建筑力學(xué)課件-靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與彎曲應(yīng)力

靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與彎曲應(yīng)力歡迎來(lái)到靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與彎曲應(yīng)力課程。本課程將深入探討建筑力學(xué)中的關(guān)鍵概念，幫助您掌握結(jié)構(gòu)分析的基本技能。課程目標(biāo)掌握靜定結(jié)構(gòu)概念理解靜定結(jié)構(gòu)的定義、特點(diǎn)及應(yīng)用。學(xué)習(xí)內(nèi)力分析方法掌握靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析技巧，包括受力分析和圖形繪制。理解彎曲應(yīng)力計(jì)算學(xué)習(xí)正負(fù)彎曲應(yīng)力的計(jì)算方法及其在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。實(shí)踐案例分析能力通過(guò)多個(gè)案例，提高實(shí)際結(jié)構(gòu)分析能力。內(nèi)容大綱1靜定結(jié)構(gòu)概述定義、特點(diǎn)和應(yīng)用2內(nèi)力分析受力分析、支座反力、內(nèi)力圖繪制3彎曲應(yīng)力計(jì)算正負(fù)彎曲應(yīng)力、截面特性影響4案例分析各類結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析實(shí)例靜定結(jié)構(gòu)概述定義靜定結(jié)構(gòu)是指僅依靠靜力平衡方程即可求解內(nèi)力和反力的結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，內(nèi)力分布明確，但對(duì)載荷變化敏感。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。靜定結(jié)構(gòu)的定義靜力平衡靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和反力可僅通過(guò)靜力平衡方程求解。約束數(shù)量結(jié)構(gòu)的約束反力數(shù)量等于結(jié)構(gòu)的自由度數(shù)。確定性結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形可以唯一確定。計(jì)算簡(jiǎn)便無(wú)需考慮材料的彈性變形，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。靜定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)受力明確內(nèi)力分布清晰，易于分析和計(jì)算。載荷敏感對(duì)外部載荷變化反應(yīng)敏感。行為可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)行為易于預(yù)測(cè)和控制。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。靜定結(jié)構(gòu)的應(yīng)用靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析受力分析確定結(jié)構(gòu)的外部荷載和約束。支座反力計(jì)算利用靜力平衡方程求解支座反力。內(nèi)力計(jì)算計(jì)算結(jié)構(gòu)各截面的軸力、剪力和彎矩。內(nèi)力圖繪制繪制軸力圖、剪力圖和彎矩圖。靜定桿件的受力分析外力識(shí)別確定作用在桿件上的所有外力，包括集中力和分布力。內(nèi)力確定利用截面法確定桿件內(nèi)部的軸力、剪力和彎矩。平衡方程建立并求解靜力平衡方程，計(jì)算內(nèi)力大小。靜定結(jié)構(gòu)的支座反力分析1識(shí)別支座類型確定結(jié)構(gòu)中的固定鉸支座、滑動(dòng)鉸支座等。2列寫平衡方程根據(jù)力和力矩平衡條件列寫方程。3求解反力解方程組得到各支座的反力大小和方向。4驗(yàn)證結(jié)果檢查計(jì)算結(jié)果是否滿足平衡條件。靜定結(jié)構(gòu)中張力與壓力的分析張力分析確定結(jié)構(gòu)中承受拉伸力的部分，計(jì)算其大小。壓力分析識(shí)別結(jié)構(gòu)中承受壓縮力的部分，計(jì)算其大小。應(yīng)用意義幫助選擇合適的材料和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)截面。靜定結(jié)構(gòu)彎矩圖的繪制1計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)彎矩確定結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點(diǎn)，計(jì)算其彎矩值。2確定彎矩變化規(guī)律分析彎矩在各段的變化趨勢(shì)。3繪制彎矩圖按比例繪制彎矩圖，注意正負(fù)號(hào)。4標(biāo)注數(shù)值在關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)注彎矩具體數(shù)值。靜定結(jié)構(gòu)剪力圖的繪制計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)剪力確定結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點(diǎn)，計(jì)算其剪力值。分析剪力變化確定剪力在各段的變化規(guī)律。繪制剪力圖按比例繪制剪力圖，注意正負(fù)號(hào)。標(biāo)注數(shù)值在關(guān)鍵點(diǎn)和突變處標(biāo)注剪力具體數(shù)值。靜定結(jié)構(gòu)軸力圖的繪制確定軸力方向分析結(jié)構(gòu)各部分的受力情況，確定軸力方向。計(jì)算軸力大小利用平衡方程計(jì)算各段軸力大小。繪制軸力圖按比例繪制軸力圖，注意拉壓表示。標(biāo)注數(shù)值在圖上標(biāo)注軸力具體數(shù)值。彎曲應(yīng)力的計(jì)算1確定截面特性計(jì)算截面慣性矩和中性軸位置。2確定最大彎矩通過(guò)彎矩圖確定最大彎矩值。3應(yīng)用彎曲應(yīng)力公式σ=My/I4計(jì)算最大應(yīng)力代入數(shù)值求解最大應(yīng)力。正彎曲應(yīng)力的計(jì)算定義截面上部受壓、下部受拉的彎曲應(yīng)力狀態(tài)。計(jì)算公式σ=M/W，其中W為截面模量。應(yīng)用常見(jiàn)于簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁等結(jié)構(gòu)。負(fù)彎曲應(yīng)力的計(jì)算定義截面上部受拉、下部受壓的彎曲應(yīng)力狀態(tài)。計(jì)算公式σ=-M/W，注意負(fù)號(hào)。應(yīng)用場(chǎng)景常見(jiàn)于懸臂梁端部、連續(xù)梁支座處。注意事項(xiàng)計(jì)算時(shí)需考慮應(yīng)力符號(hào)。截面特性對(duì)彎曲應(yīng)力的影響截面形狀影響慣性矩和截面模量。截面尺寸直接影響抗彎能力。對(duì)稱性影響中性軸位置。材料特性影響允許應(yīng)力值。彎曲應(yīng)力分析的設(shè)計(jì)應(yīng)用1確定設(shè)計(jì)載荷根據(jù)建筑規(guī)范確定結(jié)構(gòu)承受的載荷。2初步選擇截面基于經(jīng)驗(yàn)選擇初始截面尺寸和形狀。3應(yīng)力計(jì)算與校核計(jì)算最大應(yīng)力并與允許應(yīng)力比較。4優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整截面，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和安全性的平衡。彎曲應(yīng)力分析中的安全系數(shù)1.5-2.0常用安全系數(shù)范圍建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的安全系數(shù)范圍。σallow允許應(yīng)力材料強(qiáng)度除以安全系數(shù)得到允許應(yīng)力。100%設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)際應(yīng)力不超過(guò)允許應(yīng)力。案例分析1：簡(jiǎn)支梁的內(nèi)力分析模型建立確定簡(jiǎn)支梁的跨度、載荷分布。支座反力計(jì)算利用力平衡方程求解支座反力。內(nèi)力圖繪制繪制剪力圖和彎矩圖。案例分析2：懸臂梁的內(nèi)力分析模型建立確定懸臂梁的長(zhǎng)度和載荷情況。固定端反力計(jì)算計(jì)算固定端的反力和反力矩。內(nèi)力分布分析分析剪力和彎矩沿梁長(zhǎng)的分布。內(nèi)力圖繪制繪制剪力圖和彎矩圖。案例分析3：連續(xù)梁的內(nèi)力分析1模型簡(jiǎn)化將連續(xù)梁簡(jiǎn)化為靜定基本體系。2計(jì)算冗余約束確定冗余約束的數(shù)量和位置。3力法方程建立力法方程并求解。4內(nèi)力疊加疊加基本體系和單位力系統(tǒng)的內(nèi)力。案例分析4：拱形結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析拱軸線確定根據(jù)跨度和矢高確定拱的形狀。荷載分析考慮垂直荷載和水平推力。支座反力計(jì)算計(jì)算拱腳的水平和垂直反力。內(nèi)力分布分析拱中軸力、剪力和彎矩的分布。案例分析5：桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析節(jié)點(diǎn)法利用節(jié)點(diǎn)平衡方程求解桿件軸力。截面法利用整體平衡方程求解關(guān)鍵桿件軸力。圖解法通過(guò)力圖解法求解簡(jiǎn)單桁架內(nèi)力。計(jì)算機(jī)法利用矩陣法進(jìn)行復(fù)雜桁架分析。本章小結(jié)1靜定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)掌握靜定結(jié)構(gòu)的定義和特點(diǎn)。2內(nèi)力分析方法熟悉各種內(nèi)力分析技巧和圖形繪制。3彎曲應(yīng)力計(jì)算理解彎曲應(yīng)力的計(jì)算原理和應(yīng)用。4實(shí)際案例分析能夠分析各類靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。本章復(fù)習(xí)思考題1靜定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？列舉三個(gè)靜定結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。2如何繪制彎矩圖？簡(jiǎn)述繪制彎矩圖的步驟。3彎曲應(yīng)力公式是什么？寫出彎曲應(yīng)力計(jì)算公式并解釋各符號(hào)含義。4安全系數(shù)的作用是什么？解釋安全系數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性。參考文獻(xiàn)王元清.《結(jié)構(gòu)力學(xué)》.高等教育出版社,2018年龍馭球.《材