土木工程力学基础--6工程中常见结构简介

2019/8/9土木工程力学基础《土木工程力学基础》（多学时）六单元工程中常见结构简介2019/8/9土木工程力学基础单元学习目标1.清楚地知道在工程结构只能采用几何不变体系2.能叙述各种静定结构的结构特点以及受力特点3.能从内力比较中认识到超静定结构相对于静定结构的优越性2019/8/9土木工程力学基础【读一读】连续梁桥连续梁桥是指两跨或两跨以上连续的梁桥。连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少。2019/8/9土木工程力学基础一.平面结构的几何组成分析1.几何不变体系与几何可变体系几何可变体系——杆件体系受到任意荷载作用后，在不考虑材料应变的情况下，其位置或形状可以改变的体系。几何不变体系——如果在不考虑材料应变的情况下，其位置和几何形状保持不变的体系。瞬变体系——是一种特殊的几何可变体系，它可以沿某一方向产生瞬时的微小运动，但瞬时运动后即转化为几何不变体系。2019/8/9土木工程力学基础一.平面结构的几何组成分析2.几何不变体系的基本组成规则规则一：三刚片规则三刚片用不在一条直线上的三铰相联，组成无多余约束的几何不变体系。2019/8/9土木工程力学基础一.平面结构的几何组成分析2.几何不变体系的基本组成规则规则二：两刚片规则两刚片以一铰及不通过该铰的一根链杆相联组成无多余约束的几何不变体系。或两刚片以不互相平行，也不相交于一点的三根链杆相联，组成无多余约束的几何不变体系。2019/8/9土木工程力学基础规则三：二元体规则在一个体系上增加或去掉二元体，不会改变原来体系的几何组成性质。二元体定义——由两根不在同一直线上的链杆连接一个新结点的构造，称为二元体。一.平面结构的几何组成分析2.几何不变体系的基本组成规则2019/8/9土木工程力学基础一.平面结构的几何组成分析二元体形式2.几何不变体系的基本组成规则2019/8/9土木工程力学基础一.平面结构的几何组成分析3.几何组成分析示例分析方法：（1）直接用三规则分析（2）拆除“二元体”法（3）扩大基础法2019/8/9土木工程力学基础几何组成分析示例例6-1试对如图6-5所示体系进行几何组成分析。IIIIII2019/8/9土木工程力学基础几何组成分析示例例6-2试分析如图6-6所示桁架的几何组成。2019/8/9土木工程力学基础几何组成分析示例例6-3试分析如图6-7所示桁架的几何组成。2019/8/9土木工程力学基础一.平面结构的几何组成分析4.静定结构与超静定结构的概念静定结构——无多余约束的几何不变体系。超静定结构——有多余约束的几何不变体系。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介1.静定多跨梁——由若干根梁用铰连接而成，用来跨越几个相连跨度的静定梁称为静定多跨梁。基本部分基本部分附属部分基本部分——结构中凡本身能独立维持几何不变的部分。附属部分——需要依靠其它部分的支承才能保持几何不变的部分。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介梁桥渡槽2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介基本部分基本部分附属部分为了清楚地表明多跨静定梁各部分之间的支承关系，我们常把基本部分画在下层，附属部分画在上层——层叠图。传力特点：作用于基本部分上的荷载，只能使基本部分产生支座反力和内力，附属部分不受力；而作用于附属部分的荷载，不仅能使附属部分本身产生支座反力和内力，而且能使与它相关的基本部分也产生支座反力和内力。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介2.静定平面刚架——由直杆(梁和柱)组成的具有刚结点的结构称之。悬臂刚架简支刚架三铰刚架2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介刚架结构2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介刚架的结构特点和传力特点:（1）杆件少，内部空间大，便于利用。（2）刚结点处各杆不能发生相对转动，因而各杆件的夹角始终保持不变。（3）刚结点处可以承受和传递弯矩，因而在刚架中弯矩是主要内力且分布较均匀。（4）刚架中的各杆通常情况下为直杆，制作加工较方便。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介3.静定平面桁架桁架是由若干杆件在每杆两端用铰联结而成的结构。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介平行弦桁架受力特点：上弦杆和下弦杆内力值均是靠支座处小，向跨度中间增大。腹杆内力的变化规律则是靠近支座处内力大，向跨中逐渐减小。结构特点：结点构造划一，腹杆可标准化。适用场合：主要在轻型桁架中应用，多用于跨度在12m以上吊车梁。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介折弦桁架受力特点：上、下弦杆的内力近似于相等，即内力分布均匀。当荷载作用在上结点时，各腹杆（斜杆+竖杆）内力均为零；当荷载作用在下弦杆结点时，腹杆中的斜杆内力为零，竖杆内力等于结点荷载。适用场合：在大跨度桥梁（100～150m）及大跨度屋架（18～30m）中，节约材料，故常采用折弦桁架。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介三角形桁架受力特点：当荷载作用在上结点时，弦杆的内力两端大，中间小；腹杆的内力为两端小，中间大。适用场合：较小跨度的屋架结构。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介桁架结点平衡的特殊情况L型结点T型结点X型结点K型结点2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介4.静定拱拱是轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座处有水平推力的结构。三铰拱是唯一的静定拱。2019/8/9土木工程力学基础二.工程中常见静定结构简介受力特点：三铰拱的基本特点是在竖向荷载作用下，除产生竖向反力外，还产生水平推力。拱的内力以轴向压力为主。施工特点：由于拱主要是承受轴向压力，故建造时可以充分利用抗拉性能弱而抗压性能强的材料，如砖、石、混凝土等。拱的缺点：构造复杂，施工费用大。因推力的存在，拱需要有较为坚固的基础或支承结构(如墙、柱、墩、台等)。2019/8/9土木工程力学基础三.工程中常见超静定结构简介1.超静定梁——连续梁超静定结构的连续体系可以减小跨度以内弯矩的绝对值，降低主梁的高度，从而可以减少材料用量和结构自重，而结构自重的减少又进一步降低了由恒载引起的内力。2019/8/9土木工程力学基础三.工程中常见超静定结构简介2.超静定拱两铰拱无铰拱2019/8/9土木工程力学基础三.工程中常见超静定结构简介超静定拱通常是两铰拱和无铰拱受力特点：在于弯矩较小，主要是承受轴向压力。无铰拱在荷载作用下，弯矩比两铰拱较为均匀，但受支座移动的影响较大。两铰拱在支座发生的竖向位移不大时，并不引起内力。构造特点：当拱的基础比较弱时，如支承在砖墙或独立柱上的两铰拱式屋盖结构，通常可在两铰拱底部设置拉杆以承担水平推力。2019/8/9土木工程力学基础模拟试题填空题1.无多余约束的几何不变体系称为结构。2.三刚片用不在一条直线上的铰两两相连，组成的体系一定。3.拱是轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座处有水平推力的结构。4.拱是一种轴线为曲线的推力结构，其内力以为主。由于推力的存在，拱需要有较为坚固的或。5.工程中常见的预应力混凝土连续梁桥具有整体性能好，结构大，小和抗震性好的特点。2019/8/9土木工程力学基础布置作业阅读：习题：预习