结构力学 第二章 几何组成分析(典型例题)
02结构的几何组成分析--习题
静定结构 无多余约束几何不变体系
二、无多余约束几何不变体系的组成规则有三个： 无多余约束几何不变体系的组成规则有三个：
①三刚片规则 三刚片用不在一直线上的三个铰两两相连。 三刚片用不在一直线上的三个铰两两相连。 ②两刚片规则 两刚片用一个铰和一根不通过此铰的链杆或 不全平行也不交于一点的三根链杆连接。 不全平行也不交于一点的三根链杆连接。 一刚片和一个点用不共线的两根链杆连接。 ③二元体规则 一刚片和一个点用不共线的两根链杆连接。
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2 结构的几何组成分析 (c)
2.5 分析所示体系的几何构造。 分析所示体系的几何构造。 (a) (b)
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2 结构的几何组成分析 2.5
2.4
【解】
【解】
结论： 结论：无多余约束的几何 不变体系。 不变体系。 2.6 【解】 I
结论： 结论：有1个多余约束的几 个多余约束的几 何不变体系。 何不变体系。
III
II 结论：无多余约 结论： 束的几何不变体 系。
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2 结构的几何组成分析
结构力学第二章几何组成分析(典型例题)
[例题2-1-1]计算图示体系的自由度。
^ = 0 ,可变体(R (b)解：(R ^ = 3x3-2x2-5 = 0J7 = 3x5-3x2-2x2-5 = 0几何不变体系，无多余约束(&) J7 = 3x3-2x2-5 = 0几何可变体系[例题2-1-2]计算图示体系的自由度。
桁架几何不变体系，有多余约束。
^■ = 3xl0-2xl4-3=-ljy=2x6-10-3 = -l几何不变体系，有一个多余约束[例题 2-2-5]对图示体系进行几何组成分析。
二元体规 则。
^■ = 3x19-2x27-3=0J7=2xll-19-3 = 0几何不变体系，且无多余约束[例题 2-2-6]对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规 则，三刚片规则。
[例题 2-2-7] 对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规 则。
jy = 3x2-2xl-4 = 0 几何不变体系，且无多余约束 [例题 2-2-8] 对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
[例题 2-2-4]对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规 则。
= 3x4-2x3-3-3=0 几何不变体系，且无多余约束 - XJ7 = 3xl5-2x21-3=0^=2x9-15-3=0几何不变体系，且无多余约束[例题 2-3-1 ]J7 = 3xl3-2xl7-5 = 0^=2x9-13-5=0几何瞬变体系= 3x3-2x2-5 = 0 几何瞬变体系 [例题 2-3-3] 对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规 则。
几何瞬变体系[例题 2-3-4][例题 2-3-2]对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规 则。
=2x8-12-4 = 0对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规 则。
J7 = 3x4-2x4-4=0几何不变体系，且无多余约束[例题 2-3-5]对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规 则。
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规 则。
J7 = 3x8-2x9-6 = 0jy=2x7-8-6 = 0几何不变体系，且无多余约束[例题 2-3-8] 对图示体系进行几何组成分析o 二元体规 则，三刚片规则。
结构力学-体系的几何组成分析
第二章 体系的几何组成分析
第一节 体系几何组成的定义和分析目的
1、体系几何组成的定义
在忽略变形的前提下，在某种外力作用下，若体系不 能保证其形状或位置不变，则该体系称为几何可变体系。
FP
FP
3 / 40
第二章 体系的几何组成分析 第一节 体系几何组成的定义和分析目的
1、体系几何组成的定义
第二节 自由度和约束的概念
体系自由度数 S 等于零是体系几何不变的充分条件 复杂体系的必要约束往往不易直观判定。 W > 0 表明体系存在自由度，肯定是几何可变体系。 W = 0 表明体系的约束数正好等于部件总自由度数，是
体系不变的必要条件，而非必要条件，如无多余 约束，体系是静定结构。 W < 0 表明体系的约束数多于部件总自由度数，必有多余 约束，如为几何不变体系，则体系是超静定结构。
a、研究结构正确的连接方式，确保所设计的结构能 承受荷载，维持平衡，不至于发生刚体运动。
b、了解结构各部分之间的组成关系，有助于改善和 提高结构的性能。
c、在结构计算时，可根据其几何组成情况，选择适 当的计算方法；分析其组成顺序，寻找简便的求解途 径。
7 / 40
第二章 体系的几何组成分析
第二节 自由度和约束的概念
单约束 仅连接两个刚片的约束.
单铰
1个单铰 = 2个约束 = 2个的单链杆。
虚铰——在运动中虚铰的位置不定，这 是虚铰和实铰的区别。通常我们研究的 是指定位置处的瞬时运动，因此，虚铰 和实铰所起的作用是相同的都是相对转 动中心。
10 / 40
第二章 体系的几何组成分析 第二节 自由度和约束的概念
1、体系的自由度 2、约束 所谓约束即能限制体系运动的装置。
结构力学
二、几何组成分析的目的
（1）判别体系是否几何不变； （2）按什么规律组成一个几何不变体系; （3）区分结构是静定的还是超静定的。
返回
§2-2 刚片、约束、体系自由度 和计算自由度
一、体系自由度的定义：
体系自由度：体系的独立运动方式数，或确定体系位置所需的独立坐标数。 例如：平面内一个点有2个自由度，一个刚片有3个自由度。
在某一瞬间可以产生微小运动的体系，称为瞬变体系，它是可变体系 的一种特殊情况。
FN
瞬变体系在工程中不能采用。
FP 2 Sin
如果一个几何可变体系可以发生大位移，则称为常变体系。
法则Ⅱ： 两刚片法则，两刚片用不完全 相交于一点且不完全平行的三 根连杆连接而成的体系，是几 何不变而无多余约束的。
两刚片以一铰及不通过该铰的一个链杆相联，构成几何不变体系。
法则Ⅲ：三刚片六连杆法则，三刚片之间用六连杆彼 此两两相连接，六连杆所组成的三个铰不在 同一条直线上，则所组成的体系是几何不变 而无多余约束的。
讨论
虚铰在无穷远的情形
二元体的概念
二元体的定义：从任意基础上用不共线的两根连杆形成一个 新结点的装置。
2.结论：给定体系为几何不变无多余约束体系。
返回
例六
试分析图示体系是否为几何不变系
解：1.几何组成分析 去除二元体 刚片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ符合三刚片法则。
2.结论：给定体系为几何不变无多余约束体系
返回
例七 试分析图示体系是否为几何不变体系
解：1.几何组成分析 ABEF与基础之间符合两刚片法则，组成新刚片Ⅲ 在刚片Ⅲ上增加一个二元体形成新节点G，由二元体的性质知 体系仍为几何不变，看作刚片Ⅳ CDHI看作刚片Ⅴ,刚片Ⅳ、Ⅴ之间三根连杆交于点D。 2.结论：该体系为几何瞬变体系。
结构力学几何组成分析例题讲课文档
【例】
从基础开始增加杆件。几何不变体系，有4个多余约束
【例】
第二十页，共32页。
去掉与地基相连的约束,
几何不变体系, 没有多余约束。
【例】
【例】
第二十一页，共32页。
将折杆画成直杆，去掉二元体。
几何不变体系，且没有多余约束
瞬变体系, 无多余约束。
【例】
【例】
几何不变体系，且有一 个多余约束。
结构力学几何组成分析例题
第一页，共32页。
【例】
A
B
C
D
E
F
1,3
A
2,3
A
2,3
B 1,2 C
D
E
F
1,2
1,3
B
D
F
C
E
几何不变体系
几何瞬变体系
第二页，共32页。
【例】
【例】
A
第三页，共32页。
去掉二元体
可变体系，少一个约束
从A点开始，依次去掉二元体。 几何不变体系且无多余约束。
【例】
C B A
将ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
画成
第十七页，共32页。
几何不变体系，没有多余约束。
【例】
BCD
A
EF G
从G点开始依次增加二元体,最后判断平行支链杆只需一 根，几何不变体系, 有一个多余约束。
【例】
从两边去掉二元 体,
几何不变体系, 没 有多余约束。
第十八页，共32页。
【例】 【例】
几何可变体系， 少1个约束
去掉二元体。 几何可变体系，少一个约束。
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
几何不变体系且没 有多余约束。
结构力学第二章 平面体系的几何组成分析
不完全铰节点 1个单铰
13/73
2-1 几何构造分析的几个概念
四、约束 两个互不相连的刚片，若用刚结点连接， 则两者被连为一体成为一个刚片，自由 度由6减少为3。 一个单刚结点相当于3个约束。 单刚结点
三个互不相连的刚片，若用刚结点连接， 自由度由9减少为3。
由此类推:
复刚节点
连接 n 个刚片的复刚结点，它相当于n－1 个单刚结点或3(n－ 1)个约束。
A A
1 B
2 C B
1
3
2 C
B 1
A 2
C
几何可变 几何不变 有多余约束
几何不变 无多余约束
规律1 一个刚片与一个点用两根链杆相连，且三个铰不在同一 直线上，则组成几何不变的整体，并且没有多余约束。
23/73
2-2 平面几何不变体系的组成规律
二、两个刚片之间的联结方式
A 2 B I 3 C
A II B I 3 C
16/73
2-1 几何构造分析的几个概念
六、瞬变体系
B 1
I II A
2
I
C
A
II
1 B
2 C
两根链杆彼此共线 1、从微小运动的角度看，这是一个可变体系。 左图两圆弧相切，A点可作微小运动； 右图两圆弧相交，A点被完全固定。
17/73
2-1 几何构造分析的几个概念
六、瞬变体系
B 1
I II A
2
I A 1 B C 2 D
在体系运动的过程中，瞬铰的位臵随之变 化。 用瞬铰替换对应的两个链杆约束，这种约 束的等效变换只适用于瞬时微小运动。
20/73
2-1 几何构造分析的几个概念
八、无穷远处的瞬铰
体系的几何组成分析-结构力学
结论：无多余约束的几何不变体系
（3）平面内三个刚片的连接
刚片Ⅱ B
铰A 刚片Ⅲ 链杆2
C
刚片Ⅰ
规律3 三个刚片用三个 铰两两相连，且三个铰 不在一直线上，则组成 无多余约束的几何不变 体系。
对象：刚片I、Ⅱ和Ⅲ 联系：铰A(Ⅱ和Ⅲ )、B ( I和Ⅱ)、C(I和Ⅲ )，三铰不共线 结论：无多余约束的几何不变体系
• 体温低于 35 ℃为体温过低： 危重患 者、 极度衰弱的患者失去产生足够热 量的能力 ，导致体温
• 低温治疗： 临床上由于病情需要，常 采用人工冬眠或物理降温作为治疗措 施
作业
、发热的类型有哪几种 、发热常用的处置方法有哪些
➢ 杆件与杆件之间的连接—结点
单铰结点 2个约束
链杆 1个约束
单刚结点 3个约束
2.2 自由度和约束
2.2 自由度和约束
教学目标：
掌握自由度的基本概念 掌握约束的定义与分类
教学内容：
自由度 约束
知识点
自由度
✓等于体系的独立运动方式。
✓等于体系运动时可以独立改
y
变的坐标数目。
B
y
A
x x
一个点在平面内有两个自由度。
工程结构的自由度等于零
y
y
x x
一个刚片在平面内有三个自由度。
解：三角形法则，得刚片Ⅰ 、Ⅱ 对象：刚片Ⅰ、Ⅱ 联系：铰A，链杆1，不共线 结论：几何不变，无多余约束
例5： 分析体系的几何组成。
B
C
A
ⅠⅡ
解：去二元体，得
对象：刚片Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 联系：铰A，B、C，不共线 结论：几何不变，无多余约束
Ⅲ
例6： 分析体系的几何组成。
05结构力学第二章
例8:对图示体系作几何组成分析
方法1: 若基础与其它部分三杆相连, 方法1: 若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法4: 去掉二元体. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加. 方法4: 去掉二元体. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加.
规律2 规律
II I
III
2. 两个刚片之间的组成方式 规律1 规律 两个刚片之间用一个铰和一根链杆相连, 且 两个刚片之间用一个铰和一根链杆相连 三铰不在一直线上,则组成无多余约束的几何 三铰不在一直线上 则组成无多余约束的几何 体系。 或 两个刚片之间用三根链杆相 不变 体系 且三根链杆不交于一点,则组成无多余约束 连,且三根链杆不交于一点 则组成无多余约束 且三根链杆不交于一点 的几何不变体系。 的几何不变体系。
例4: 对图示体系作几何组成分析
解: 该体系为瞬变体系. 该体系为瞬变体系. 方法3: 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的 刚片看成链杆. 刚片看成链杆.
方法1: 若基础与其它部分三杆相连, 方法1: 若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.
二元体( 二元体(片)规则 二元体: 二元体:在一个体系上用两个不共线的链杆连 接一个新结点的装置。 接一个新结点的装置。
在一个体系上加减二元体不影响原体系的几何组成
结构力学第2章平面体系的几何组成分析
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例2-4-3
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分析图:
(a)
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(b)
(c)
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(d)
(e)
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说明：
1、通过本题中的两例可知，当上 部体系和大地之间的联系符合两刚 片规则时，体系几何组成分析的结 论只与上部体系的几何组成有关。 因此，当符合此条件时，可仅分析 上部体系。
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2、(a)所示体系先去掉与大地的支 座约束后，对上部体系可依次去掉 二元体213、453、563后，体系简化 成一铰接三角形，所以原体系是无 多余约束的几何不变体系。
结构力学
结构力学教研组 青岛理工大学工管系
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第二章 平面体系的几何组成分析
精品课件
§2.1 概述
本章研究平面杆系结构的基本 组成规律和合理形式。
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其目的在于:
❖ 了解和掌握结构的基本组成规律和
合理组成形式。正确区分各类体系， 判定结构；选择合理的结构形式。 ❖ 根据各类结构的几何组成，选择 正确的计算方法和简捷的解题途径。
几何不变体系
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(2)内部几何不变体系
若作为几何组成分析的结论， 内部几何不变体系指仅除大地 外的体系的整体。
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(a)
(b)
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(c)
(3)刚片
在平面问题中，刚性体化为平面 内的一个不会有变形的面，则称 这个面为刚片.刚片在其平面内， 任意两点间的距离都保持不变。
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(4)几何瞬变体系
对体系加载时，体系在瞬时内发 生微小位移，然后便成为几何不 变体系。这种体系叫作几何瞬变 体系（瞬变体系）
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(a)
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02-2结构力学第二章 平面体系的几何组成分析-作业答案汇总
38 3 2 29 3 3
3个单铰结点, 3个折算为2个单铰结点的复铰结点
支杆
b3
11/73
(II III) 刚片II
(I II)
刚片III
几何不变且无多余约束
j9 单链杆：12根 复链杆：2根 折算为6根单链杆
W 2 j b 29 12 6 0
5/73
【作业1】分析图示体系的几何构造
图3
【作业1】分析图示体系的几何构造
图4
先考察如图所示结构
∞(II III)
9/73
【作业2】求图示系统的计算自由度
刚片 m 1 单刚结点 g 4 铰结点 h 0 支杆 b 3
内部无多余约束刚片
W 3m 3g 2h b
31 3 4 3 12
10/73
【作业2】求图示系统的计算自由度
刚片 m 8
单刚结点 g 2
W 3m 3g 2h b
铰结点 h 9
刚片 m 14 单铰链结点 h 18
刚片II
刚片III
(I II)
(I III) 刚片I
瞬变体系
其中折算为2个单铰结点的 复铰结点有6个
∞(II III)
其中折算为3个单铰结点的 复铰结点有2个 单刚结点 2个 g 2 和基础相连的支杆 0个 b 0
W 3m 3g 2h b
314 3 2 218 0
∞(II III)
刚片II (I II) (I III) 刚片III
刚片I
几何不变且无多余约束
(I II) 刚片II (I III) 刚片III
刚片I
几何不变且无多余约束
7/73
【作业2】求图示系统的计算自由度
图1 并进行几何构造分析
结构力学
第二章 结构的几何组成分析（一）单项选择题1．三刚片组成无多余约束的几何不变体系，其连接方式是 【 B 】A ．以任意的三个铰相连B ．以不在一条线上的三个铰相连C ．以三对平行链杆相连D ．以三个无穷远处的虚铰相连2．从一个无多余约束几何不变体系上去除二元体得到的新体系为 【 A 】 A ．无多余约束的几何不变体系 B ．有多余约束的几何不变体系 C ．常变体系 D ．瞬变体系 3．静定结构的几何组成是【 C 】A ．瞬变体系B ．常变体系C ．无多余约束的几何不变体系D ．有多余约束的几何不变体系 4．图示体系属于【 D 】A ．无多余约束的几何不变体系B ．有多余约束的几何不变体系C ．瞬变体系D ．常变体系5．图示体系是【 B 】A ．瞬变体系B ．常变体系C ．无多余约束的几何不变体系D ．有多余约束的几何不变体系 （二）填空题6．连接4个刚片的复铰相当于 6 个约束。
7．不能起到减少自由度作用的约束称为 多余约束 。
8．将三刚片组成无多余约束的几何不变体系，必要的约束数目是 6 。
9．在一个几何不变体系上加二元体后的新体系为 几何不变体系 。
10．图示体系的几何组成是 无多与约束的几何不变体系 。
（三）分析题11～15．对图示体系进行几何组成分析（要写出分析过程）。
题4图题5图题10图解：11．撤除支座约束，剩余部分为刚片Ⅰ和Ⅱ用既不完全平行又不完全相交的三根链杆1、2、3相连，故原体系为无多余约束的几何不变体系12题解：．撤除支座约束，去除二元体C -A -D 、C -B -E ，剩余部分为刚片Ⅰ(CDE )和Ⅱ(FGH )用既不完全平行又不完全相交的三根链杆1、2、3相连，故原体系为无多余约束的几何不变体系。
AB C DEF GH题12图AB CDE FC D E F 答11图 ⅠⅡ 1 2 3 D E F GH答12图 12313题解；．撤除支座约束，去除二元体D -C -E ，剩余部分为两刚片（杆AF 和BF ）用两平行链杆相连，故原体系为有一个自由度的几何可变体系。
结构力学二(第二章)
4
B
B 杆通过铰 瞬变体系 瞬 变 体 系
瞬 变 体 系
常 变 体 系
郑州大学土木工程学院
5
规则四、一点与一刚片用两 根不共线的链杆相联，组成无多 余约束的几何不变体系。
1
A
A
2
B
C
两根共线的链杆联一点 瞬变体系
两根不共线的链杆联 结一点称为二元体。
在一体系上增加（或减去）二元体不改变原体系的机 动性，也不改变原体系的自由度。
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2
3、约束：在体系内部加入的减少自由度的装置。 ⑴单链杆：仅在两处与其它物体用铰相连，不论其形状和 铰的位置如何。 一根链杆可以减少体系一个自由度，相当于一个约束。 多余约束：不减少体系自由度的约束。 注意：多余约束将影响结构的受力与变形。 ⑵单铰： 联结 两个 刚片的铰。 一个单铰可减少体系两个自由度相当于两个约束。 ⑶虚铰（瞬铰） 联结两刚片的两根不共线的链杆相当于一个单铰即瞬铰。 ⑷复铰（重铰）联结三个或三个以上刚片的铰 联结n个刚片的复铰相当于n-1个单铰，相当于 2(n-1)个约束！ ⑸刚性连接——固定支座、刚节点 一个刚性连接可减少体系三个自由度相当于三个约束。
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8
1-4、瞬变体系在一般荷载作用下 （C ） A 产生很小的内力 B 不产生内力 C 产生很大的内力 D 不存在静力解答 1-5、从一个无多余约束的几何不变体系上去除二元体后得到 的新体系是 （A ） A 无多余约束的几何不变体系 B 有多余约束的几何不变体系 C 几何可变体系 D 几何瞬变体系 1-6、图示体系是什么体系？ （C ） A 无多余约束的几何不变体系 Ⅲ B A B 有多余约束的几何不变体系 C C 几何可变体系 Ⅱ Ⅰ D 几何瞬变体系
西北工业大学航空学院结构力学课后题答案第二章结构的几何组成分析
第二章 结构的几何组成分析2-1 分析图2-27所示平面桁架的几何不变性，并计算系统的多余约束数。
3571(a)(a)解：视杆为约束，结点为自由体。
C ＝11，N ＝7×2＝14f =11－7×2＋3=0该桁架布局合理，不存在有应力的杆，故为无多余约束的几何不变系。
(b)(b)解：视杆和铰支座为约束，结点为自由体。
C ＝9＋2＋1＝12，N ＝6×2＝12f ＝12－6×2＝0该桁架布局合理，不存在有应力的杆，故为无多余约束的几何不变系。
(c)(c)解：视杆和铰支座为约束，结点为自由体。
C ＝10＋2×2＝14，N ＝6×2＝12ｆ＝14－12＝2该桁架为有两个多余约束的几何不变系。
1217(d)(d)解：视杆和铰支座为约束，结点为自由体。
C ＝30＋3＝33，N ＝17×2＝34ｆ＝33－34＝-1故该桁架为几何可变系。
8(e)(e)解：视杆为约束，结点为自由体。
C ＝13，N ＝8×2＝16ｆ＝13－16＋3＝0将1-2-3-4、5-6-7-8看作两刚片，杆3-6、杆2-7、杆4-5相互平行，由两刚片原则知，为瞬时可变系统。
6(f)(f)解：视杆和固定铰支座为约束，结点为自由体。
C ＝22＋3×2＝28，N ＝14×2＝28ｆ＝28－28＝0将12-13-14、7-11-12、1-2-3-4-5-6-7-8-9-10看作三刚片，三刚片由铰7、铰12、铰14连结，三铰共线，故该桁架为瞬时可变系统。
(g)(g)解：视杆和固定铰支座为约束，结点为自由体。
C＝24＋4×2＝32，N＝16×2＝32ｆ＝32－32＝0由于杆15-14-3、杆12-11-4、杆9-5相交于一点，故该桁架为瞬时可变系。
(h)(h)解：视杆和固定铰支座为约束，结点为自由体。
C＝12＋2×2＝16，N＝8×2＝16ｆ＝16－16＝0该桁架布局合理，加减二元体之后，无有应力的杆，故该桁架为无多余约束的几何不变系。
《结构力学》习题解答(内含解答图)
解：杆AB由固定支撑与基础联结形成一体，此外，杆AB又用链杆1再与基础联结，故链杆1为多余约束；将此部分取为刚片，杆CD取为刚片，则两刚片用个BC、链杆2、链杆3三根不平行也不交于一点相连，组成几何不变体。所以，体系是具有一个多余约束的几何不变体系。
习题2-4试对图示体系进行几何组成分析。
习题2-8试对图示体系进行几何为了便于分析，对图中的链杆和刚片进行编号，分析过程见图2-21(b)。首先去掉二元体NMI、JNI，然后分析剩余部分。杆AD由固定支撑与基础联结形成一体，构成几何不变体，在此基础上增加二元体DEB、EFC、EHF形成刚片Ⅰ（注意固定铰支座与铰相同）；铰结△GIJ为刚片Ⅱ；刚片I与刚片Ⅱ之间用不交于一点的杆DI、杆GI、杆HJ相连，组成几何不变体。
另外，该题也可用二元体概念求解，即杆AB由固定支撑与基础联结形成一体后，把杆BC和链杆1作为二元体，由规则三，组成几何不变体；再将杆CD和链杆2作为二元体，组成几何不变体，而链杆3为多余约束。
习题2-5试对图示体系进行几何组成分析。
习题2-5图习题2-5解答图
解：地基为刚片I，折杆BCD为刚片Ⅱ(注意曲杆BC与CD在C点刚性联结)，刚片I与刚片Ⅱ之间用不交于一点的链杆1和杆AB、杆ED相连，组成几何不变体，而曲杆AB和ED的联结方式为图（b）中的虚线。
习题2-12图习题2-12解答图
习题2-13试对图示体系进行几何组成分析。
习题2-13图习题2-13解答图
解：将原图结点进行编号，并将支座6换为单铰，如图（b）。取基础为刚片Ⅰ，△134为刚片Ⅱ，△235为刚片Ⅲ，由规则一知，三刚片用三个不共线的铰联结组成几何不变体。在此基础上增加二元体674、785，而杆38看作多余约束。杆910由铰联结着链杆10，可看作二元体，则整个体系为有一个多余约束的几何不变体系。
结构力学第二章 平面体系的几何组成分析
2 3 固定一个结点的装配格式简单装配格式
B
I
C
A
A
II
II
固定一个刚片的装配格式
3
3
B
I
B C 12 I
C 联合装配格式
A
II
III
固定两个刚片的装配格式
B
I C 复合装配格式
29/73
2-2 平面几何不变体系的组成规律 四、体系的装配 多次应用上述基本组成规律或基本装配格式，可以组成各 种各样的几何不变且无多余约束的体系。 装配的过程通常有两种： 1 从基础出发进行装配
x
一个链杆相当于1个约束
若用数学表达式，则应满足以下条件： xB xA 2 yB yA 2 l2
4个坐标参数必须受到上述条件的限制，故只有3个独立运动 几何参数。
14/73
2-1 几何构造分析的几个概念 五、多余约束
如果在一个体系中增加一个约束，而体系的自由度并不因此 而减少，这种约束称为多余约束。
二、刚片
在几何组成分析中，可能遇到各种各样的平面物体，不论其具 体形状如何，凡本身为几何不变者，则均可把它看作为刚片。
6
4 2
5 3
1
5/73
2-1 几何构造分析的几个概念 三、自由度
y A'
A Dx
O
x
平面内一点有两种独立运动方式 (两个坐标x, y可以独立地改变)
一点在平面内有两个自由度
Dy Dy
A
II B
3
I
C
II
B 12
A
3
I
C
几何不变 无多余约束
几何不变 无多余约束
规律3 两个刚片用三个链杆相连，且三链杆不交于同一点，则 组成几何不变的整体，并且没有多余约束。
结构力学复习题
1、思路
三、多跨静定梁的计算
①计算次序与构造次序相反 ②计算方法：分层法（对结构进行几何组成分析，分清基本部 分和附属部分；先计算附属部分的反力和内力，再计算基本部 分的反力和内力。） ③计算关键：基本部分和附属部分之间的相互连接力（作用力 和反作用力），求出这些连接力后，各部分当作单跨静定梁来 计算。分段作内力图。拼接 2 、分析步骤 ① 几何组成分析：先作层次图、分清主次部分，从最上层 的附属部分开始计算； ② 分层法：将附属部分的支座反力反向指其基本部分，就 是加于基本部分的荷载，再计算基本部分；
静定刚架内力计算及内力图的绘制
1、内力正负的约定
剪力和轴力规定同梁；弯矩不分正负，画在受拉边 2、几点说明：
(1)在结点处有不同的杆端截面： 采用两个下标
3、作刚架内力图的步骤
（1）求支座反力 （2）采用截面法，先求出各控制截面（含杆端）内力，然后 利用杆端内力分别作各杆的内力图，各杆内力图合在一起就是 刚架的内力图。 （3）内力图的校核
三、二元体规则
在一个体系上增加一个二元体 或拆除一个二元体，不会改变 原有体系的几何构造性质
（1）一铰在无穷远处
三个刚片用两个实铰或在有限远处的虚铰与一个无限远处虚铰相 联结，
若形成虚铰的一对平行链杆与另两铰连线不平行几何不变体系； 若形成虚铰的一对平行链杆与另两铰连线平行几何瞬变体系 若形成虚铰的一对平行链杆与另两铰连线平行且三者等长几何常 变体系
③ 内力图：各单跨梁的内力图连在一起。
例1：作内力图
1、几何组成分析： 2、分层法： 将附属部分的 支座反力反向 指其基本部分， 就是加于基本 部分的荷载； 3、内力图：各 单跨梁的内力 图连在一起
（KN.m）
10KN
结构力学——几何构造分析
如果将链杆视为一刚片， 则三规律等价
三角形规律的应用技巧
• 1. 刚片的广义化 • 2. 约束的等价性 • 3. 二元体增减的等效性 • 4. 内部大刚片定义的灵活性 • 5. 瞬变体系的多样性
1. 刚片的广义化
三边在两边之和大于第三边时,能唯一地组 成一个三角形——基本出发点.
三刚片规则：
三个刚片用不在同 一直线上的三 个单 铰两两相连，组成 无多余联系的几何 不变体系。
2-2-1 静定结构组成规则
规则1 三刚片规则
三个刚片用 三个不共线单铰 两两相连可组成 一个静定结构， 它们统称为三铰 结构。
B
图2-7
根据这一规则可构造出如图2-8所示的各种三铰结构。
(a) 三铰刚架
(b) 三铰拱
(c) 有虚铰情况
(d) 三铰重合体系
图2-8 三铰结构和体系
需要注意的是：
自由度呢？
n=3
每个结点有 多少个
自由度呢？
n=2
每个单铰 能使体系减少 多少个自由度
呢？ s=2
每个单链杆 能使体系减少
多少个 自由度呢？
s=1
每个单刚结点 能使体系减少
多少个 自由度呢？
s=3
刚片增减法
§2-3 体系的计算自由度：
计算自由度等于刚片总自由度数 减总约束数
W = 3m-(3g+2h+b) m---刚片数（不包括地基） g---单刚结点数 h---单铰数 b---单链杆数（含支杆）
一辆这路上行驶的自行车有几个 自由度？哪几个？
2-1-3 约束分类
根据对自由度的影响，体系中的约束可分为 两类：
• 除去约束后，体系 的自由度将增加， 这类约束称为必要 约 束 ， 如 图 2-5a 中 结构除去水平链杆 A后，原来的结构 变为图2-5b所示的 可动体系，因此A 是必要约束。(a) 超静定CBDI
(完整版)西北工业大学航空学院结构力学课后题答案第二章结构的几何组成分析
第二章结构的几何组成分析2-1分析图2-27所示平面桁架的几何不变性，并计算系统的多余约束数。
(a)(a)解：视杆为约束，结点为自由体。
C＝11，N＝7×2＝14f =11－7×2＋3=0该桁架布局合理，不存在有应力的杆，故为无多余约束的几何不变系。
(b)(b)解：视杆和铰支座为约束，结点为自由体。
C＝9＋2＋1＝12，N＝6×2＝12f ＝12－6×2＝0该桁架布局合理，不存在有应力的杆，故为无多余约束的几何不变系。
(c)(c)解：视杆和铰支座为约束，结点为自由体。
C＝10＋2×2＝14，N＝6×2＝12ｆ＝14－12＝2该桁架为有两个多余约束的几何不变系。
1217(d)(d)解：视杆和铰支座为约束，结点为自由体。
C ＝30＋3＝33，N ＝17×2＝34ｆ＝33－34＝-1故该桁架为几何可变系。
(e)(e)解：视杆为约束，结点为自由体。
C ＝13，N ＝8×2＝16ｆ＝13－16＋3＝0将1-2-3-4、5-6-7-8看作两刚片，杆3-6、杆2-7、杆4-5相互平行，由两刚片原则知，为瞬时可变系统。
6 (f)(f)解：视杆和固定铰支座为约束，结点为自由体。
C ＝22＋3×2＝28，N ＝14×2＝28ｆ＝28－28＝0将12-13-14、7-11-12、1-2-3-4-5-6-7-8-9-10看作三刚片，三刚片由铰7、铰12、铰14连结，三铰共线，故该桁架为瞬时可变系统。
(g)(g)解：视杆和固定铰支座为约束，结点为自由体。
C＝24＋4×2＝32，N＝16×2＝32ｆ＝32－32＝0由于杆15-14-3、杆12-11-4、杆9-5相交于一点，故该桁架为瞬时可变系。
(h)(h)解：视杆和固定铰支座为约束，结点为自由体。
C＝12＋2×2＝16，N＝8×2＝16ｆ＝16－16＝0该桁架布局合理，加减二元体之后，无有应力的杆，故该桁架为无多余约束的几何不变系。
结构力学几何组成分析例题PPT
【例】
8
7
9
8
7
9
6
10
6
10
1
3
5
1
3
5
24
24
去掉与地基的连接， 几何不变体系, 无多余约束。 只考虑上部结构
【例】
Ⅰ
Ⅱ
去掉与地基的连接， 只考虑上部结构
几何不变体系, 有一个多余约束。
【例】
12
Ⅰ
Ⅱ
3
【例】
去掉与地基的连接， 只考虑上部结构
用三个链杆相连。几何不变 体系，且没有多余约束。
【例】
()
()
去掉与地基之间连接的约束, 上部结构可看成 ９个刚片，几何不变体系, 没有多余约束。
【例】
()
()
()
去掉与地基之间连接的约束, 上部结构可看成 ９个刚片，几何不变体系, 没有多余约束。
Hale Waihona Puke 例】Ⅲ几何不变体系且没有多余约束。
2 从C、D两点开始增加二元体CBD,CAD。
A、B、C依次去掉二元体。 几何不变有一个多余约束。
几何不变体系, 有一个多余约束。
去掉与地基的连接，只考虑上部结构
A 几何可变，少二个约束。
从A点开始，依次去掉二元体。
几何不变体系且无多余约束。
【例】 C
B A
D E F
从地基开始，依次依 次增加二元体AEF、 ADE、FCD、CBF。
C B A
D E F
几何不变体系，AB 为一个多余约束。
按增加二元体顺序的不同，多余约束可以是AB、 BC、CD、DE、EF中的任意一个。
可变体系，少一个约束
结构力学典型例题_武汉理工大学范文
第2章平面体系的几何构造分析典型例题1. 对图2.1a体系作几何组成分析。
图2.1分析：图2.1a等效图2.1b（去掉二元体）。
对象：刚片Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；联系：刚片Ⅰ、Ⅲ有虚铰A（杆、2）；刚片Ⅱ、Ⅲ有虚铰C（无穷远）（杆3、4）；刚片Ⅰ、Ⅱ有虚铰B（杆5、6）；结论：三铰共线，几何瞬变体系。
2. 对图2.2a体系作几何组成分析。
图2.1分析：去掉二元体（杆12、杆34和杆56图2.1b），等效图2.1c。
对象：刚片Ⅰ和Ⅱ；联系：三杆：7、8和9；结论：三铰不共线，无多余约束的几何不变体系。
3. 对图2.3a体系作几何组成分析。
图2.3 分析：图2.3a对象：刚片Ⅰ（三角形原则）和大地Ⅱ；联系：铰A和杆1；结论：无多余约束的几何不变体系。
对象：刚片Ⅲ（三角形原则）和大地Ⅱ；联系：杆2、3和4；结论：无多余约束的几何不变体系。
第3章静定结构的受力分析典型题1. 求图3.1结构的内力图。
图3.1解（1）支座反力（单位：kN）由整体平衡，得＝100．= 66.67，＝-66.67．（2）内力（单位：kN.m制）取AD为脱离体：，，；，，。
取结点D为脱离体：，，取BE为脱离体：3，，。
取结点E为脱离体：，，（3）内力图见图3.1b~d。
2. 判断图3.2a和b桁架中的零杆。
图3.2分析：判断桁架零杆的常用方法是找出桁架中的L型结点和T型结点。
如果这两种结点上无荷载作用．那么L型纪点的两杆及T型结点的非共线杆均为零杆。
解：图3.2a：考察结点C、D、E、I、K、L，这些结点均为T型结点，且没有荷载作用，故杆件CG、DJ、EH、IJ、KH、LF 均为零杆。
考察结点G和H，这两个结点上的两竖向链杆均已判断为零杆，故这两个结点的受力也已成为T型结点的情形．由于没有荷载作用，故杆件AG、BH也为零杆。
整个结构共有8根零杆．如图3.2c虚线所示。
图3.2b：考察结点D，为“K”型结点且无荷载作用，故；对称结构对称荷载（A支座处的水平反力为零），有，故杆件DE和DF必为零杆。
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［例题2-1-1］
计算图示体系的自由度。
，可变体系。
（a）（b）
解：
（a ）
几何不变体系，无多余约束
（b ）
几何可变体系
［例题2-1-2］
计算图示体系的自由度。
桁架几何不变体系，有多余约束。
解：
几何不变体系，有两个多余约束
［例题2-1-3］
计算图示体系的自由度。
桁架自由体。
解：
几何不变体系，无多余约束
［例题2-1-4］
计算图示体系的自由度。
，几何可变体系。
解：
几何可变体系
［例题2-1-5］
计算图示体系的自由度。
刚架自由体。
解：
几何不变体系，有6个多余约束
［例题2-2-1］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-2-2］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-2-3］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-2-4］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何不变体系，有一个多余约束
［例题2-2-5］
对图示体系进行几何组成分析。
二元体规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-2-6］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则，三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-2-7］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-2-8］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束［例题2-3-1］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-2］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-3］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-4］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-5］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-6］
对图示体系进行几何组成分析。
二元体规则，三刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-7］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-8］
对图示体系进行几何组成分析。
二元体规则，三刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-9］
对图示体系进行几何组成分析。
二元体规则，三刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-10］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-11］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-12］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何瞬变体系
［例题2-3-13］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何不变体系，有一个多余约束
［例题2-3-14］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-15］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则，三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-16］
对图示体系进行几何组成分析。
三刚片规则。
几何不变体系，且无多余约束
［例题2-3-17］
对图示体系进行几何组成分析。
两刚片规则。
几何不变体系，有一个多余约束
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。