《靜定結(jié)構(gòu)總論》課件

靜定結(jié)構(gòu)總論靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中各部分的內(nèi)力可以直接用靜力平衡方程求解的結(jié)構(gòu)。本課程將深入探討靜定結(jié)構(gòu)的基本概念、分析方法和應(yīng)用。概述11.定義靜定結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的重要組成部分，也是工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)形式。22.特征靜定結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)可以通過平衡方程直接求解，不需要考慮結(jié)構(gòu)的變形，因此計(jì)算簡單。33.應(yīng)用靜定結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域，例如桁架橋、鋼結(jié)構(gòu)廠房等。44.重要性了解靜定結(jié)構(gòu)的定義、特點(diǎn)、分析方法等，對(duì)于理解結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)至關(guān)重要。靜定結(jié)構(gòu)的定義定義靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中所有未知力都可以通過平衡方程和幾何關(guān)系直接求解的結(jié)構(gòu)，無需考慮結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力關(guān)系。特點(diǎn)靜定結(jié)構(gòu)具有明確的幾何約束和靜力平衡關(guān)系，其結(jié)構(gòu)形式簡單，分析計(jì)算相對(duì)容易，且受力狀態(tài)清晰。分類常見的靜定結(jié)構(gòu)包括桁架結(jié)構(gòu)、拱形結(jié)構(gòu)、吊桿結(jié)構(gòu)、平板結(jié)構(gòu)等，它們?cè)诠こ填I(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。靜定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單靜定結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式通常比較簡單，易于設(shè)計(jì)和建造。計(jì)算精確靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可以通過簡單的平衡方程精確計(jì)算。穩(wěn)定性高靜定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好，不易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。靜定結(jié)構(gòu)的分類按結(jié)構(gòu)形式分類靜定結(jié)構(gòu)可分為桁架結(jié)構(gòu)、拱形結(jié)構(gòu)、吊桿結(jié)構(gòu)、平板結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等。按受力特點(diǎn)分類靜定結(jié)構(gòu)可分為平面靜定結(jié)構(gòu)和空間靜定結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)二維和三維空間。靜定結(jié)構(gòu)受力原理1外力作用于結(jié)構(gòu)上的力2內(nèi)力結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的力3變形結(jié)構(gòu)在力的作用下產(chǎn)生的變化4平衡結(jié)構(gòu)在力的作用下保持靜止靜定結(jié)構(gòu)受力原理基于牛頓定律和材料力學(xué)原理。外力作用于結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生內(nèi)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的變形取決于材料性質(zhì)和外力大小，平衡狀態(tài)意味著結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。力的傳遞過程外力作用外力作用于結(jié)構(gòu)，例如建筑物的重量或風(fēng)力。支座反力結(jié)構(gòu)通過支座將外力傳遞給基礎(chǔ)，產(chǎn)生支座反力。構(gòu)件內(nèi)力支座反力通過構(gòu)件內(nèi)部傳遞，形成構(gòu)件內(nèi)力，例如軸力、剪力、彎矩。應(yīng)力應(yīng)變構(gòu)件內(nèi)力在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，引起構(gòu)件變形，產(chǎn)生應(yīng)變。平衡狀態(tài)最終，結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡狀態(tài)，外力與內(nèi)力相互平衡，結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。靜定結(jié)構(gòu)的分析方法力學(xué)模型將實(shí)際結(jié)構(gòu)簡化為力學(xué)模型，方便計(jì)算分析。平衡方程根據(jù)力的平衡原理，建立平衡方程求解未知力。截面法通過截取構(gòu)件，分析截面上的內(nèi)力，求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力。虛擬功原理利用虛擬功原理，求解結(jié)構(gòu)的位移或內(nèi)力。支座反力的計(jì)算計(jì)算靜定結(jié)構(gòu)的支座反力是結(jié)構(gòu)分析的第一步，也是基礎(chǔ)。支座反力是支座對(duì)結(jié)構(gòu)的反作用力，是結(jié)構(gòu)平衡的必要條件。3平衡方程靜力學(xué)基本方程1力矩平衡對(duì)任意一點(diǎn)求力矩和為零2力平衡所有外力和支座反力之和為零構(gòu)件內(nèi)力的計(jì)算計(jì)算靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力是結(jié)構(gòu)分析中的重要步驟。內(nèi)力是指構(gòu)件內(nèi)部各部分之間相互作用的力，可以分為軸力、剪力和彎矩。通過對(duì)構(gòu)件內(nèi)力的計(jì)算，可以判斷結(jié)構(gòu)是否安全，以及構(gòu)件在荷載作用下的應(yīng)力和變形情況。靜定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性靜定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在受外力作用時(shí)，能夠保持其平衡狀態(tài)，不發(fā)生傾覆、倒塌或失穩(wěn)變形。平衡條件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性取決于其所受外力與內(nèi)力的平衡狀態(tài)。支座約束支座約束提供必要的反力，以抵抗外力作用并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。靜定結(jié)構(gòu)的應(yīng)用橋梁許多橋梁采用靜定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如桁架橋，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全。建筑靜定結(jié)構(gòu)在建筑中廣泛應(yīng)用，尤其在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和承載能力。起重機(jī)起重機(jī)臂架通常采用靜定結(jié)構(gòu)，以保證起重機(jī)在工作狀態(tài)下保持穩(wěn)定和安全。桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)是一種由桿件組成的結(jié)構(gòu)形式，桿件之間通過鉸接連接，形成三角形網(wǎng)格。桁架結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、重量輕、跨度大、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)。桁架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、電力線路、工業(yè)廠房等領(lǐng)域。例如，屋頂桁架、橋梁桁架、起重機(jī)桁架等。拱形結(jié)構(gòu)拱形結(jié)構(gòu)是一種常見的靜定結(jié)構(gòu)形式。它通過拱券的曲線形狀來傳遞荷載，將水平推力轉(zhuǎn)化為豎向壓力，從而提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。拱形結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，例如橋梁、建筑、隧道等。其優(yōu)缺點(diǎn)明顯，承載能力強(qiáng)，抗震性能好，但施工難度較大，需要精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。吊桿結(jié)構(gòu)吊桿結(jié)構(gòu)由吊桿和支撐系統(tǒng)組成，通過吊桿將荷載傳遞到支撐系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁和工業(yè)設(shè)施中。吊桿結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是靈活，可調(diào)節(jié)長度和角度，方便安裝和拆卸，適應(yīng)各種復(fù)雜地形和施工條件。平板結(jié)構(gòu)平板結(jié)構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁和工業(yè)設(shè)施的靜定結(jié)構(gòu)。平板結(jié)構(gòu)通常由鋼筋混凝土制成，具有高強(qiáng)度、高剛度和耐久性。它們通常用于跨越較短距離，并且可以承受各種荷載，包括集中荷載、分布荷載和風(fēng)荷載。平板結(jié)構(gòu)的常見類型包括平屋頂、樓板和橋面。它們可以是平面的，也可以是彎曲的，具體取決于設(shè)計(jì)要求。平板結(jié)構(gòu)的施工相對(duì)簡單，成本效益高，使其成為許多工程項(xiàng)目的理想選擇?？蚣芙Y(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)是主要由梁和柱組成的承重結(jié)構(gòu)體系，它通過梁柱連接形成剛性的空間框架，可以承受各種荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能和空間剛度，適用于各種建筑類型，如高層建筑、工業(yè)廠房、住宅等。影響靜定結(jié)構(gòu)性能的因素材料強(qiáng)度材料的強(qiáng)度和剛度直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力和變形性能。幾何形狀結(jié)構(gòu)的幾何形狀會(huì)影響其受力狀態(tài)和變形方式，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能。荷載類型荷載的類型、大小和分布方式都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和變形。環(huán)境因素溫度、濕度、風(fēng)荷載等環(huán)境因素會(huì)影響結(jié)構(gòu)的材料性能和受力狀態(tài)。承載能力靜定結(jié)構(gòu)承載能力材料強(qiáng)度構(gòu)件截面尺寸結(jié)構(gòu)形式支座條件靜定結(jié)構(gòu)承載能力取決于材料強(qiáng)度、構(gòu)件截面尺寸、結(jié)構(gòu)形式和支座條件。變形靜定結(jié)構(gòu)在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形，變形的大小取決于荷載的大小、材料的性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)的幾何形狀。常見的變形形式包括：彎曲變形、拉伸變形、壓縮變形、剪切變形和扭轉(zhuǎn)變形。變形會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和使用性能，因此需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行控制。振動(dòng)靜定結(jié)構(gòu)在受到外力作用下，會(huì)發(fā)生振動(dòng)。振動(dòng)的頻率和幅度會(huì)受到結(jié)構(gòu)本身的特性和外力因素的影響。振動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞、破壞甚至倒塌，因此需要在設(shè)計(jì)階段考慮振動(dòng)問題，并采取相應(yīng)的措施來減輕或消除振動(dòng)。100Hz頻率振動(dòng)頻率越高，結(jié)構(gòu)受到的沖擊力就越大。0.1mm幅度振動(dòng)幅度越大，結(jié)構(gòu)的變形量就越大。靜定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)1荷載分析確定結(jié)構(gòu)承受的荷載類型和大小2結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形3構(gòu)件驗(yàn)算根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算4接頭設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)連接不同構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)靜定結(jié)構(gòu)需要考慮荷載分析、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件驗(yàn)算、接頭設(shè)計(jì)等方面。荷載分析確定結(jié)構(gòu)承受的荷載類型和大小，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，構(gòu)件驗(yàn)算根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，接頭設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)連接不同構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)。荷載分析荷載類型靜定結(jié)構(gòu)承受多種荷載，包括恒載、活載、風(fēng)荷載、地震荷載等。恒載指結(jié)構(gòu)自身重量及固定設(shè)備重量，活載指使用過程中變化的荷載。荷載作用方式荷載作用方式分為集中荷載、分布荷載、線荷載、面荷載等。集中荷載作用于一點(diǎn)，分布荷載作用于一定區(qū)域，線荷載作用于一根線上，面荷載作用于一個(gè)面上。結(jié)構(gòu)分析力學(xué)模型建立靜定結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，簡化分析過程，并為計(jì)算提供基礎(chǔ)。平衡方程根據(jù)力的平衡原理，建立靜力平衡方程組，以確定結(jié)構(gòu)中各部分的受力情況。內(nèi)力計(jì)算利用平衡方程和結(jié)構(gòu)幾何關(guān)系，計(jì)算結(jié)構(gòu)中各桿件的內(nèi)力，包括軸力、剪力、彎矩等。構(gòu)件驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算確保構(gòu)件能夠承受設(shè)計(jì)荷載而不發(fā)生破壞。穩(wěn)定性驗(yàn)算保證構(gòu)件在荷載作用下不發(fā)生失穩(wěn)。剛度驗(yàn)算控制構(gòu)件的變形在允許范圍內(nèi)，確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。連接驗(yàn)算檢驗(yàn)構(gòu)件連接的強(qiáng)度和可靠性，防止因連接失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞。接頭設(shè)計(jì)連接強(qiáng)度確保連接強(qiáng)度滿足結(jié)構(gòu)受力要求，防止接頭失效。剛度接頭應(yīng)具有足夠的剛度，防止過度變形影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。易于施工接頭設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工便捷性，方便現(xiàn)場安裝和維護(hù)。經(jīng)濟(jì)性選擇合適的連接方式和材料，控制成本。支座設(shè)計(jì)11.支座類型選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型、荷載和邊界條件選擇合適的支座類型，例如固定支座、鉸支座或滑動(dòng)支座。22.支座承載力支座承載力應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的荷載要求，避免支座過早失效或破壞。33.支座剛度支座的剛度會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體剛度和變形，需根據(jù)結(jié)構(gòu)性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。44.支座構(gòu)造支座的構(gòu)造應(yīng)便于施工和維護(hù)，并保證支座的穩(wěn)定性和耐久性。靜定結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，易于計(jì)算。建造和維護(hù)成本相對(duì)較低。缺點(diǎn)抵抗荷載能力有限。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可能難以滿足設(shè)計(jì)要求。適用性適用于跨度較小、荷載較輕的結(jié)構(gòu)。在某些情況下，可以考慮使用組合結(jié)構(gòu)。