结构力学绪论.docx
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结构力学绪论
第1章绪论
1.1 结构力学的研究内容
一、结构的概念
建筑物和工程设施中,起主要受力、传力及支承作用的骨架部分。
二、结构的分类
1、按构件的几何特征分为:
杆系结构(空间或平面);板壳(薄壁:
薄板、薄壳)结构;实体结构。
(1)杆系结构:
由杆件组成。
几何特征:
横截面<<长度
图1.1杆系结构
<2>、板壳(薄壁:
薄板、薄壳)结构
几何特征:
厚度<<长度和宽度
图1.2板壳结构
<3>、实体结构
几何特征:
任何一个方向的尺寸都不能被忽略掉
图1.3实体结构
2、按结构型式划分为:
砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等;
3、从建筑材料划分:
砖石结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、组合结构等;
4、从空间角度划分:
平面结构、空间结构等;
三、《结构力学》研究的对象
理论力学:
刚体
材料力学:
变形体(单个杆件:
简支梁、悬臂梁、伸臂梁)
结构力学:
变形体(平面杆系结构:
多跨梁、桁架、刚架、组合结构、拱)
四、《结构力学》研究的内容
<1>研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的内力(强度计算);
<2>研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的变形(刚度计算);
<3>分析平面杆系结构的稳定性;
<4>探讨平面杆系结构的组成规律及合理形式(几何构造分析);
结构力学应用举例说明:
设计思路
钢筋混凝土悬臂梁,只考虑自重,钢筋应该配在上部,还是下部?
为什么?
脚手架(超静定桁架)的设计
1.2 结构的计算简图
1、结构计算简图
在结构计算中,用以代替实际结构,并反应实际结构主要受力和变形特点的计算模型。
二、结构计算简图的简化原则
选取的原则是:
1、要从实际出发2、要分清主次
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。
计算简图不是唯一的:
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:
初步设计阶段,可选取比较粗略的计算简图,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,用电算时,则可选取较为复杂的计算简图。
三、实际杆件结构的简化
1、杆件体系的简化
实际工程结构都是空间结构,在大多数情况下,常可忽略一些次要的空间约束而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、杆件(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。
3、约束的简化
体系运动时可以独立改变的座标的数目,称为该体系的自由度。
平面内一个点的自由度为2,如图1.15(a)所示;平面内一个刚片的自由度为3。
刚片:
体系的几何组成分析不考虑材料的应变,任一杆件(或体系中一几何不变部分)均可看为一个刚体,一个平面刚体称为一个刚片。
减少自由度的装置称为约束(或联系)。
可以减少1个自由度的装置是1个约束。
约束分内部约束和外部约束。
支座为外部约束,节(结)点为内部约束。
支座的简化:
(1)活(滑)动铰支座(轴支座、辊轴支座)
(2)固定铰支座(不动铰支座)
(3)固定支座
(4)定向支座(滑动支座,双链杆支座)
(5)弹性支座
其约束力的个数和方向如下图所示:
连接结点的简化
结构中的结点也称之为内部约束,可简化为链杆、铰结点、刚结点、组合结点。
(链杆)
一个链杆可以提供一个约束。
(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,如下图所示。
(c)(d)
图1.11铰结点
连接两个杆的铰结点叫做单铰(提供2个约束),连接两个及以上杆件的铰结点叫做复铰(连接n个刚片的复铰可折算成(n-1)个单铰,提供2(n-1)个约束)。
(2)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。
连接两个杆的刚结点叫做单刚结点(提供3个约束),连接两个及以上杆件的刚结点叫做复刚节点,连接n个刚片的复刚结可折算成(n-1)个单刚结,提供3(n-1)个约束)。
(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。
图1.13组合结点
5、材料性质的简化
一般均假设为连续、均匀,各向同性、弹性。
6、荷载的简化
集中荷载:
次梁
主梁(kN);柱自重
线荷载:
梁的自重(kN/m)
面荷载:
板的自重(kN/m2)
1.3 平面杆系结构的分类
不同的分类方法:
一、按结构坐标维度分类
平面杆系结构、空间杆系结构
二、按计算特性分类
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。
三、按结构的受力和变形特性分类
(1)梁-----梁是一种受弯构件,一般水平(或斜向)放置,其轴线通常为直线。
可能单跨、多跨。
内力一般有弯矩和剪力,以弯矩为主。
(2)刚架-----不同方向的杆件用结点(至少有一刚结点)连接构成,结点多为刚结点。
刚架杆件内力一般有弯矩、剪力和轴力,以弯矩为主。
所以又叫梁式构件。
(3)桁架-----由若干直杆在两端用铰结点连接构成。
桁架杆件在结点荷载作用下,承受轴向变形,是轴向拉、压构件,只受轴力,均为二力杆。
(4)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。
(5)组合结构-----由梁式杆和桁架杆构成。
常见的组合结构:
排架。
(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。
1.4 荷载分类
一、按作用时间长短分类
恒载:
永久作用在结构上。
如结构自重、永久设备重量。
活载:
暂时作用在结构上。
如人群、风、雪(在结构上可占有任意位置的可动荷载)及车辆、吊车(在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷载)。
二、按作用位置是否变化
固定荷载
移动荷载
三、按作用性质(是否考虑惯性力影响)
静力荷载:
荷载由零加至最后值的加载过程中,结构始终保持静力平衡,即可忽略惯性力的影响。
动力荷载:
要考虑惯性力影响,如地震作用。
四、按与结构的接触情况:
直接荷载、间接荷载
注:
1、荷载(直接作用):
作用在结构上的主动力。
2、某些非荷载因素(间接作用),如:
制造(加工)误差、温度变化(材料变形)、基础沉降等也会在结构中产生内力、变形。
小结:
1、结构的定义
2、从实际结构到计算简图的简化:
材料、结构体系、杆件、结点、支座、荷载
3、杆系结构分类及分类依据:
按受力特征分为:
梁、刚架、桁架、拱、组合结构。
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