土木工程力學(xué)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖和分類

土木工程力學(xué)第一章補(bǔ)充知識(shí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及分類合肥鐵路工程學(xué)校機(jī)電教研室4/23/20231結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及分類溫故知新學(xué)習(xí)探究知識(shí)強(qiáng)化課堂延伸提綱挈領(lǐng)一、結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖二、荷載的分類及計(jì)算三、平面桿系結(jié)構(gòu)的分類4/23/20232本節(jié)課需要解決的問題:1、什么是結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖2、荷載的分類3、平面桿系結(jié)構(gòu)的分類學(xué)習(xí)探究4/23/20233第一章靜力學(xué)的基本概念補(bǔ)充知識(shí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及分類4/23/20234一、知識(shí)回顧1、柔體約束—反力方向沿著繩子背離物體2、光滑接觸面約束—公法線及反力畫法3、圓柱鉸鏈約束—四選一4、鏈桿約束—（鏈桿和二力桿的異同）5、支座—11種表達(dá)及其反力畫法4/23/202352受力圖

畫受力圖的步驟①選研究對(duì)象，畫脫離體圖；②首先畫上主動(dòng)力；③明確研究對(duì)象所受周圍的約束，根據(jù)約束類型，然后再畫約束力；④檢查是否含有二力桿，如果有首先分析二力桿;必要時(shí)用二力平衡公理、三力平衡匯交定理確定某些約束力的指向。4/23/20236一、結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖4/23/20237結(jié)構(gòu)平面桿系結(jié)構(gòu)桿件的截面尺寸遠(yuǎn)小長(zhǎng)度特點(diǎn)板殼結(jié)構(gòu)塊體結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)承受荷載起骨架作用的構(gòu)件或由其組成的整體概念分類一、結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖建筑結(jié)構(gòu)4/23/20238計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇的原則：1、盡可能符合實(shí)際——計(jì)算簡(jiǎn)圖應(yīng)能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力和變形性能2、盡可能簡(jiǎn)單——計(jì)算簡(jiǎn)圖要便于計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖：指對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，表現(xiàn)主要特點(diǎn)略去次要因素，用一個(gè)簡(jiǎn)化圖形來代替實(shí)際結(jié)構(gòu)，這簡(jiǎn)化圖形就稱為實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖。一、結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖4/23/20239實(shí)際結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的過程計(jì)算簡(jiǎn)圖1結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化2桿件的簡(jiǎn)化3節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化4支座的簡(jiǎn)化5荷載的簡(jiǎn)化4/23/202310結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化31空間結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)4/23/202311排架結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)4/23/202312桿件的簡(jiǎn)化32——以軸線（粗實(shí)線）表示立體平面粗線當(dāng)截面尺寸增大時(shí)，將引起較大誤差。如：超過長(zhǎng)度的1/4。4/23/202313桿件的簡(jiǎn)化32——以軸線（粗實(shí)線）表示柱基礎(chǔ)屋架實(shí)例1--屋架4/23/202314桿件的簡(jiǎn)化32——以軸線（粗實(shí)線）表示柱4/23/202315兩鉸剛架實(shí)例2—?jiǎng)偧軛U件的簡(jiǎn)化32——以軸線（粗實(shí)線）表示4/23/202316三鉸剛架實(shí)例3—?jiǎng)偧軛U件的簡(jiǎn)化32——以軸線（粗實(shí)線）表示4/23/202317節(jié)點(diǎn)桿件之間的連接桿件與基礎(chǔ)的連接支座桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化4/23/202318桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)的類型：⑴鉸節(jié)點(diǎn)⑵剛節(jié)點(diǎn)4/23/202319桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化鉸節(jié)點(diǎn)實(shí)例上圖的木屋架通過預(yù)埋在柱子或墻內(nèi)的螺栓與柱或墻相連接，屋架與柱不能發(fā)生相對(duì)位移，但仍然有可能發(fā)生微小的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故常把這種節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為鉸節(jié)點(diǎn)。4/23/202320桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化鉸節(jié)點(diǎn)實(shí)例上圖的鋼筋混凝土屋架，其端部與柱頂都有事先預(yù)埋的鋼板，吊裝就位后，把鋼板焊在一起。屋架與柱不能發(fā)生相對(duì)位移，但仍然有可能發(fā)生微小的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故常把這種節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為鉸節(jié)點(diǎn)。4/23/202321桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化剛節(jié)點(diǎn)實(shí)例上圖(a)所示為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架頂層節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。因梁與柱在節(jié)點(diǎn)處，是用混凝土現(xiàn)澆成整體，且配置適量鋼筋，故在節(jié)點(diǎn)處，梁與柱既不能相對(duì)移動(dòng)又不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)便把該節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為剛節(jié)點(diǎn)，如圖(b)所示。4/23/202322桿件間連接的簡(jiǎn)化33鉸節(jié)點(diǎn)不能相對(duì)移動(dòng)，可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可以傳遞力，但不能傳遞彎矩——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化4/23/202323桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化鉸節(jié)點(diǎn)連接的桿件受到荷載作用而產(chǎn)生變形時(shí)，鉸節(jié)點(diǎn)處各桿件的夾角會(huì)發(fā)生改變，約束反力用兩對(duì)互相垂直、等大反向的力表示。C4/23/202324剛節(jié)點(diǎn)不能相對(duì)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)可以傳遞力和彎矩桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化4/23/202325桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化剛節(jié)點(diǎn)連接的桿件受到荷載作用而產(chǎn)生變形時(shí)，剛節(jié)點(diǎn)處各桿件的夾角不會(huì)發(fā)生改變，約束反力用兩對(duì)互相垂直、等大反向的力加上兩對(duì)力偶矩表示。4/23/202326桿件間連接的簡(jiǎn)化33——節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化不完全鉸節(jié)點(diǎn)部分剛節(jié)、部分鉸節(jié)的節(jié)點(diǎn)稱為半鉸或復(fù)合鉸節(jié)點(diǎn)。4/23/202327結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34可動(dòng)絞支座可以轉(zhuǎn)動(dòng)和水平左右移動(dòng)，但不能豎向上下移動(dòng)。提供垂直于支撐面的豎向約束反力——支座的簡(jiǎn)化4/23/202328可動(dòng)鉸支座Fy4/23/202329固定鉸支座可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能豎向移動(dòng)和水平移動(dòng)。提供豎向和水平約束反力。固定鉸支座4/23/202330固定端支座不能豎向移動(dòng)、水平移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。提供豎向、水平約束反力和約束力矩4/23/202331預(yù)制鋼筋混凝土柱插入杯形基礎(chǔ)的兩種施工方法4/23/202332結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34——支座的簡(jiǎn)化在杯口四周填入瀝青麻絲，柱端可發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，則可簡(jiǎn)化為固定鉸支座。4/23/202333結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34——支座的簡(jiǎn)化當(dāng)杯口四周用細(xì)石混凝土填實(shí)、地基較好且基礎(chǔ)較大時(shí)，可簡(jiǎn)化為固定支座。4/23/202334結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34——支座的簡(jiǎn)化一根兩端支承在墻上的鋼筋混凝土梁，受到均布荷載的作用，對(duì)這樣一個(gè)最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如果要嚴(yán)格按實(shí)際情況去計(jì)算，是很困難的。因?yàn)榱簝啥怂艿降姆戳ρ貕挼姆植记闆r十分復(fù)雜，反力無法確定。4/23/202335結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34——支座的簡(jiǎn)化如何選擇比較符合實(shí)際的計(jì)算簡(jiǎn)圖，先要分析梁的變形情況。因?yàn)榱褐С性诖u墻上，其兩端均不可能產(chǎn)生垂直向下的移動(dòng)，但在梁受壓時(shí)，彎曲變形導(dǎo)致兩端能夠產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)；整個(gè)梁不可能在水平方向移動(dòng)，但在溫度變化時(shí)，梁端能夠產(chǎn)生熱脹冷縮。4/23/202336結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34——支座的簡(jiǎn)化梁的支座作如下簡(jiǎn)化處理：通常在一端墻寬的中點(diǎn)設(shè)置固定鉸支座，在另一端墻寬的中點(diǎn)設(shè)置可動(dòng)鉸支座，用梁的軸線代替梁，就得到了簡(jiǎn)支梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖。↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q梁右端的可動(dòng)鉸支座體現(xiàn)了梁在溫度變化下的熱脹冷縮，左端的固定鉸支座體現(xiàn)了梁不能在水平方向移動(dòng)但卻可以在梁受壓時(shí)由于彎曲變形導(dǎo)致梁兩端能夠產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)的事實(shí)。4/23/202337結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡(jiǎn)化34——支座的簡(jiǎn)化這個(gè)計(jì)算簡(jiǎn)圖反映了：梁的兩端不可能產(chǎn)生垂直向下移動(dòng)但可轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)；左端的固定鉸支座限制了梁在水平方向的整體移動(dòng)；右端的可動(dòng)鉸支座允許梁在水平方向的溫度變形。這樣的簡(jiǎn)化既反映了梁的實(shí)際工作性能及變形特點(diǎn)，又便于計(jì)算。這就是所謂的簡(jiǎn)支梁?！齫4/23/202338荷載的簡(jiǎn)化35體積力表面力——自重等——風(fēng)、雪荷載等簡(jiǎn)化為作用于軸線上的集中荷載或均布荷載荷載：作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的主動(dòng)力。如重力、風(fēng)壓力、雪壓力等。作用面積不大：按集中荷載考慮；作用面積較大：按分布荷載考慮。4/23/202339↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓l結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖舉例4/23/202340二、荷載的分類及計(jì)算4/23/202341荷載：指主動(dòng)作用于結(jié)構(gòu)上的外力.廣義荷載：其他使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的因素，如溫度變化、基礎(chǔ)沉陷、材料收縮等。二、荷載的分類及計(jì)算荷載可以根據(jù)不同的特征進(jìn)行分類4/23/202342依據(jù)荷載作用時(shí)間的久暫31恒載：長(zhǎng)期作用在結(jié)構(gòu)上的不變荷載，如結(jié)構(gòu)的自重或土壓力?；钶d：在建筑物施工和使用期間可能存在的可變荷載，如樓面荷載、屋面荷載、雪載和風(fēng)載等。二、荷載的分類及計(jì)算4/23/202343依據(jù)荷載作用時(shí)間的久暫31結(jié)構(gòu)的自重計(jì)算公式二、荷載的分類及計(jì)算自重=重力密度（N/m3）×體積（m3）磚的重力密度=19（KN/m3）水泥砂漿的重力密度=20（KN/m3）4/23/202344樓面活荷載樓面活荷載應(yīng)依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，如教室規(guī)定為2.0KN/m2

。4/23/202345依據(jù)在結(jié)構(gòu)上的分布情況32集中荷載：當(dāng)荷載的作用范圍很小，此時(shí)可以認(rèn)為荷載全部集中作用在一點(diǎn)上，即稱之為集中荷載，如汽車輪壓。單位：N或KN。分布荷載：滿布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載，又分為均布荷載和非均布荷載。如樓面荷載、雪載等。二、荷載的分類及計(jì)算4/23/202346依據(jù)在結(jié)構(gòu)上的分布情況32分布荷載：滿布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載，又分為均布荷載和非均布荷載。如樓面荷載、雪載等。二、荷載的分類及計(jì)算分布荷載按照形態(tài)又分為以下3種：①體分布荷載；②面分布荷載；③線分布荷載。4/23/202347吊車梁上的荷載吊車梁牛腿吊車輪4/23/202348依據(jù)荷載的作用性質(zhì)33靜力荷載：數(shù)量、方向和位置不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢，不使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的加速度。如自重和其他恒載。動(dòng)力荷載：隨時(shí)間迅速變化或在短暫時(shí)段內(nèi)突然作用或消失的荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的加速度，要考慮慣性力的影響，如沖擊荷載、地震力等。4/23/202349三、平面桿系結(jié)構(gòu)的分類4/23/202350——平面桿系按結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖分類受彎構(gòu)件其軸線通常為直線可以是單跨的或多跨的梁314/23/202351梁314/23/202352剛架32由直桿組成，各桿主要受彎曲變形。其節(jié)點(diǎn)通常為剛節(jié)點(diǎn)。4/23/202353剛架324/23/202354拱33軸線為曲線,以壓縮變形為主。力學(xué)特點(diǎn)是在豎向荷載作用下有水平支座反力4/23/202355桁架34由直桿組成，三角形單元。所有節(jié)點(diǎn)都為鉸節(jié)點(diǎn)4/23/202356桁架344/23/202357組合結(jié)構(gòu)35是桁架和梁或剛架組合一起形成的結(jié)構(gòu)4/23/202358思考：組合式吊車梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的形成依據(jù)組合式吊車梁的計(jì)