结构受力分析.ppt
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受力分析受力图ppt
一、受力分析 解决力学问题时，首先要选定需要进行研
究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条 件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的 受力情况，这个过程称为物体的受力分析。
作用在物体上的力有：
主动力：如重力，风力，气体压力等。
被动力：即约束反力。
二、受力图
研究对象： 我们把所研究的物体称为研究对象。
G
FCB C
B
FBA’
解： 1. 杆AB的受力图。
FAB
A
2. 杆BC 的受力图。
FBC’
B
B
FBA’
FCB C
3. 滑轮B ( 不带销钉）的受力图。
FBy
F2
B
FBx
F1
4. 滑轮B ( 带销钉）的受力图。
F2
FBA
B
30o
60o
FBC
F1
受力图的作图步骤：
1、根据题意确定研究对象：将研究对象从结 构中分离出来，单独画出其简单轮廓图形。
分离体（隔离体）： 解除周围约束后所得的自由物体。
受力图： 在分离体上画上它所受的全部主动力和约束
反力，就称为该物体的受力图。 内力与外力：
如果所取的分离体是由某几个物体组成的物体 系统时，通常将系统外物体对物体系统的作用力称 为外力；而系统内物体间相互作用的力称为内力。
三、单个物体的受力图
画物体受力图主要步骤为： ① 选研究对象； ② 取分离体； ③ 画主动力； ④ 画约束反力。
铰链约束反力：大小未定，方向假设。
Fx Fy
圆柱铰链在工程上的运用： 链杆约束、固定铰链支座、 可动铰链支座、 固定支座、定向支座等。
⑴ 链杆约束：
R 组成：两端用光滑圆柱铰链连接物体而中间不受力。 约束特点：限制物体沿链杆中心线运动。 约束反力：大小及方向均未定，作用线在链杆
究的物体，即选择研究对象；然后根据已知条 件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的 受力情况，这个过程称为物体的受力分析。
作用在物体上的力有：
主动力：如重力，风力，气体压力等。
被动力：即约束反力。
二、受力图
研究对象： 我们把所研究的物体称为研究对象。
G
FCB C
B
FBA’
解： 1. 杆AB的受力图。
FAB
A
2. 杆BC 的受力图。
FBC’
B
B
FBA’
FCB C
3. 滑轮B ( 不带销钉）的受力图。
FBy
F2
B
FBx
F1
4. 滑轮B ( 带销钉）的受力图。
F2
FBA
B
30o
60o
FBC
F1
受力图的作图步骤：
1、根据题意确定研究对象：将研究对象从结 构中分离出来，单独画出其简单轮廓图形。
分离体（隔离体）： 解除周围约束后所得的自由物体。
受力图： 在分离体上画上它所受的全部主动力和约束
反力，就称为该物体的受力图。 内力与外力：
如果所取的分离体是由某几个物体组成的物体 系统时，通常将系统外物体对物体系统的作用力称 为外力；而系统内物体间相互作用的力称为内力。
三、单个物体的受力图
画物体受力图主要步骤为： ① 选研究对象； ② 取分离体； ③ 画主动力； ④ 画约束反力。
铰链约束反力：大小未定，方向假设。
Fx Fy
圆柱铰链在工程上的运用： 链杆约束、固定铰链支座、 可动铰链支座、 固定支座、定向支座等。
⑴ 链杆约束：
R 组成：两端用光滑圆柱铰链连接物体而中间不受力。 约束特点：限制物体沿链杆中心线运动。 约束反力：大小及方向均未定，作用线在链杆
钢结构内力分析课件.ppt
③根据方程画内力图
3
x
29
§ 剪力、弯矩与分布荷载间的关系及应用
一、 剪力、弯矩与分布荷载间的关系
q
1、支反力：
YA
YB
ql 2
2、内力方程
L
YA
x
3、讨论：
YB
Q(x) 1 ql qx 2
(0 x l)
M (x) 1 qlx 1 qx2 (0 x l) 22
dM (x) 1 ql qx Q(x) dQ(x) q q(x)
x3 1
M
(x3)
2 1
1 2
1.5(kN.m)
28
L
YA Q(x)
q0 L2 6
3 3
L
M(x)
3q0L2 27
q0 解：①求支反力
YA
q0L 6
;
YB
q0L 3
②内力方程
YB
Q(
x
)
q0 6L
(L2
3x2)
(0 x l)
x
M (x)
q0x 6L
(
L2
x2
)
(0 x l)
q0L2
2--2截面取右侧考虑： Q2 P
M2 P 0.5a 0.5Pa
16
800N
2 1200N/m [例]：求图所示梁1--1、
1 A
2--2截面处的内力。 B
1.5m 1.5m YA
2m 1
3m YB
2 1.5m
解：（1）确定支座反力
Y 0 YA YB 800 12003 0
YA 1500N
YA
b L
P
x
M (x1)
b L
典型结构受力分析 结构是怎样受力的 PPT
剪切力 挤压物体的力
扭转力 物体所承受的拉拽力
弯曲力
反方向向物体两端均匀 施力,使物体发生扭转形 变的力
补充知识2——荷载
荷载:
施加于机械或结构上的外力在力学中通常被称为荷载。
• 依据不同的标准，荷载有不同的分类。 • 按荷载随时间的变化分为：
恒载(永久性荷载)：作用于结构上长期不变的荷载 活载(可变性荷载)：作用于结构上可变的荷载
• 立柱埋深一点 • 用一个力从反方向拉
（3）拉杆的作用
• 拉杆：辅助立柱抵抗弯曲 变形趋势
2、棚室屋架结构受力分析
1 草帘 2 塑料棚膜 3 后屋面 4 拱架（梁） 5 立柱 6 后墙 7 通道 8 防寒沟 9 防渗膜固定槽 10 防渗膜 11 混凝土墙
（1）构件——梁(拱架)的受力
对于梁（拱架）来说：
（2）构件——墙的受力 对于墙（和立柱）来说：
• 恒载：梁（拱架）的质量、屋面（草帘、塑料棚膜） • 活载：雪载、风载等
• 荷载压力——由恒载和雪载生成。 • 墙受压力时的情形。
• 荷载中的风载，作用于棚室的情况比较复 杂，它与风的作用方向有关。
压力
推力
补充知识1——外力的基本形式
• 构件所受的外力形式多样，基本形式有弯曲力、 拉力、压力、剪切力、扭转力等。
• 杠体弯曲变形的方向与杠体受外力的方向 一致
（2）立柱的受力与变形分析
• 当人体静挂或静骑在杠体上时
杠体与人的重力
• 当人体回转到单杠的一侧（如单杠的前面）时
杠体与人的重力以及运动员运动时 手的拉力 结构中的某构件可能是其他构件的荷载
• 问题：杠体和立柱的上端相连，人的作用力通过 杠体作用于立柱，立柱产生弯曲变形趋势,如果要 向前发生弯曲，请问同学们，有什么方法可以削 弱或抵消这种弯曲呢？
结构力学讲义ppt课件
x y
x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2）一个刚片在平面内有三个自由度，因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
6
约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
29
3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
30
4. 滑动支座（定向支座）
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点： 1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线 位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
16
A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行（不等 长），故铰B、C在同一无穷远点，所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上，故体系为瞬变 体系（见图c）。
17
二、举例
解题思路： 基础看作一个大刚片；要区分被约束的刚片及
提供的约束；在被约束对象之间找约束；除复 杂链杆和复杂铰外，约束不能重复使用。
高等教育出版社
4
第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
5
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2）一个刚片在平面内有三个自由度，因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
6
约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
29
3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
30
4. 滑动支座（定向支座）
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点： 1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线 位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
16
A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行（不等 长），故铰B、C在同一无穷远点，所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上，故体系为瞬变 体系（见图c）。
17
二、举例
解题思路： 基础看作一个大刚片；要区分被约束的刚片及
提供的约束；在被约束对象之间找约束；除复 杂链杆和复杂铰外，约束不能重复使用。
高等教育出版社
4
第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
5
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
钢结构构件受力分析ppt课件
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
第三章 构件截面强度
2 抗剪强度
1.剪力中心
在构件截面上有一特殊点S，当外力产生的剪力作用在该点时 构件只产生线位移，不产生扭转，这一点S称为构件的剪力中心， 也称弯曲中心。
若不通过剪力中心，梁在弯曲的同时还要扭转，由于扭转是 绕剪力中心取矩进行的，故S点又称为扭转中心。剪力中心的位置 仅与截面的形状和尺寸有关，而与外荷载无关。 剪力中心S位置的一些简单规律
Vy Sx Ixt
fv
图3.9 工字形和槽形截面梁中的剪应力
（3-10）
Vy ——计算截面沿腹板平面作用的剪力； Sx ——计算剪应力处以上或以下毛截面对中和轴的面积矩； Ix——毛截面惯性矩；fv——钢材抗剪设计强度； t——计算点处板件的厚度。
第三章 构件截面强度
3.3 梁的局部压应力和组合应力
m
ax
(
l0 i
)m
ax
[
]
第三章 构件截面强度
80 400
截面特性计算
截面积：上、下翼缘及腹板截面积之和
y
－200×20
A 20 2 10 2 361 96cm2 中和轴（形心）位置：按全截面对某轴的面积 x 矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得。
b
y1
x
10
y1
[]350
查得2∟100×10, ix 3.05cm ,iy 4.52cm.
A=2×19.26cm2
AnI = 2× (2×45+ 402+1002 - 2×20) ×10=3150 mm2
工程结构分析 ppt课件
降低成本
合理的结构分析能够帮助设计 者选择更为经济合理的材料和 截面，从而降低工程的成本。
促进技术创新
结构分析的应用有助于推动工 程技术创新和发展，提高整个
行业的科技水平。
工程结构分析的基本原理
有限元法
材料力学行为
将复杂的整体结构离散化为有限个简 单单元，通过分析单元的受力、位移 等特性，推算整体结构的性能。
了解材料的力学特性（如弹性模量、 泊松比、屈服强度等）对于准确模拟 结构的受力行为至关重要。
边界条件与初始条件
在结构分析中，必须考虑结构的边界 条件和初始状态，以准确模拟结构的 实际行为。
02
CATALOGUE
工程结构的静力分析
静力分析的基本概念
01
02
03
静力分析
对结构在静力载荷作用下 的变形和内力的分析。
3D打印技术
通过逐层堆积材料的方式制造结构，可实现复杂结构的快速原型制造 和小批量生产，降低成本和提高设计灵活性。
智能化与自动化的趋势
数值模拟与优化设计
利用高性能计算和数值模拟技术，对结构进行精细化分析和优化 设计，提高结构性能和可靠性。
自动化监测与健康管理
通过传感器和智能化技术，实现对结构状态的实时监测和预警，提 高结构的耐久性和安全性。
03
CATALOGUE
工程结构的动力分析
动力分析的基本概念
动力分析
研究结构在动态载荷作用下的响 应，包括位移、速度、加速度和
内力等。
动态载荷
随时间变化的载荷，如地震、风、 车辆等。
动力特性
结构在振动时的固有频率、阻尼比 和振型等。
动力分析的步骤和方法
建立动力学方程
根据结构的质量、刚度和阻尼矩阵，建立动力 学方程。
典型结构受力分析[可修改版ppt]
![典型结构受力分析[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/397828e8af45b307e87197dc.png)
C.近下端 D.各处，分布均匀
3.钢筋混凝土梁中混凝土主要是起着抗压的 作用，而钢筋主要是起抗拉的作用，如下图， 楼板和阳台的加固钢筋位置都安装正确的是
（A ）
结语
• 丹麦学者尼尔斯·斯坦森说得好：
“我们所见的固然 美好，我们明了的 愈加美妙，我们尚 未彻悟的更是不胜 其美，美不可言。
尽善尽美一颗蛋
知识回顾：常见结构的类型
壳体结构：力沿壳体表面分布 实心结构：能够承受较大的力
框架结构：支撑但不充满空间， 能够承受垂直和水平荷载
阅读材料P11
• 构件受外力作用时，要发生形状或大小的改 变，这种改变称为 变形。
• 吊车的吊绳承受的力是拉力，拉力所产生的 形变为拉伸 ，组成材料的粒子被拉开；板凳 腿承受的外力是压力，压力所产生的变形为 ，压缩 ，组成材料的粒子被推近。拉力和压 力都是荷载作用的结果。
三、立柱的受力与变形
压力 弯曲力
压缩 弯曲趋势
柱子两侧 人运动的一侧
• 注意：同一荷载在静态、动态下，结构承受的外 力往往不同。
1相连，人的作用力通过杠体作
用于立柱，立柱产生弯曲变形趋势，如果要向前发生弯曲， 有什么方法可以削弱或抵消这种弯曲呢？
用一个力从反方向拉
四、拉杆的作用
典型结构受力分析
蛋壳的材料
94% 1% 1% 4%
蛋壳的受力
压力沿拱状结构的弧面（也就是蛋壁）分布，而 不会使结构断裂。拱形结构使圆屋顶和拱形物能够承 受巨大的重量。
蛋壳的受力
而蛋壳又必须是易碎的，这 样雏鸡只用微弱的力就能破壳而 出。雏鸡用嘴向外用力，从蛋壳 内部看成凹形的顶部很容易碎裂， 那是因为它的抗拉力很弱。
P1永久性荷载
立 柱
P2 立柱基础
3.钢筋混凝土梁中混凝土主要是起着抗压的 作用，而钢筋主要是起抗拉的作用，如下图， 楼板和阳台的加固钢筋位置都安装正确的是
（A ）
结语
• 丹麦学者尼尔斯·斯坦森说得好：
“我们所见的固然 美好，我们明了的 愈加美妙，我们尚 未彻悟的更是不胜 其美，美不可言。
尽善尽美一颗蛋
知识回顾：常见结构的类型
壳体结构：力沿壳体表面分布 实心结构：能够承受较大的力
框架结构：支撑但不充满空间， 能够承受垂直和水平荷载
阅读材料P11
• 构件受外力作用时，要发生形状或大小的改 变，这种改变称为 变形。
• 吊车的吊绳承受的力是拉力，拉力所产生的 形变为拉伸 ，组成材料的粒子被拉开；板凳 腿承受的外力是压力，压力所产生的变形为 ，压缩 ，组成材料的粒子被推近。拉力和压 力都是荷载作用的结果。
三、立柱的受力与变形
压力 弯曲力
压缩 弯曲趋势
柱子两侧 人运动的一侧
• 注意：同一荷载在静态、动态下，结构承受的外 力往往不同。
1相连，人的作用力通过杠体作
用于立柱，立柱产生弯曲变形趋势，如果要向前发生弯曲， 有什么方法可以削弱或抵消这种弯曲呢？
用一个力从反方向拉
四、拉杆的作用
典型结构受力分析
蛋壳的材料
94% 1% 1% 4%
蛋壳的受力
压力沿拱状结构的弧面（也就是蛋壁）分布，而 不会使结构断裂。拱形结构使圆屋顶和拱形物能够承 受巨大的重量。
蛋壳的受力
而蛋壳又必须是易碎的，这 样雏鸡只用微弱的力就能破壳而 出。雏鸡用嘴向外用力，从蛋壳 内部看成凹形的顶部很容易碎裂， 那是因为它的抗拉力很弱。
P1永久性荷载
立 柱
P2 立柱基础
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后拉杆
前拉杆
3、立柱、拉杆的受力与变形
M M’
单杠的立柱是总荷载的主支撑点，当人体静挂或 静骑在杠体上时，两根立柱只承受压力。
当人体回转到单杠的一侧时，经过杠体传到立柱 上端的外力将对立柱产生弯矩M，使立柱产生弯曲变
形的趋势，此时立柱就相当于根部固定于地基的垂 直梁。
立柱根部与地面的牢固连接，在拉杆的共同作用 下，抵抗立柱发生变形。
构件 载荷 构件受力 构件变形
单杠受力分析过程 构件：杠体、立柱、拉杆 载荷：结构自重、人体质量 构件受力：压力、弯曲力、拉力 构件变形：压缩变形、弯曲变形
拉伸变形
梁 拱 ——受力分析
常规梁（双支点）
悬臂梁（单支点）
压力
垂 直 梁
剪切力
拉力
梁的受力示意图
梁的受力与变形本质：
1、梁受力后，一部分受压力而缩短，另一部分受 拉力而延长，两部分之间有一层不缩短也不伸长， 称为中性层.
柱、杆（索）、梁的受力
二、【案例分析1】单杠结构与受力
1、单杠的结构 （构件）？ 杠体、立柱、拉杆
单杠结构示意图
杠体
立柱 拉杆
2、杠体的受力与变形
单杠的杠体可视为梁，运动员在杠体上作各
种动作时，对杠体施加了外力，包括人体质量和 回转运动产生的离心力，使杠体产生弯曲变形。
杠体弯曲变形的方向总是朝着人体所在的瞬 间位置的方向发生弯曲。
【案例2】棚室屋架结构与受力
后坡面
前坡面 梁
立柱
后坡板 梁
前坡面
后墙
立柱
1、棚室荷载与立柱受力： 棚室屋架结构示意图
棚室屋面、梁、立柱和墙等构件，共同组成 了支撑荷载的棚室结构系统。这里的荷载有恒载 和活载之分。
对于立柱来说，承载的荷载包括：屋面、梁 的质量（结构自重）产生的恒载；雪、风等产生 的活载。
复习要点：
1、物体的性质和形态是由物体的结构决定的。 2、物体的结构是由物体的功能和需要决定的。 3、结构是物体组成部分之间的搭配和排列。 4、结构的主体框架与构造形式称为“架构”，
结构的各组成部分称为“构件”。 5、从力学角度上，结构的本质是：
承受外力，抵抗变形。 6、常见结构类型：实心、框架、壳体结构。
一、结构与力
• 结构的本质是为了承受力和抵抗变形。
• 结构受到哪些力的作用？发生何种变 形？
1、框架结构构件所受到的力
• 压力-----构件（柱）压缩变形（短、粗） • 拉力-----构件（杆、索、筋）拉伸变形
（长、细） • 弯曲力-----构件（梁）弯曲变形 • 剪切力-----构件剪切变形 • 扭转力-----构件扭转变形
2、对于整个梁来说，弯矩最大的横截面上的应力 也最大，这个截面称为危险截面。
3、在相同荷载作用下，梁越长，梁的变 形越大。
4、梁的变形和其剖面尺寸有关。梁的变形量和水平 方向尺寸成反比，和垂直方向尺寸的立方成反比。
因此，若要加强梁的抗变形能力，将材料加在高 度上，会比加在宽度上有效。
5、梁的抗变形能力和材料有关，为防止混凝土梁 裂变，通常将钢筋安排在梁受拉力一侧。 6、梁的变形与荷载位置有关。荷载越靠近中央， 变形量越大。
压力
压力
压力
拱，能够将作用于拱上的荷载压力，传递到四周的
支撑上。
所以，拱结构既利于承载，又美观。一般应用于 较大跨度的情况下。
拱形结构的应用
结构自重、雪 P1
风载
后坡板 梁
前坡面
立柱
M
后墙
立柱
P2
弯矩示意图
棚室屋架结构示意图
荷载中的风载，情况比较复杂，它与风的大小，
方向有关。将风载生成的作用力分解为沿立柱轴线
和垂直于立柱轴线的两个方向的分力后，其受力情
况如图所示。 M为受到垂直于立柱方向的力而形成 的弯矩。
通过合理设计，立柱将会抵抗压缩与弯曲两类
2、梁的概念：
构件件在受到与构件纵轴线相 垂直的外力作用时会发生弯曲变 形，产生弯曲变形的构件，称为 “梁”。
“ 梁”是在框架结构中最容 易因受力发生变形的构件，所以 “梁”是结构受力分析的重点。
梁的三种形式：
垂
常规梁（双支点）
直 梁
悬臂梁（单支点）
3、荷载的概念：
结构所承受的外力是作用在结构上 的荷载引起的。 荷载有“恒载”和“活载”之分： 恒载-----不随时间变化而变化的永久性荷载 如：结构自重等。 活载-----随情况变化而变化的可变性荷载 如：自然荷载中的风、雪等
了拱形结构，所承 载的荷载主要是雪、 风产生的活载。
后坡板 梁
后墙
立柱
前坡面
拱结构的应用：
棚室屋架结构示意图
拱结构即中间高四周低的弧形的曲面。这种
结构对承受荷载有利，荷载作用于拱上，圆拱再
把力传到其四周的支撑（梁）上。拱结构的屋面
比平板形的屋面在承受风载或雪载时要有利。跨
度较大的屋面，多采用拱结构。
趁热打铁！ 压力：挤压物体的力。
拔河！
拉力：物体所承受的拉拽力。
钓 鱼！ 弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力
剪刀、钢丝钳
修理草坪！
剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相
反，且作用于同一物体上的平行的力。
拧干衣服！
扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物
体发生扭转形变的力。
【观察与思考】
日常生活中，我们所见到的许多结 构的构件都要承受相应的力，请说说书 包带、椅子腿、单杠横杆、螺丝刀、剪 刀剪的纸条各受什么力？
变形。
2、梁的受力： 对于梁来说，
承载荷载包括：屋 （结构自重）产 生的恒载；雪、风 等产生的活载。
后坡板 梁
前坡面
后墙
立柱 棚室屋架结构示意图
对棚室的支撑屋面的梁来说， 它受的力被传递到其支撑点（柱或墙）
上，通过合理设计，可以使梁不产生明显弯曲。（如 在梁的下面增加支撑点）。
3、棚室屋面受力： 棚室屋面采用