结构力学-第二章-第三章1

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1)复链杆:若一个复链杆上连接了N个结点,则 该复链杆具有(2N-3)个约束,等于(2N-3)个链杆的 作用。 2)复铰:若一个复铰上连接了N个刚片,则该复 铰具有2(N-1)个约束,等于(N-1)个单铰的作用。
三、多余约束
在体系上加上或撤除某一约束并不改变原体系的 自由度数,则该约束就是多余约束。
第二章 平面体系的几何组成分析 §2-1 概 述
平面杆件结构,是由若干根杆件构成的能支承荷 载的平面杆件体系,而任一杆件体系却不一定能作 为结构。
本节内容:研究结构的组成规律和合理形式。 前提条件:不考虑结构受力后由于材料的应变而 产生的微小变形,即把组成结构的每根杆件都看作 完全不变形的刚性杆件。
3、课程研究的对象:平面杆件结构。 4、课程的任务:
结构的组成规律、合理形式; 结构在外因作用下的强度、刚度和稳定性(即平 面杆件结构在各种外因作用下的内力、位移的计算 原理和计算方法。暂不涉及稳定问题)。
§1-2 结构计算简图
1、结构计算简图的概念 2、结构计算简图的简化原则是:
1)计算简图要能反映实际结构的主要受力和变 形特点,即要使计算结果安全可靠;
二、简单规则应用要点 简单规则中的四个要素:刚片个数、约束个数、
约束方式、结论。 应用简单规则对体系进行几何组成分析的要点是:
紧扣规则。即,将体系简化或分步取为两个或三个 刚片,由相应的规则进行分析;分析过程中,规则 中的四个要素均要明确表达,缺一不可。
三、对体系作几何组成分析的一般途径
1、恰当灵活地确定体系中的刚片和约束 体系中的单个杆件、折杆、曲杆或已确定的几何
刚片中任一两点间的距离保持不变,既由刚片中 任意两点间的一条直线的位置可确定刚片中任一点 的位置。所以可由刚片中的一条直线代表刚片。
二、研究体系几何组成的任务和目的:
1、研究结构的基本组成规则,用及判定体系是否 可作为结构以及选取结构的合理形式。
2、根据结构的几何组成,选择相应的计算方法和 计算途径。
汇交于一点的杆端是用一个完全不变形的刚性结 点连结,形成一个整体。刚结点所连各杆端相互之 间的夹角不能改变。 3)组合结点(半铰):
刚结点与铰结点的组合体。
结构与支承物连接的简化: 以理想支座代替结构与其支承物(一般是大地)
之间的连结 。 1)活动铰支座:
允许沿支座链杆垂直方向的微小移动。沿支座链 杆方向产生约束力。 2)固定铰支座:
§2-3 平面体系的几何组成分析
一、几何不变体系的简单组成规则 规则一 (两刚片规则):(图2-3-1)
两个刚片用不全交于一点也不全平行的三根链杆 相连,组成无多余约束的几何不变体系。
或:两个刚片用一个单铰和杆轴不过该铰铰心的 一根链杆相连,组成无多余约束的几何不变体系。 *虚铰的概念:
虚铰是由不直接相连接的两根链杆构成的。虚铰 的两根链杆的杆轴可以平行、交叉,或延长线交于 一点。
不变体系,一般视为刚片。但当它们中若有用两个 铰与体系的其它部分连接时,则可用一根过两铰心 的链杆代替,视其为一根链杆的作用。
2、如果上部体系与大地的连接符合两个刚片的规 则,则可去掉与大地的约束,只分析上部体系。
3、通过依次从外部拆除二元体或从内部(基础、 基本三角形)加二元体的方法,简化体系后再作分 析。
会 中 越 来 越 缺少这 种“三 友”。 “ 三 友 ” 是什 么?“三 友”是 君子一 言,驷 马难追 的信义 ;是宁可 食无肉,不可 居 无 竹 的 超 凡脱俗 ;是文质 彬彬, 然后君 子的儒 雅修养 。人失 去“三 友”,即便拾
人 牙 慧 , 附 庸风雅 ,也便 不免落 入俗套 ,成为 俗
4、在连续杆(梁式杆)上加一个单铰,相当去 掉一个约束。
例2-3-5 对图示各体系作几何组成分析。
第二章 小 结
一、本章要求 1、了解几何不变体系、几何可变体系、瞬变体
系、刚片、体系的自由度、虚铰、约束及多余约束 的概念;
2、重点理解并掌握平面几何不变体系的简单组 成规则,并能灵活应用到对体系的分析中;
一、术语简介(图2-1-1) 1、 几何不变体系:在荷载作用下能保持其几何形 状和位置都不改变的体系称之。 2、几何可变体系:在荷载作用下不能保持其几何 形状和位置都不改变的体系称之。
3、刚片:假想的一个在平面内完全不变形的刚性 物体叫作刚片。在平面杆件体系中,一根直杆、折 杆或曲杆都可以视为刚片,并且由这些构件组成的 几何不变体系也可视为刚片。
当两个刚片是由有交汇点的虚铰相连时,两个刚 片绕该交点(瞬时中心,简称瞬心)作相对转动。
从微小运动角度考虑,虚铰的作用相当于在瞬时 中心的一个实铰wenku.baidu.com作用。
规则二 (三刚片规则): 三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰(可以
是虚铰)两两相连,组成无多余约束的几何不变体 系。
*铰接三角形规则(简称三角形规则): 平面内一个铰接三角形是无多余约束的几何不变
设备重量。 活载:暂时作用在结构上。如人群、风、雪
(在结构上可占有任意位置的可动荷载)及车辆、 吊车(在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷 载)。 2、按作用性质分类:
静力荷载:荷载由零加至最后值,且在加载过 程中结构始终保持静力平衡,即可忽略惯性力的影 响。
动力荷载:荷载(大小、方向、作用线)随时 间迅速变化,并使结构发生不容忽视的惯性力。 3、按与结构的接触分类:直接荷载,间接荷载。
连接构成。刚架杆件以受弯为主,所以又叫梁式构 件。
桁架:由若干直杆在两端用铰结点连接构成。桁 架杆件主要承受轴向变形,是拉压构件。
组合结构:由梁式构件和拉压构件构成。 拱:一般由曲杆构成。在竖向荷载作用下有水 平支座反力。
2、按计算方法分类: 静定结构, 超静定结构。
§1-4 荷载分类
1、按作用时间分类: 恒载:永久作用在结构上。如结构自重、永久
才 是 一 切 的 本源。 上 世 纪 20年 代 ,印度 诗人泰 戈尔访 华,徐 志摩与 林徽因 陪同, 当时的 报纸报 道 : 林 徽 因 人面桃 花,泰 戈尔仙 风道骨 ,长袍 长须, 加上郊 寒岛瘦 的徐志 摩,犹 如 苍 松 瘦 竹 春梅三 友图, 成绝世 佳品。 但是, 细细品 味之后 ,会发 现,我 们的社
§2-2 平面体系的自由度
一、 自由度的概念
体系可独立运动的方式称为该体系的自由度。 或表示体系位置的独立坐标数。
平面体系的自由度:用以确定平面体系在平面 内位置的独立坐标数。
(图2-2-2)上3所示,为平面内一根链杆AB, 其一端A和大地相连,显然相对于大地来说这根链 杆在平面内只有一种运动方式,即作绕A点转动, 所以该体系只有一个自由度。同时又可看到,如果 用链杆AB与水平坐标的夹角作为表示该体系运动 方式的参变量,即表示该体系运动中任一时刻的位 置,表示体系位置的参变量数与体系的自由度数也 是相等的。所以,该体系的自由度数为1个。
FNAB =FNAC =FP 2FNsina=FP FN =FP /(2 sina )
例2-3-2 对下列图示体系作几何组成分析(说明 刚片和约束的恰当选择的影响).
三、三个刚片的三个单铰有无穷远虚铰情况:
两个平行链杆构成沿平行方向上的无穷远虚铰。
三个刚片由三个单铰两两相连,若三个铰都有交 点,容易由三个铰的位置得出体系几何组成的结论 。当三个单铰中有或者全部为无穷远虚铰时,可由 分析得出以下依据和结论:
1、当有一个无穷远虚铰时,若另两个铰心的连 线与该无穷远虚铰方向不平行,体系几何不变;若 平行,体系瞬变。
2、当有两个无穷远虚铰时,若两个无穷远虚铰 的方向相互不平行,体系几何不变;若平行,体系 瞬变。
3、当有三个无穷远虚铰时,体系瞬变。
例2-3-3 对下列图示体系作几何组成分析。
例2-3-4 对图示各体系作几何组成分析。
第一章 复习
1、结构的概念:结构是在建筑物和构筑物中,起 主要受力、传力及支承作用的部分。
2、结构的分类(按构件的几何特征):杆件结构 (空间或平面)、薄壁结构(薄板、薄壳)、实 体结构。
丝 瓜 与 肉 豆, 形式与 内涵 丝 瓜 藤 蔓 与肉 豆茎须 长在了 一起, 小孩执 意要将 它们分 开,而 大人阻 止了小 孩 的 行 为 说 菜是为 了吃的 。对于 对任何 事都充 满好奇 的小孩 来说分 辨丝瓜 与肉豆 是 最 重 要 的 ,因为 他们想 还事情 一个真 相。而 对于只 重结果 的大人 来说, 能吃到 瓜 与 豆 才 是 最重要 的。此 处并非 是想要 讨论大 人与小 孩的问 题,只 是想借 而表达
大 人 与 小 孩 思维的 差别。 从 某 种 意 义上 来看若 视前者 为形式 而后者 则可以 视作是 内涵。 反复思 索这个 关 于 形 式 与 内涵的 问题之 后,又 回到“ 分辨” 与“吃 ”的问 题上来 。 若 将 这 个 问 题 放 到 柴 米油盐 的生活 之中来 说,我 们便会 由此想 到其实 形式并 不重要 ,内涵
体系。 以上三个规则可互相变换。之所以用以上三种不
同的表达方式,是为了在具体的几何组成分析中应 用方便,表达简捷。
规则三 (二元体规则): 二元体特性:在体系上加上或拆去一个二元体,
不改变体系原有的自由度数。
利用二元体规则简化体系,使体系的几何组成分 析简单明了。
例2-3-1 对下列图示各体系作几何组成分析 (简单 规则的一般应用方法)。
2)便于计算,即计算简图的简化程度要与计算 手段以及对结果的要求相一致。
3、结构计算简图的几个要点:
空间杆件结构的平面简化 杆件构件的简化:以杆件的轴线代替杆件;
杆件之间连接的简化:理想结点代替杆件与杆件 之间的连接。 1)铰结点:
汇交于一点的杆端是用一个完全无磨擦的光滑铰 连结。铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动, 即各杆端之间的夹角可任意改变。 2)刚结点:
四、有多余约束的几何不变体系:
拆除约束法:去掉体系的某些约束,使其成为无 多余约束的几何不变体系,则去掉的约束数即是体 系的多余约束数。
1、切断一根链杆或去掉一个支座链杆,相当去 掉一个约束;
2、切开一个单铰或去掉一个固定铰支座,相当 去掉两个约束;
3、切断一根梁式杆或去掉一个固定支座,相当 去掉三个约束;
平面内最简体系的自由度数:
一个点:在平面内运动完全不受限制的一个点有 2个自由度。
一个刚片:在平面内运动完全不受限制的一个刚 片有3个自由度。(图2-2-1)
二、约束概念 当对体系添加了某些装置后,限制了体系的某些
方向的运动,使体系原有的自由度数减少,就说这 些装置是加在体系上的约束。约束,是能减少体系 自由度数的装置。
第一篇 静定结构
静定结构的特性: 1、几何组成特性 2、静力特性 静定结构的内力计算依据静力平衡原理。
第三章 静定结构内力分析
§3-1 单 跨 静 定 梁
单跨静定梁的类型:简支梁、伸臂梁、悬臂梁 一、截面法求某一指定截面的内力
允许饶固定铰铰心的微小转动。过铰心产生任意 方向的约束力(分解成水平和竖直方向的两个力)。 3)固定支座:
不允许有任何方向的移动和转动,产生水平、竖 直及限制转动的约束力。
§1-3 杆件结构的分类
1、按结构的受力特点分类: 梁:由水平(或斜向)放置杆件构成。梁构件主
要承受弯曲变形,是受弯构件。 刚架:不同方向的杆件用结点(一般都有刚结点)
二、瞬变体系 的概念
1、瞬变体 系几何组成特 征:
在微小荷载 作用下发生瞬 间的微小的刚 体几何变形, 然后便成为几 何不变体系。
2、瞬变体系的静力 特性:
在微小荷载作用下 可产生无穷大内力。 因此,瞬变体系或接 近瞬变的体系都是严 禁作为结构使用的。
瞬变体系一般是总 约束数满足但约束方 式不满足规则的一类 体系,是特殊的几何 可变体系。
1、单约束(见图2-2-2) 连接两个物体(刚片或点)的约束叫单约束。
1)单链杆(链杆)(上图) 一根单链杆或一个可动铰(一根支座链杆)具
有1个约束。 2)单铰(下图)
一个单铰或一个固定铰支座(两个支座链杆) 具有两个约束。 3)单刚结点
一个单刚结点或一个固定支座具有3个约束。
2、复约束 连接3个(含3个)以上物体的约束叫复约束。
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