幾何組成靜定剛架受力分析教學(xué)課件

幾何組成靜定剛架受力分析靜定剛架是由剛性桿件和鉸鏈連接而成的結(jié)構(gòu)。靜定剛架具有受力明確、計(jì)算簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在建筑、橋梁等工程中應(yīng)用廣泛。課程目標(biāo)理解靜定剛架概念掌握靜定剛架受力分析的基礎(chǔ)知識(shí)。掌握計(jì)算方法熟練運(yùn)用靜定剛架受力分析的計(jì)算方法。應(yīng)用實(shí)踐能力將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程案例分析。靜定結(jié)構(gòu)概述靜定結(jié)構(gòu)是指在荷載作用下，其內(nèi)力與支座反力僅由平衡方程唯一確定的結(jié)構(gòu)形式。靜定結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)簡(jiǎn)單，易于分析計(jì)算，在工程結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。常見的靜定結(jié)構(gòu)包括三角形桁架、簡(jiǎn)支梁、剛架等。靜定剛架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)靜定剛架結(jié)構(gòu)內(nèi)部各桿件之間的約束關(guān)系明確。每個(gè)桿件都能獨(dú)立承擔(dān)荷載。受力明確結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的傳遞路徑清晰。便于計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布情況。易于分析結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形特點(diǎn)比較容易分析。便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。施工簡(jiǎn)便由于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性強(qiáng)，在施工過程中更容易控制。可以有效地減少施工難度和成本。力的傳遞原理1外力作用首先，外力作用于結(jié)構(gòu)，例如屋頂?shù)闹亓炕蝻L(fēng)荷載。2桿件傳遞外力通過桿件傳遞到支座，桿件承受拉力或壓力。3支座反力支座對(duì)桿件產(chǎn)生反力，抵消外力，確保結(jié)構(gòu)平衡。剛架中力的合成平行力合成平行力的合成遵循力的平行四邊形法則,合力方向與各分力方向一致,合力的大小等于各分力大小的代數(shù)和.共點(diǎn)力合成共點(diǎn)力的合成也遵循平行四邊形法則,合力的大小和方向取決于各分力的大小和方向.力矩合成力矩的合成遵循力矩疊加原理,合力矩等于各分力矩的代數(shù)和,方向取決于各分力矩的方向.不同支座形式的分析固定支座固定支座限制結(jié)構(gòu)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，能承受水平力和豎向力以及力矩。鉸支座鉸支座限制結(jié)構(gòu)的平動(dòng)，但允許轉(zhuǎn)動(dòng)，可以承受豎向力和水平力?；瑒?dòng)支座滑動(dòng)支座只限制結(jié)構(gòu)的豎向運(yùn)動(dòng)，允許水平方向和轉(zhuǎn)動(dòng)。彈性支座彈性支座通過彈簧等元件傳遞結(jié)構(gòu)的荷載，能有效減震，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。反力計(jì)算方法力平衡法靜力學(xué)基本原理，求解結(jié)構(gòu)反力節(jié)點(diǎn)法選擇節(jié)點(diǎn)，列平衡方程求解截面法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，分析截面力疊加法將復(fù)雜荷載分解為簡(jiǎn)單荷載關(guān)鍵阻力計(jì)算技巧截面面積與材料性質(zhì)結(jié)構(gòu)截面尺寸與材料的強(qiáng)度、彈性模量等屬性直接影響關(guān)鍵阻力大小。結(jié)構(gòu)類型和約束條件不同類型結(jié)構(gòu)，如梁、柱、桁架等，其關(guān)鍵阻力計(jì)算方法會(huì)有所不同。軟件輔助計(jì)算借助專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件，可以簡(jiǎn)化計(jì)算過程，提高效率和精度。實(shí)際情況調(diào)整理論計(jì)算結(jié)果需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，例如考慮荷載、溫度、施工誤差等因素。實(shí)例分析:四柱簧架四柱簧架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和安裝。它通常用于橋梁、建筑物等工程中，可承受較大的荷載。四柱簧架由四個(gè)支柱、兩根梁和四個(gè)彈簧組成。彈簧用于吸收荷載，并提供足夠的剛度。在分析四柱簧架的受力時(shí)，我們需要考慮荷載、支座反力、彈簧的力等因素。通過建立受力平衡方程，我們可以求解出各部分的受力情況。實(shí)例分析:挑梁式架挑梁式結(jié)構(gòu)挑梁式架，常見于建筑，其特點(diǎn)在于梁伸出柱子，形成懸挑結(jié)構(gòu)。受力分析受力主要來自懸挑部分，形成彎矩和剪力，對(duì)梁和柱子產(chǎn)生較大壓力。應(yīng)用范圍廣泛用于工業(yè)廠房，車間，以及一些公共建筑的陽(yáng)臺(tái)、雨棚等。實(shí)例分析:連廊剛架連廊剛架通常用于連接建筑物，或提供遮蔽和通道。這類剛架結(jié)構(gòu)通常由梁、柱和支撐組成，并承受自身重量和外部荷載。分析時(shí)需考慮剛架的幾何形狀、材料性能和荷載類型等因素，計(jì)算支座反力、彎矩、剪力和軸力，確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。實(shí)例分析:門式剛架門式剛架廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)館等建筑。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，施工方便，抗風(fēng)能力強(qiáng)，適用于跨度較大的建筑。門式剛架主要由柱、梁、支撐等組成，其受力特點(diǎn)是柱承受豎向荷載，梁承受水平荷載。通過合理設(shè)計(jì)，門式剛架能夠有效地抵抗各種荷載，保證建筑物的安全和耐久性。應(yīng)用案例:配電房主體配電房主體結(jié)構(gòu)配電房主體結(jié)構(gòu)通常采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，具備良好的承載能力和抗震性能，確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行。電力設(shè)備安裝配電房?jī)?nèi)部安裝各種電力設(shè)備，如變壓器、開關(guān)柜、電容器組等，這些設(shè)備需要根據(jù)剛架的受力特點(diǎn)進(jìn)行合理布局和固定。屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配電房屋頂通常采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，需要考慮屋頂?shù)某兄啬芰头浪阅?，確保屋頂?shù)哪途眯院桶踩?。?yīng)用案例:廠房大門廠房大門是廠區(qū)的重要組成部分，也是日常生產(chǎn)中人員和車輛進(jìn)出必經(jīng)之路。靜定剛架結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于廠房大門的設(shè)計(jì)，使其在承受載荷的同時(shí)也能保持穩(wěn)定，保障安全。選擇合適的靜定剛架結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行合理的受力分析，可以有效提高廠房大門的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。應(yīng)用案例:園林景觀橋景觀橋是現(xiàn)代園林中的重要組成部分，它不僅是連接兩岸的通道，更是一道美麗的風(fēng)景線。景觀橋的設(shè)計(jì)需要考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、美觀性和與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。靜定剛架結(jié)構(gòu)在景觀橋的設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，例如：拱橋、梁橋、桁架橋等。常見錯(cuò)誤及解決辦法11.力方向錯(cuò)誤誤判力的作用方向，可能導(dǎo)致受力分析結(jié)果偏差。22.支座類型錯(cuò)誤支座約束條件錯(cuò)誤會(huì)影響反力計(jì)算和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。33.約束力計(jì)算錯(cuò)誤約束力是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，計(jì)算錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。44.內(nèi)力分析錯(cuò)誤錯(cuò)誤分析內(nèi)力會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命?？偨Y(jié)與思考11.力學(xué)原理靜定剛架結(jié)構(gòu)分析遵循力學(xué)基本原理,理解其受力方式和力傳遞路徑。22.實(shí)際應(yīng)用靜定剛架廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu),需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的結(jié)構(gòu)形式。33.計(jì)算方法掌握靜定剛架受力分析的常用計(jì)算方法,例如平衡方程法、節(jié)點(diǎn)法等。44.案例分析通過案例分析,深入理解靜定剛架結(jié)構(gòu)受力特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。習(xí)題一:矩形三角形架11.結(jié)構(gòu)識(shí)別判定結(jié)構(gòu)類型22.受力分析繪制受力圖33.力平衡方程求解節(jié)點(diǎn)力44.反力計(jì)算確定支座反力本題以矩形三角形架為例，涵蓋了靜定剛架受力分析的基本步驟。通過對(duì)結(jié)構(gòu)類型、受力方式的分析，建立力平衡方程，最終求解節(jié)點(diǎn)力和支座反力。習(xí)題二:連續(xù)剛架1定義多個(gè)剛架連續(xù)連接形成整體結(jié)構(gòu)2特點(diǎn)結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，荷載傳遞更均勻3應(yīng)用跨度較大，荷載較重的工程4類型單層、多層、跨度不一連續(xù)剛架在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，比如橋梁、樓房等。結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，能夠有效傳遞荷載，提高抗震性能。習(xí)題三:拱形剛架拱形剛架的特點(diǎn)拱形剛架在水平方向上具有較強(qiáng)的抗彎剛度，可有效地抵抗水平荷載。受力分析的思路將拱形剛架分解成多個(gè)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行分析，例如將拱部分解成多個(gè)等效的梁?jiǎn)卧?。常見拱形剛架類型圓弧拱拋物線拱懸鏈線拱計(jì)算步驟確定拱形剛架的支座類型，畫出荷載圖，根據(jù)平衡方程和力矩平衡方程求解支座反力。習(xí)題四:平面桁架1桁架結(jié)構(gòu)分析桁架受力分析2節(jié)點(diǎn)平衡力矩平衡3桿件受力內(nèi)力計(jì)算本習(xí)題將引導(dǎo)學(xué)生分析平面桁架的受力狀態(tài)。學(xué)生需要掌握節(jié)點(diǎn)平衡、力矩平衡等概念，并運(yùn)用這些知識(shí)計(jì)算桿件的受力情況。通過這一習(xí)題，學(xué)生將加深對(duì)平面桁架力學(xué)特性的理解。習(xí)題五:鋼結(jié)構(gòu)樓梯1結(jié)構(gòu)分析鋼結(jié)構(gòu)樓梯的受力分析主要考慮梯段的荷載、扶手的作用，以及樓梯與樓板的連接方式。2計(jì)算步驟首先需要確定樓梯的荷載，包括活荷載、恒荷載和雪荷載等。然后根據(jù)荷載情況計(jì)算樓梯各構(gòu)件的內(nèi)力，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。3設(shè)計(jì)要點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)樓梯的設(shè)計(jì)需要考慮梯段的寬度、高度、坡度、扶手的尺寸和材料等，并滿足安全性和美觀性的要求。習(xí)題六:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)形式分析識(shí)別鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的類型和特點(diǎn)2受力特點(diǎn)分析了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性和工作原理3計(jì)算分析應(yīng)用力學(xué)原理，計(jì)算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力情況4材料性能分析分析鋼筋和混凝土的力學(xué)性能以及相互作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑中常用的結(jié)構(gòu)類型，具有高強(qiáng)度、耐久性和抗震性能。通過對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，可以了解結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，并根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。習(xí)題七:整體空間剛架整體空間剛架是指由三維空間的桿件和節(jié)點(diǎn)組成的剛性結(jié)構(gòu)，其受力情況更為復(fù)雜。這類型習(xí)題要求學(xué)生掌握空間力系的分解和合成，并運(yùn)用空間靜力學(xué)原理進(jìn)行分析和計(jì)算。1空間幾何關(guān)系分析各桿件的空間位置和相互關(guān)系2力系分解與合成將空間力系分解到三個(gè)坐標(biāo)軸上3平衡方程利用空間靜力學(xué)原理建立平衡方程4解方程組求解未知力，包括節(jié)點(diǎn)力、桿件內(nèi)力整體空間剛架的受力分析需要學(xué)生具備扎實(shí)的空間幾何知識(shí)和靜力學(xué)基礎(chǔ)。這些習(xí)題旨在訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理能力和空間想象力，并提升其解決復(fù)雜工程問題的能力。習(xí)題八:組合式薄殼結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)組成薄殼結(jié)構(gòu)由多個(gè)薄殼單元組合而成，形成整體結(jié)構(gòu)。薄殼單元通常為曲面，并通過連接件或焊接形成整體結(jié)構(gòu)。2受力特點(diǎn)組合式薄殼結(jié)構(gòu)具有良好的承載能力，可承受較大的外力。由于薄殼單元形狀的特殊性，其受力特點(diǎn)也比較復(fù)雜。3分析方法組合式薄殼結(jié)構(gòu)的受力分析通常采用有限元方法。分析過程中需考慮薄殼單元的形狀、材料特性、邊界條件等因素。習(xí)題九:膜結(jié)構(gòu)剛架案例描述以某大型體育場(chǎng)館的膜結(jié)構(gòu)屋頂為例，分析其剛架受力特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)類型該膜結(jié)構(gòu)屋頂采用張拉索結(jié)構(gòu)，通過預(yù)應(yīng)力鋼纜將膜材拉緊，形成一個(gè)整體。受力特點(diǎn)膜結(jié)構(gòu)主要承受來自風(fēng)荷載和雪荷載，同時(shí)還要考慮溫度變化的影響。計(jì)算方法利用有限元分析方法，將膜結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算目標(biāo)確定膜結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，并計(jì)算關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。習(xí)題十:索懸臂式剛架1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)索與梁共同受力2受力分