《靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析》課件

靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析靜定結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)力學中重要的研究對象，其內(nèi)力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全評估的基礎(chǔ)。課程目標理解靜定結(jié)構(gòu)概念掌握靜定結(jié)構(gòu)的定義、特點、類型和應用。掌握內(nèi)力分析方法學會使用平衡方程和截面法進行靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。熟練繪制內(nèi)力圖能夠準確繪制靜定結(jié)構(gòu)的軸力圖、剪力圖和彎矩圖。應用內(nèi)力分析解決實際問題運用所學知識分析橋梁、房屋等結(jié)構(gòu)的受力情況，保證安全可靠。靜定結(jié)構(gòu)簡介靜定結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)受外力作用時，其內(nèi)力可以僅用靜力平衡方程來求解，無需考慮結(jié)構(gòu)的變形。靜定結(jié)構(gòu)具有計算簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高的特點，在建筑、橋梁、機械等領(lǐng)域得到廣泛應用。節(jié)點自由度1節(jié)點自由度定義節(jié)點自由度是指節(jié)點在空間運動的獨立自由程度，是節(jié)點運動狀態(tài)的描述。2節(jié)點自由度類型節(jié)點自由度可以分為平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度，平動自由度指節(jié)點沿坐標軸方向的平移，轉(zhuǎn)動自由度指節(jié)點繞坐標軸方向的旋轉(zhuǎn)。3節(jié)點自由度的影響節(jié)點的自由度會影響結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性，影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。4節(jié)點自由度的計算節(jié)點自由度可以通過分析節(jié)點的約束條件計算得到，計算結(jié)果反映了節(jié)點的運動能力。簡支梁內(nèi)力分析1受力情況簡支梁通常受到集中荷載、分布荷載和彎矩等力的作用。2內(nèi)力分析通過受力分析，確定梁的剪力、彎矩和軸力。3內(nèi)力圖將內(nèi)力隨梁長變化繪制成圖形，以便直觀地理解內(nèi)力分布。懸臂梁內(nèi)力分析1確定約束固定端約束，阻止梁體移動和旋轉(zhuǎn)。2建立坐標系建立梁體坐標系，方便內(nèi)力分析。3計算內(nèi)力根據(jù)外力作用，計算梁體各截面的內(nèi)力。4繪制內(nèi)力圖繪制彎矩圖和剪力圖，展現(xiàn)梁體內(nèi)部力分布。懸臂梁是一種常見結(jié)構(gòu)，廣泛應用于建筑、橋梁和機械設(shè)計中。懸臂梁內(nèi)力分析的關(guān)鍵在于理解約束條件，確定梁體的受力狀態(tài)，進而計算內(nèi)力并繪制內(nèi)力圖。簡支梁彎矩圖彎矩圖是用來表示梁在不同位置的彎矩大小和方向的圖形。簡支梁的彎矩圖通常呈現(xiàn)出拋物線形狀，其頂點位于梁的中點，兩端為零。彎矩圖的正負號代表彎矩的方向，向上為正，向下為負。懸臂梁彎矩圖懸臂梁是指一端固定，另一端自由的梁。由于懸臂梁的固定端承受著最大的彎矩，所以其彎矩圖呈三角形形狀，最大值位于固定端。彎矩圖的形狀和大小可以幫助我們理解懸臂梁的受力狀態(tài)，并可以用于設(shè)計梁的尺寸和材料，保證其能夠承受外力作用。簡支桁架內(nèi)力分析1桁架結(jié)構(gòu)由桿件和節(jié)點組成的結(jié)構(gòu)2外力分析確定桁架受到的荷載3節(jié)點平衡分析每個節(jié)點的受力情況4桿件內(nèi)力計算每個桿件的軸力桁架結(jié)構(gòu)由桿件和節(jié)點組成，它們通過鉸鏈連接，形成一個剛性整體。桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法包括外力分析、節(jié)點平衡和桿件內(nèi)力計算。在分析桁架結(jié)構(gòu)時，需要確定桁架受到的荷載，然后通過節(jié)點平衡分析每個節(jié)點的受力情況，最終計算每個桿件的軸力。靜定桁架內(nèi)力計算建立力學模型將桁架簡化為力學模型，包括節(jié)點、桿件和外力。選擇計算方法根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)和受力情況選擇合適的計算方法，如節(jié)點法或截面法。建立平衡方程根據(jù)靜力學平衡原理，建立節(jié)點或截面的力平衡方程。求解桿件內(nèi)力解平衡方程組，求解每個桿件的內(nèi)力，包括軸力和剪力。繪制內(nèi)力圖根據(jù)計算結(jié)果繪制桿件的內(nèi)力圖，直觀地展示內(nèi)力分布情況。應用案例1-簡支梁均勻荷載簡支梁承受均勻荷載時，其彎矩圖呈拋物線形狀。集中荷載集中荷載作用在簡支梁上，其彎矩圖呈三角形形狀。懸臂荷載懸臂荷載作用在簡支梁上，其彎矩圖呈直線形狀。應用案例2-懸臂梁懸臂梁是一種一端固定、另一端自由的梁。常見的懸臂梁應用場景包括：陽臺、橋梁、起重機。懸臂梁結(jié)構(gòu)簡單，易于分析計算，但其承載能力有限，需要進行嚴格的強度和穩(wěn)定性驗算。應用案例3-簡支桁架簡支桁架在建筑結(jié)構(gòu)中應用廣泛。此案例展示如何分析簡支桁架的內(nèi)力。桁架由多個桿件連接而成，形成三角形結(jié)構(gòu)，具有良好的穩(wěn)定性。簡支桁架兩端固定在支座上，無需額外約束。應用案例4-靜定桁架此案例展示了如何分析靜定桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。桁架是由多個桿件組成，通過節(jié)點連接在一起，以承受外力并傳遞荷載。通過對節(jié)點的受力分析，我們可以計算出各桿件的軸力和彎矩，從而判斷結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性。內(nèi)力分析基本步驟結(jié)構(gòu)受力分析首先，需要對結(jié)構(gòu)進行受力分析，明確外部荷載和約束條件。根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何形狀和材料特性，確定結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。截面內(nèi)力計算其次，需要根據(jù)受力狀態(tài)計算截面內(nèi)力，即彎矩、剪力和軸力。這些內(nèi)力是結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力的直接反映，是設(shè)計和驗算結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。繪制內(nèi)力圖最后，需要根據(jù)計算結(jié)果繪制內(nèi)力圖，直觀地展示結(jié)構(gòu)在不同截面的內(nèi)力分布情況。內(nèi)力圖可以幫助我們更好地理解結(jié)構(gòu)的受力特性。靜定條件與受力分析靜定條件靜定結(jié)構(gòu)受力分析，需滿足靜定條件。結(jié)構(gòu)整體受力平衡，且所有約束力未知數(shù)個數(shù)等于獨立平衡方程式個數(shù)。受力分析根據(jù)靜定條件，找出所有約束力和內(nèi)力。將結(jié)構(gòu)分解成多個獨立單元，繪制受力圖，并利用平衡方程求解未知力。體內(nèi)力的計算體內(nèi)力是指結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分之間的相互作用力，是分析結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和進行強度計算的基礎(chǔ)。1平衡方程根據(jù)力的平衡原理，可以求解結(jié)構(gòu)體內(nèi)力的平衡方程。2截面法通過截面法將結(jié)構(gòu)分割成若干部分，分別分析各部分的受力情況。3虛擬功原理虛擬功原理是求解體內(nèi)力的一種更普遍的方法，它適用于各種靜定結(jié)構(gòu)。彎矩和軸力的計算彎矩力偶矩作用于截面的力矩軸力正向力作用于截面的拉伸或壓縮力彎矩和軸力是結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中重要的參數(shù)，它們決定了結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。計算彎矩和軸力需要了解結(jié)構(gòu)的受力情況、材料特性和幾何形狀。剪力和軸力圖的繪制剪力圖剪力圖顯示結(jié)構(gòu)中每個截面上的剪力大小和方向。剪力圖是橫坐標為長度，縱坐標為剪力大小的圖形。軸力圖軸力圖顯示結(jié)構(gòu)中每個截面上的軸力大小和方向。軸力圖是橫坐標為長度，縱坐標為軸力大小的圖形。節(jié)點處的內(nèi)力分析1定義節(jié)點是結(jié)構(gòu)中桿件連接的點，是內(nèi)力集中作用的位置。2分析方法節(jié)點法：將結(jié)構(gòu)分解為節(jié)點，并分析每個節(jié)點的受力情況，從而求解桿端內(nèi)力。3作用力節(jié)點處受力包括外荷載、桿端內(nèi)力和支座反力。桿端內(nèi)力的確定1識別桿端確定結(jié)構(gòu)中每個桿件的兩個端點。2力平衡應用力平衡原理，分析桿端所受的力。3內(nèi)力類型確定桿端內(nèi)力類型，包括軸力、剪力和彎矩。4內(nèi)力方向根據(jù)力平衡和受力方向，確定桿端內(nèi)力方向。桿端內(nèi)力是指桿件在截面上的內(nèi)力，是桿件內(nèi)部抵抗外部荷載作用的內(nèi)力。應力的計算和驗算應力是材料內(nèi)部抵抗外力的能力，是結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析的重要指標。應力計算需要根據(jù)材料的性質(zhì)、截面形狀和外力作用方式等因素進行。應力驗算則是通過對比計算得到的應力值和材料的許用應力值，來判斷結(jié)構(gòu)是否安全。應力計算方法主要有兩種：解析法和數(shù)值法。解析法適用于幾何形狀規(guī)則、受力簡單的結(jié)構(gòu)，而數(shù)值法則適用于復雜結(jié)構(gòu)的應力分析。常見的數(shù)值法包括有限元法和邊界元法。應力驗算需要根據(jù)材料的許用應力值進行。許用應力值是材料在不發(fā)生破壞的情況下可以承受的最大應力值。應力驗算結(jié)果通常以安全系數(shù)的形式表示，安全系數(shù)越高，結(jié)構(gòu)越安全。支座反力的計算支座反力是結(jié)構(gòu)在外力作用下，支座對結(jié)構(gòu)的約束力。支座反力計算方法固定支座力矩平衡方程和力平衡方程鉸支座力平衡方程滾動支座力平衡方程內(nèi)力分析的注意事項正確選擇計算模型根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況，選擇合適的計算模型，例如簡支梁、懸臂梁或桁架，以確保計算結(jié)果的準確性。仔細分析結(jié)構(gòu)的約束條件確定結(jié)構(gòu)的固定端、鉸接端、滑動端等約束條件，并將其準確地反映在計算模型中。精確繪制受力圖準確地繪制外力、分布荷載和內(nèi)力，確保每個力的方向和大小都正確無誤，避免計算錯誤。合理運用平衡方程正確運用力矩平衡方程和力的平衡方程，確保計算過程的嚴謹性，避免出現(xiàn)計算錯誤。內(nèi)力分析的局限性忽略材料性質(zhì)內(nèi)力分析假設(shè)材料為理想彈性材料，忽略實際材料的非線性、塑性變形等。忽略結(jié)構(gòu)實際情況實際結(jié)構(gòu)存在各種復雜因素，例如溫度變化、材料缺陷等，這些因素會影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。只考慮靜力分析內(nèi)力分析主要針對靜載荷，對于動態(tài)載荷和沖擊載荷的分析結(jié)果可能不準確。計算結(jié)果的精度內(nèi)力分析結(jié)果取決于假設(shè)和簡化，計算結(jié)果的精度有限，實際應用中需要根據(jù)實際情況進行校正。內(nèi)力分析實例總結(jié)簡支梁簡支梁是常見的結(jié)構(gòu)形式，可以用于橋梁、樓板等。簡支梁內(nèi)力分析包括軸力、剪力和彎矩的計算，需要根據(jù)荷載情況進行分析。懸臂梁懸臂梁的一端固定，另一端自由，常用于陽臺、雨棚等。懸臂梁內(nèi)力分析相對復雜，需要考慮梁的固定端和自由端的約束條件。桁架桁架是由多個桿件通過鉸接連接而成的結(jié)構(gòu)形式，常用于屋架、橋梁等。桁架內(nèi)力分析主要針對每個桿件的軸力進行計算，需要使用節(jié)點法或截面法。內(nèi)力分析方法小結(jié)方法總結(jié)本課程介紹了靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的方法，包括內(nèi)力分析的步驟、靜定條件、受力分析、體內(nèi)力的計算等。應用案例我們學習了簡支梁、懸臂梁和桁架等結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法，并通過案例展示了如何應用這些方法。思考與拓展希望同學們能夠?qū)⑺鶎W知識運用到實際工程中，并不斷探索更深層次的結(jié)構(gòu)分析方法。復習與思考通過本節(jié)課的學習，我們學習了靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的基本概念和方法。1理解理解各種結(jié)構(gòu)類型2分析運用靜力學原理3計算確定內(nèi)力分布4應用實際工程應用希