第1-2講-緒論-組成分析

第1章緒論§1-1工程結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)力學(xué)

§1-2結(jié)構(gòu)計算簡圖§1-3結(jié)點與支座的類型§1-4結(jié)構(gòu)的分類§1-5荷載的分類§1-6結(jié)構(gòu)分析的條件與方法§1-1工程結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)力學(xué)1.結(jié)構(gòu)概念與分類1)工程設(shè)施種類繁多，功能多樣

——房屋、橋梁、儲藏、塔桅、壩體等(圖1-1)。

2)設(shè)施中承受、傳遞荷載而起骨架作用的部分——結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)力學(xué)——研究該骨架的受力變形規(guī)律及分析與計算方法的科學(xué)。3)結(jié)構(gòu)的分類：從幾何角度分三類

①

桿系結(jié)構(gòu)②板殼結(jié)構(gòu)

③

實體結(jié)構(gòu)混合型結(jié)構(gòu)雙曲拱壩板殼結(jié)構(gòu)三峽大壩取一段分析：實體結(jié)構(gòu)2.課程任務(wù)與對象手算電算(1)研究任務(wù)結(jié)構(gòu)組成方式結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形規(guī)律相關(guān)分析與計算方法(2)研究對象——桿系結(jié)構(gòu)3.課程特點與專業(yè)地位特點：理論不多，側(cè)重概念、方法與應(yīng)用；實踐性強(qiáng)。地位：專業(yè)基礎(chǔ)課——承上啟下，專業(yè)基本功的體現(xiàn)§1-2結(jié)構(gòu)計算簡圖1.選擇原則(1)反映實際結(jié)構(gòu)主要性能；(2)盡可能簡化——保留主要、略去次要。取出典型剛架分析(2)桿件——軸線表示(3)連接——簡化為結(jié)點2.簡化要點(1)結(jié)構(gòu)體系平面結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)(4)荷載——作用于桿軸簡化示例：P.3-4§1-3結(jié)點與支座的類型1-3-1結(jié)點類型①鉸結(jié)點既可傳力，又可傳彎矩②剛結(jié)點可傳力，但不能傳遞彎矩結(jié)點構(gòu)造：P.5-6組合結(jié)點、彈性結(jié)點1-3-2支座類型①滾軸支座②鉸支座③定向支座④固定支座支座構(gòu)造：P.7表1-1

彈性支座P.8§1-4結(jié)構(gòu)的分類桿系結(jié)構(gòu)通常分以下幾類：(1)梁(P.8示例)(3)桁架(P.8示例、構(gòu)造)(2)剛架(P.9示例)(4)拱(P.10示例)(6)組合結(jié)構(gòu)

(P.11示例)(5)索:拉索、懸索FP1FP2FHFyBFHFyAAB§1-5荷載的分類荷載——來自于自然環(huán)境和人類使用恒載活載固定荷載移動荷載集中荷載分布荷載(2)按作用時間(3)按作用位置P.12示例(1)按分布情況1.荷載——主動作用于結(jié)構(gòu)的外力§1-5荷載的分類（續(xù)1）直接荷載間接荷載(4)按作用對象P.12示例靜力荷載動力荷載(5)按作用性質(zhì)P.13示例§1-5荷載的分類（續(xù)2）溫度改變支座移動材料收縮制作誤差地震作用———動力作用(P.13示例)……2.其他外部作用——靜力作用1.三方面條件平衡條件幾何條件——變形協(xié)調(diào)物理條件——本構(gòu)關(guān)系§1-6結(jié)構(gòu)分析的條件和方法2.基本假設(shè)(1)連續(xù)性假設(shè)(2)線彈性假設(shè)(3)小變形假設(shè)(4)平截面假設(shè)

——線彈性體（線性變形體）疊加原理適用(2)線彈性假設(shè)(4)平截面假設(shè)

——內(nèi)力確定，截面應(yīng)力就確定3.結(jié)構(gòu)分析一般方法三方面條件幾何物理內(nèi)力、變形、位移靜定結(jié)構(gòu)：分步分類內(nèi)力一般結(jié)構(gòu)：平衡條件變形、位移——第3~6章非線性問題幾何非線性：穩(wěn)定計算考慮FP-

效應(yīng)——第13章材料非線性：極限荷載計算中考慮——第14章超靜定結(jié)構(gòu)：基本未知量其他未知量——第7~11章課堂討論：舉一個實際工程結(jié)構(gòu)的例子，并說明如何對其進(jìn)行簡化，作出計算簡圖。習(xí)題1-2。結(jié)合課外閱讀探討：將連接點簡化為結(jié)點后，對結(jié)構(gòu)的實際效應(yīng)會產(chǎn)生什么影響？如何處理才能使這種影響達(dá)到最??？習(xí)題1-5。第2章平面體系的幾何組成分析§2-1概述§2-2體系的自由度§2-3幾何不變體系的基本組成規(guī)則§2-4幾何組成分析方法及示例§2-5幾何組成與靜定性的關(guān)系§2-1概述桿件結(jié)構(gòu)=(桿+桿間連接)+基礎(chǔ)支承(不考慮材料應(yīng)變)

1.幾何不變體系與幾何可變體系分擔(dān)和傳遞荷載形狀、位置不變

幾何不變體系形狀不變，能夠承載形狀改變，不能承載幾何不變體系幾何可變體系幾何不變體系——不考慮材料應(yīng)變的條件下，體系的位置和形狀不能改變；幾何可變體系——不考慮材料應(yīng)變的條件下，體系的位置和形狀可以改變。剛片——任一桿件或任一幾何不變部分。不考慮材料應(yīng)變不能作結(jié)構(gòu)使用從體系自由度出發(fā)判斷是否為幾何不變.2-2-1自由度

——確定物體運動位置所需的獨立坐標(biāo)數(shù)目.§2-2體系的自由度n=2平面內(nèi)一點平面剛片n=3笑臉我們多自由笑臉苦臉苦臉這么多約束，沒法動了.我是不是多余的？苦臉苦臉平面體系=剛片+約束(a)自由剛片(b)添加約束(c)再添約束約束——減少自由度的裝置(1)鏈桿(1個約束)ABCDABABC(a)添一根鏈桿(b)添兩根鏈桿(c)添三根鏈桿多余約束必要約束和多余約束(2)鉸BIIIIIIAI單鉸=2個約束瞬鉸(虛鉸)無限遠(yuǎn)瞬鉸無窮遠(yuǎn)瞬心的理解復(fù)鉸=n

1個單鉸O瞬心O(3)剛結(jié)點(3個約束)單剛結(jié)點復(fù)剛結(jié)點=n

1個單剛結(jié)點

2-2-2計算自由度全為必要約束體系自由度=剛片自由度

約束總數(shù)未知多余約束體系自由度無法直接確定假設(shè)均為有效約束名義自由度計算自由度W稱為1)平面一般體系：計算自由度=3倍剛片數(shù)

剛片間約束數(shù)

支座約束數(shù)

即：W=3m

c

r退一步示例：AB12(c)添加剛片間約束（c=2

2+2=6）(d)添加支座約束（r=3+6=9）(b)自由剛片（m=3）(a)平面體系示例W=3

3

6

9=

6

2-2-2計算自由度(續(xù))2)平面桿件體系計算自由度=2倍結(jié)點數(shù)桿件數(shù)支座約束數(shù)單剛結(jié)點數(shù)即：W=2j

b

r

g示例：(c)添加支座約束（r=9）(d)添加轉(zhuǎn)角約束（g=6）(b)添加桿件（b=11）(a)自由結(jié)點W=2

10

11

9

6=

6

計算自由度總結(jié)：W>0

缺少約束幾何可變W=0

具最少約束不確定看是否全為必要約束W<0

有多余約束不確定必要約束是否足夠多或多余約束足夠少如何保證添加的約束為必要約束？我的約束和你一樣多，怎么還能動？還有規(guī)則？怎樣的？可動你沒按規(guī)則來不可動當(dāng)然有，

下講分解不同約束布置方式的比較§2-3幾何不變體系的組成規(guī)則2-3-1三個基本組成規(guī)則

IIIIAIIIIII(a)點-剛片規(guī)則

(b)兩剛片規(guī)則

(c)三剛片規(guī)則IA二元體也稱：二元體規(guī)則添加的均為必要約束：數(shù)目+布置方式1)約束布置不滿足限定條件兩鏈桿共線(b)鉸與鏈桿共線(b)三鉸共線約束共線的情況：瞬變體系——特殊的可變體系IA退化IAIIIIIIIIIIIIIIIIII擴(kuò)展2)三規(guī)則間的關(guān)系鉸接三角形法則2-3-2基本組成規(guī)則的推廣(a)兩剛片規(guī)則

(b)三剛片規(guī)則推廣實鉸虛鉸IIIIIIIII另一表述IIIIII(a)三鏈桿交于一實鉸：常變

(b)三鏈桿交于一虛鉸：瞬變IIIIII(a)三鏈桿交于一實鉸：常變

(b)三鏈桿交于一虛鉸：瞬變約束布置方式不滿足條件：瞬變體系常變體系三剛片規(guī)則虛鉸無窮遠(yuǎn)的情況一鉸無窮遠(yuǎn):兩平行鏈桿與其余兩鉸連線不平行IIIIIIIIIIIIIIIIII(b)兩鉸無窮遠(yuǎn):兩對平行鏈桿互不平行(c)三鉸無窮遠(yuǎn):三虛鉸共線,幾何可變§2-4幾何組成分析方法及示例1)擴(kuò)大剛片法找剛片,尋約束幾何不變部分再找剛片套規(guī)則重復(fù)ABCDEFCDEFIII例2-11)擴(kuò)大剛片法(續(xù))例2-2III1232)撤除剛片法其余部分A可撤除剛片I剛片II其余部分可撤除剛片I可撤除其余部分撤除二元體(b)撤除一個剛片(c)撤除兩個剛片例2-3可撤除A3)替代剛片法兩鉸替代(b)三鉸替代其余部分剛片其余部分剛片例2-4IIIIII例2-5IIIIIIO12O23O31§2-5幾何組成與靜定性的關(guān)系靜定性——反力和內(nèi)力能否根據(jù)靜力平衡條件確定的性質(zhì)幾何不變幾何可變平面桿系無多余約束有多余約束常變體系瞬變體系1)無多余約束的幾何不變體系(a)簡支梁FPABFxAFyAFyBFPAB三約束力既不全平行也不全交于一點,可唯一確定.體系靜力可確定——靜定結(jié)構(gòu)(b)梁受力圖2)有多余約束的幾何不變體系FPABFxAFyAFyBCFyCFPABFxAFyB未知約束力