算方法.
简化计算时取铰结点联结; 简化计算时取铰结点联结; 精确计算时取刚结点联结. 精确计算时取刚结点联结.
例:排架的立柱与基础联结如图: 排架的立柱与基础联结如图:
图1-10
材料1, 若用细石砼 简化为固定端支座 若用细石砼, 固定端支座. 材料 ,2若用细石砼, 简化为固定端支座. 材料1 用细石砼, 用沥青麻丝 简化为固定铰支座 固定铰支座. 材料 用细石砼,2用沥青麻丝 ,简化为固定铰支座.
例:图1-1 图1-1 杆件简化:用轴线代替了杆件. 杆件简化:用轴线代替了杆件. 荷载简化:重物——看作集中荷载. 看作集中荷载. 荷载简化:重物 看作集中荷载 自重——看作均布荷载. 看作均布荷载. 自重 看作均布荷载 支座简化: 支座简化: 考虑到支承面有摩擦,梁不能左右移动, 考虑到支承面有摩擦,梁不能左右移动,但 受热膨胀时可伸长,将一端视为固定铰支座, 受热膨胀时可伸长,将一端视为固定铰支座,另 一端视为活动铰支座. 一端视为活动铰支座.
如:钢桁架
构造:把各杆焊接在结点板上, 构造:把各杆焊接在结点板上,各杆端不能相 对转动,但桁架中杆件主要承受轴力, 对转动,但桁架中杆件主要承受轴力,所以计 算时仍然简化为铰结点.这样考虑, 算时仍然简化为铰结点.这样考虑,引起的误 差一般是允许的. 差一般是允许的.
如:钢筋砼屋架: 钢筋砼屋架:
1.3结构的计算简图 结构的计算简图 (1) 计算简图 计算简图——简化了的代替原结构的计算 简化了的代替原结构的计算 图示. 图示. (2) 简化原则 简化原则——从实际出发,表现主要特 从实际出发, 从实际出发 略去次要因素. 点,略去次要因素. (3) 简化内容 简化内容——荷载简化,杆件简化,支座 荷载简化, 荷载简化 杆件简化, 和结点简化
(2)按位置是否变化分 按位置是否变化分
固定荷载: 雪等. 固定荷载:如:恒载,某些活载,风,雪等. 恒载,某些活载, 移动荷载: 移动荷载:如:列车,汽车, 吊车,人群等. 列车,汽车, 吊车,人群等.
静力荷载 (3).按产生动力效应大小分 . 动力荷载 静力荷载—— 指荷载的大小,方向和位置不随 指荷载的大小, 静力荷载 时间变化或变化很缓慢的荷载, 时间变化或变化很缓慢的荷载,不至于使结构 产生显著的加速度,可以略去惯性力的影响. 产生显著的加速度,可以略去惯性力的影响. 自重,其他恒载等. 如:自重,其他恒载等. 指随时间迅速变化的荷载, 动力荷载 ——指随时间迅速变化的荷载,会 指随时间迅速变化的荷载 引起结构振动,产生不容忽视的加速度, 引起结构振动,产生不容忽视的加速度,必须 考虑惯性力的影响. 考虑惯性力的影响. 如:打桩机的冲击荷载,动力机械产生的振动 打桩机的冲击荷载, 荷载, 地震产生的随机荷载…… 荷载,风,地震产生的随机荷载
1.6 结构力学的学习方法 (1).注意结构力学与其它课程的关系. 注意结构力学与其它课程的关系. 注意结构力学与其它课程的关系 对高数,理力, 对高数,理力,材力根据个人实际情况进行 必要的复习,并在运用中得到巩固和提高. 必要的复习,并在运用中得到巩固和提高. (2).注意理论联系实际 注意理论联系实际 从解决工程实际问题的角度来看,结力内容分 从解决工程实际问题的角度来看, 三部分: 三部分: 1)将实际结构简化为计算简图; )将实际结构简化为计算简图; 2)研究各种计算简图的计算方法; )研究各种计算简图的计算方法; 3)将计算结果运用于实际结构的设计和施工. )将计算结果运用于实际结构的设计和施工.
(4).按分布情况分 按分布情况分 分布荷载: 分布荷载: 面荷载 (KN/m2) ) 线荷载 ( KN/m) ) 集中荷载: 集中荷载: 点荷载 (KN) ) (5).其它 . 温度变化,支座移动,制造误差,砼收缩, 温度变化,支座移动,制造误差,砼收缩, 砼徐变等也会引起结构产生内力或位移, 砼徐变等也会引起结构产生内力或位移,广义 地讲,这些因素也可视为静力荷载. 地讲,这些因素也可视为静力荷载.
结构力学的研究对象: 结构力学的研究对象:主要是杆件结构 平面结构 杆件结构分: 杆件结构分: 空间结构. 空间结构. 结构力学的任务: 结构力学的任务: (1) 研究结构在载荷,温度变化,支座移动 ) 研究结构在载荷,温度变化, 等因素影响下的内力计算及位移计算. 等因素影响下的内力计算及位移计算. (2) 研究结构的稳定性计算,以及动力荷载 ) 研究结构的稳定性计算, 作用下结构的动力反应. 作用下结构的动力反应. (3) 研究结构的组成规则和合理形式等问题. ) 研究结构的组成规则和合理形式等问题.
(2).杆件结构按受力特征分: .杆件结构按受力特征分: 1)梁: 属于受弯杆件,梁轴线一般为直线. 梁 属于受弯杆件,梁轴线一般为直线. 梁的种类: 梁的种类:
图1-11
2) 拱: 轴线为曲线,在竖向荷载作用下产 ) 轴线为曲线, 生水平反力 拱结构的弯矩与跨度, 弯矩与跨度 拱结构的弯矩与跨度,荷载相同的梁相 比小得多. 比小得多. 常见的拱结构: 常见的拱结构:
图1—12
3) 刚架: 刚架:
直杆组成,具有刚结点( 直杆组成,具有刚结点(至少有一个 刚结点)如图 刚结点)如图1-13(a)所示 ( )
刚架
图1-13
排架
4)桁架: 由直杆组成,所有结点均为铰结点. )桁架: 由直杆组成,所有结点均为铰结点. 集中力作用在结点上时, 集中力作用在结点上时,杆件只产生轴力
1.5 结构的分类 (1).按几何特征分: .按几何特征分: 杆件结构,薄壁结构, 杆件结构,薄壁结构,实体结构 杆件结构:长度远大于其他两个尺度( 杆件结构:长度远大于其他两个尺度(高 ,宽) 如梁. 如梁. 薄壁结构:厚度远小于其它两个尺度( 薄壁结构:厚度远小于其它两个尺度(长,宽) 如:板,壳 实体结构:三个方向的尺度相近如:大坝, 实体结构:三个方向的尺度相近如:大坝,重力 式挡土墙
1.1结构力学的研究对象和任务 结构力学的研究对象和任务
结构——在建筑物或构筑物中用来承受荷载而起 在建筑物或构筑物中用来承受荷载而起 结构 骨架作用的部分. 骨架作用的部分. 桥梁,隧道,房屋, 水池, 如: 桥梁,隧道,房屋,塔 架,挡土 墙,水池, 水坝等 .
1.1.1结构力学的研究对象 结构力学的研究对象
计算简图
作用:结构在支承处不能转动, 作用:结构在支承处不能转动,不能沿垂直于 支承面的方向移动,但可沿支承面方向滑动. 支承面的方向移动,但可沿支承面方向滑动. 反力: 反力:一个垂直于支承面的力和一个力偶 应用:利用结构的对称性,取一半结构计算时, 应用:利用结构的对称性,取一半结构计算时,机动 法作影响线时应用, 法作影响线时应用,实际结构不常见.
材料力学,结构力学,弹性力学共同研究的问题是: 材料力学,结构力学,弹性力学共同研究的问题是: 对结构进行强度,刚度,稳定性计算. 对结构进行强度,刚度,稳定性计算.
大概分工是: 大概分工是:
材力研究:单个杆件的计算. 材力研究:单个杆件的计算. 结力研究:由杆件所组成的结构. 结力研究:由杆件所组成的结构. 弹力研究:对杆件作更精确的分析, 弹力研究:对杆件作更精确的分析, 并研 究板, 块体等非杆状结构. 究板,壳,块体等非杆状结构.
课程的性质和任务: 课程的性质和任务
本课程是土建专业的一门主要技术基础课, 本课程是土建专业的一门主要技术基础课, 任务是: 本课程的任务是 本课程的任务是 在学习理论力学和材料 力学等课程的基础上进一步掌握杆件结构的计 算原理和方法, 算原理和方法, 了解各类结构的受力性能, 了解各类结构的受力性能, 为学 习有关专业课程及进行结构设计和科学研究打 好力学基础. 好力学基础. 培养学生进行结构分析与计算方面的能力. 培养学生进行结构分析与计算方面的能力.
(5) 结点:结构中杆件相互联结处称为结点 ) 结点: 1)铰结点:特征--各杆可绕结点中心自由转动. )铰结点:特征 2)刚结点:特征--各杆端之间不能发生任何相对转 )刚结点:特征
动,结构变形时各杆端切线之间夹角保持不变. 结构变形时各杆端切线之间夹角保持不变. 例:木屋架端结点的构造,其各杆端不能绕结点任意转 木屋架端结点的构造, 但由于联结不可能很严密,牢固, 动,但由于联结不可能很严密,牢固,因而杆件之间有 发生相对微小转动的可能,所以简化为铰结点. 发生相对微小转动的可能,所以简化为铰结点.
与可动铰支座的区别: (2)固定铰支座 (与可动铰支座的区别:无辊轮 ) 与可动铰支座的区别 无辊轮)
固定铰支座
图1-4
计算简图
作用:只允许结构绕铰 转动 不能作水平, 转动,不能作水平 作用:只允许结构绕铰A转动 不能作水平,竖向移 动. 反力: 过铰A中心 但大小,方向未知. 中心, 反力:RA过铰 中心,但大小,方向未知. 用水平, 用水平,竖向两个分反力表示 ( HA, VA).
1.4 支座和结点的类型(限于平面结构) 支座和结点的类型(限于平面结构)
支座——把结构与基础联系起来的装置称为 把结构与基础联系起来的装置称为 支座 支座. 支座. 支座的作用——传递荷载,固定结构的位置. 传递荷载,固定结构的位置. 支座的作用 传递荷载
(1)活动铰支座 )
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(a)
辊轴支座
摇轴支座
(3).按杆轴线和外力的空间位置分: 按杆轴线和外力的空间位置分: 按杆轴线和外力的空间位置分 平面结构——各杆轴线,外力均在同一平面内 各杆轴线, 平面结构 各杆轴线 空间结构——各杆轴线,外力均不在同一平面内 各杆轴线, 空间结构 各杆轴线 (4).按内力是否静定分: 按内力是否静定分: 按内力是否静定分 静定结构——全部反力和内力都可由静力平衡条 全部反力和内力都可由静力平衡条 静定结构 件确定. 件确定. 超静定结构——只靠平衡条件不能确定全部反力 超静定结构 只靠平衡条件不能确定全部反力 和内力, 和内力,必须考虑变形条件才能 确定. 确定.
5) )
组合结构: 组合结构: 由受弯杆件与链杆组成的结构.
如:梁与桁架组合,刚架与桁架组合.图1-14. 梁与桁架组合,刚架与桁架组合. .
图1-14
6)悬索结构: )悬索结构:
主要承重构件是悬挂在塔, 主要承重构件是悬挂在塔, 柱上的缆索. 柱上的缆索.
索:只受轴向拉力,可充分发挥钢材的强 只受轴向拉力, 自重轻, 度,自重轻,可跨越很大跨度
弧形支座
图1-3
计算简图
(a)
辊轴支座
摇轴支座
弧形支座
计算简图
作用: 作用:限制结构沿垂直于支承面方向的移动 . 反力: 反力:只承受垂直于支承面方向的反力 . RA通过铰A中心,并与支承面垂直,但大 通过铰 中心,并与支承面垂直, 中心 小和指向未知. 小和指向未知.
一般情况下,跨度大于 的桥梁, 一般情况下,跨度大于20~25m的桥梁,用辊轴 的桥梁 支座; 跨度小时,用摇轴支座或弧形支座. 支座; 跨度小时,用摇轴支座或弧形支座.
1.2 荷载分类 荷载——是作用在结构上的主动力. 是作用在结构上的主动力. 荷载 是作用在结构上的主动力 (1) 按作用时间久暂分
恒载:长期作用在结构上的不变荷载. 自重, 恒载:长期作用在结构上的不变荷载.如:自重,土 压力等. 压力等. 活载:暂时作用在结构上的,大小 或位置 可以改 活载:暂时作用在结构上的, 列车,人群, 雪等. 变的 荷载 .如:列车,人群,风 ,雪等.