杆件结构的计算简图

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3、拱：拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生 水平反力（推力）。这使得拱内弯矩和剪力比同跨度、 同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。
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拱
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有必要强调的是：在计算结构力学中，力学是它的主 体，是研究的基础；而计算是手段，是为力学服务的。 同时，力学还可以判断电算结果的正确性。因此，我 们应当十分重视经典结构力学理论与方法的学习。
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1.2 杆件结构的计算简图
一、结构的计算简图
实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析， 既不可能，也无必要。结构的计算简图是力学计算的基础，极为 重要。
结 构 力 学
土木工程学院结构力学教研室 2006年9月
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第1章
绪论
● 本章教学基本要求：了解结构力学课程的研究对象和 任务；初步了解计算机化的结构力学的发展趋势；了解 选取结构计算简图的原则、要求及其主要内容；了解平 面杆件结构的分类；了解各类结构的受力性能；了解荷 载的分类。
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（4）定向支座（滑动支座，双链杆支座）
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（5）弹性支座
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抗移动弹性支座
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抗转动弹性支座
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在结构计算中，经过科学抽象加以简化，用以代替实际 结构的计算图形，称为结构的计算简图。
二、选取的原则及要求
选取的原则是：一要从实际出发，二要分清主次。
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二、选取的原则及要求
选取的要求是：既要尽可能正确反映结构的实际工作 状态，又要尽可能使计算简化。
4、弹塑性力学：着重讨论薄壁结构（板、壳、膜结构等） 和实体结构（挡土墙、墩台、重力坝、块体基础等）的 应力、变形、稳定性和动力反应等问题。
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三、计算机化的结构力学
应当指出的是，自从电子计算机问世以来，结构力学这门学 科得到进一步发展，出现了计算机化的结构力学（即计算结 构力学）这个新的分支，使结构力学研究的对象、任务、理 论、计算模型和数学工具都发生了深刻的变化 。
三、实际杆件结构的简化
1、杆件体系的简化 实际工将其分解为平面结构，使计算 得到简化。本书主要讨论平面杆件结构的计算问题。 2、几何形式的简化 无论是直杆或曲杆，均可以其轴线（截面形心的连线） 代替杆件，而将杆轴线形成的几何轮廓来代替原结构。
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4、桁架：桁架由直杆组成，所有结点都为理想铰结 点。当仅受结点集中荷载作用时，其内力只有轴力 （拉力和压力）。
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桁架
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5、组合结构：组合结构是由只承受轴力的桁杆和主要 承受弯矩的梁杆（梁或刚架杆件）组成的结构，其中含 有组合结点
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（3）固定支座
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（3）固定支座
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（4）定向支座（滑动支座，双链杆支座）
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5、数学工具：以往杆件结构用线性代数，板、壳、 实体结构用偏微分方程。现在计算的工作是离散化 的数值计算，矩阵数学成为最有效的数学工具。其 他如循环迭代、逻辑判别等，都是结构力学的重要 工具。
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三、计算机化的结构力学
这些由于计算手段带来的变化，使力学工作者为工程服务的能力 有了量级上的提高，这是在计算机化以前难以设想的。
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三、计算机化的结构力学
4、计算模型：以往总是尽可能把空间问题简化为平 面问题，多维变少维；非线性问题简化为线性问题； 不均匀简化为均匀；不连续的改为连续的；动态的 改为静态的。改来改去，无非是如何使问题好算一 点。计算机化以后，结构力学可以处理复杂得多的 计算模型，从而更便于反映结构真实情况。
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1.4 荷载的分类
1、恒载：永久作用在结构上的不变荷载，如结构自重、 固定设备、土压力等。 2、活载：暂时作用在结构上的可变荷载，如临时设 备、人群、风力、水压力、移动的吊车和汽车等。 活载按其作用位置的变化情况，还可分为： （1）可动荷载：能作用于结构上任意位置的荷载， 如风载和雪载等。 （2）移动荷载：一般互相平行、间距不变，并能 在结构上移动的荷载。 如汽车、火车和吊车荷载等。
一、结构
建筑物和工程设施中，用以支承、传递荷载和维持形 态的骨架称为工程结构，简称结构。 例如，房屋中的梁柱体系，水工建筑物中的闸门和水 坝，公路和铁路上的桥梁和隧洞等。
二、研究的对象和任务
1、理论力学：着重讨论刚体机械运动的基本规律。 2、材料力学：着重讨论单个杆件的强度、刚度、稳 定性 和动力反应等问题。
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6、悬索结构：悬索结构通常以仅能承受拉力的柔性缆 索作为主要受力构件。
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悬索结构
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二、按计算特性分
1、静定结构：其杆件内力（包括反力）可由平衡条件 惟一确定。
2、超静定结构：其杆件内力（包括反力）仅由平衡条 件还不能惟一确定，而必须同时考虑变形条件才能惟一 确定。
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三、按几何特性分
1、平面结构：各杆的轴线和外力的作用线均在同一平 面内。
2、空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。如空间刚架、 电视塔等。
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6、荷载的简化
在对结构进行分析时，常将荷载简化为沿杆轴连续分布 的线荷载或作用在一点的集中力。 例如，对于横放的等截面杆，可以将其自重简化为沿杆 长均匀分布的线荷载；水坝进行计算时，常取单位长度 的坝段（例如1m），将水压力简化为作用在坝段对称面 内，与水深成正比的线性分布荷载。 又如，当荷载的作用面积相对于构件的几何尺寸很小时， 可以将其简化为集中力。工业厂房中，通过轮子作用在 吊车梁上的吊车荷载，由于轮子与吊车梁的接触面积很 小，可以将轮压看作是作用在吊车梁上的集中荷载。
1、对象：由原先仅仅是杆件结构，变成为可以是各 种构件（杆件、板、壳和实体结构）的组合体。即 过去是一样一样地来处理，而现在则可以比较如实 地按结构的本来面貌来研究。所以，计算结构力学 才是名符其实的结构力学。
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三、计算机化的结构力学
2、任务：由原先仅仅是进行结构受力和反应的分 析（被动地分析和说明结构在外因作用下的反 应），发展为在一定的目标和约束下，主动从事 结构优化设计（主动地设计和改造结构）。 3、理论：过去各种特殊的计算方法层出不穷（由 于来自计算工作方面的障碍，使基础理论的作用 未能尽情发挥），现在已使计算方法趋于比较统 一（以变分法为基础的直接刚度法成为普遍采用 的方法，而各种公理化了的变分原理又增添了新 的活力，进一步发挥了它们的作用）。
结构的分类，实际上是指结构计算简图的分类。 一、按受力和变形特性分 1、梁：梁是一种受弯构件，其轴线通常为直线。梁 有单跨的和多跨的。其内力一般有弯矩和剪力，以弯 矩为主。
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梁
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2、刚架：刚架由梁和柱组成，结点多为刚结点。其内力 一般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。
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二、研究的对象和任务
3、结构力学：着重讨论杆件结构的强度、刚度、稳 定性和动力反应，以及结构的组成规律。具体地说， 包括以下几个方面：
（1）讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简 图的合理选择。 （2）讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度 计算和刚度验算。 （3）讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反 应。
A 角度 可变
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5、结点的简化 （3）组合结点（又称不完全铰结点或半铰结点）：在 同一结点上，部分刚结，部分铰结。
组合结点
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（3）组合结点
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拱式屋架计算简图
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钢木混合屋架计算简图
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钢筋混凝土现浇整体式框架计算简图
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三、实际杆件结构的简化
3、材料性质的简化 一般均假设为连续、均匀、各向同性、完全弹性或弹塑性。 4、支座的简化 （1）滚活动铰支座（轴支座、辊轴支座）
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（2）固定铰支座（不动铰支座）
● 本章教学内容的重点：杆件结构的计算简图。 ● 本章教学内容的难点：如何将实际结构简化为计算简 图。 1.1 结构力学研究的对象和任务 ● 本章内容简介: 1.2 杆件结构的计算简图 1.3 平面杆件结构的分类 1.4 荷载的分类
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1.1 结构力学研究的对象和任务
5、结点的简化 （1）刚结点：其变形特征和受力特点是，汇交于结点的各 杆端之间不能发生相对转动；刚结点处不但能承受和传递 力，而且能承受和传递力偶。
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5、结点的简化 （2）铰结点：其变形特征和受力特点是，汇交于结点 的各杆端可以绕结点自由转动；在铰结点处，只能承受 和传递力，而不能传递力偶。
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钢筋混凝土桥计算简图
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厂房排架计算简图
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屋架计算简图
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1.3 平面杆件结构的分类
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四、计算简图示例
（a)图中横梁AB及竖 杆CD有钢筋混凝土做 成，但CD的截面远小 于AB，AD及BD则为 16Mn园钢。
支座简化：将支座简 化为一端固定铰支座 另一端简化为活动铰 支座。 结点简化：AB杆截面抗弯刚度较大看为连续杆，杆CD、 AD及BD的抗弯刚度小，主要承受轴力，看成两端铰结的 二力杆。
有时，根据不同的要求和具体情况，对于同一实际结 构也可选取不同的计算简图。例如，在初步设计阶段， 可选取比较粗略的计算简图，而在施工图设计阶段， 则可选取较为精确的计算简图；用手算时，可选取较 为简单的计算简图，而采用电算时，则可选取较为复 杂的计算简图。
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