1,2绪论和结构几何构造分析-2015课件分解

2020/1/231自我介绍；2020/1/232课程简介•主要内容：⑴绪论,结构几何构造分析(6学时)⑵静定结构分析(18学时)⑶超静定结构分析（24学时）•教材：«结构力学I—基本教程»龙驭球，包世华主编北京:高等教育出版社，2012结构力学2020/1/233参考书1.龙驭球,包世华等.结构力学II－专题教程.北京：高等教育出版社,2012.2.李廉锟.结构力学(上册).北京：高等教育出版社,2004.3.朱慈勉.结构力学(上册).北京：高等教育出版社,2004.4.HibbelerRC.StructuralAnalysis(5thEdition).NewJersey:Prentice-Hall,Inc.,2002.(中译本，结构分析，北京：电子工业出版社,2005.)5.单建.趣味结构力学.北京：高等教育出版社,2008.6.黄达海,郭全全.概念结构力学.北京航空航天大学出版社,2010.7.王焕定.结构力学学习指导.北京：清华大学出版社，2004.网络资源：清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学结构力学国家精品课程网站2020/1/234第一章：绪论§1-1结构力学的研究对象和任务§1-2结构计算简图及简化要点§1-4荷载分类§1-5学习方法（略）§1-6结构力学求解器简介（略）§1-3杆件结构（计算简图）的分类2020/1/2351-1结构力学的研究对象和任务１、结构的概念结构是在建筑物或工程设施中承受和传递荷载而起主骨架作用的部分2020/1/2362020/1/2372020/1/238U.S.A空军F-16战斗机着陆传动装置结构件用SiC/Ti复合材料2020/1/239Stealthmissiledestroyer（China）2020/1/23102、结构的分类（按几何特征）1-1结构力学的研究对象和任务2020/1/23111-1结构力学的研究对象和任务3、结构力学研究对象2020/1/23121-1结构力学的研究对象和任务４、结构力学的任务：根据力学原理研究在外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的组成规律。讨论结构的组成规律、受力性能和合理形式，以及结构计算简图的合理选择讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度和刚度验算讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反应（结构控制，非线性，不确定性）2020/1/23131-1结构力学的研究对象和任务力系的平衡条件或运动条件；变形的几何协调条件；应力和应变间的物理条件（或称本构方程）将实际结构抽象为计算简图；各种计算简图的计算方法；将计算结果运用于工程设计和施工5、结构力学的内容（解决工程实际问题的角度提出）6、结构分析方法都考虑下列三方面的条件：2020/1/23141-1结构力学的研究对象和任务9、学习方法和能力培养传统结构力学，概念/定性结构力学，计算结构力学7、结构力学的两种解法：课堂及时跟进，课后迅速回顾，掌握基本原理，勘透力学本质平衡－几何方法（基本解法）虚功－能量方法8、结构力学的发展2020/1/2315§1-2结构计算简图及简化要点为什么要计算简图?实际结构一般很复杂完全按实际情况分析很困难，甚至不可能结构计算分析时，常利用简化和假设手段把复杂结构的次要因素忽略，但又要能反映出实际结构的主要受力特征。这种经过简化了的结构图形称为结构的计算简图。什么是结构计算简图？2020/1/2316§1-2结构计算简图及简化要点结构计算简图的简化原则：从实际出发：计算简图反映实际结构的主要性能,既要能反映实际结构的主要受力和变形特点，又要使计算结果安全可靠便于计算：即计算简图的简化程度要与计算手段以及对结果的要求相一致。分清主次，存本去末，略去细节2020/1/2317§1-2结构计算简图及简化要点结构计算简图的几个要点：1、结构体系的简化空间体系——平面体系2、杆件的简化杆件——轴线，杆件之间连接处——结点，杆长——结点距离，荷载作用点——移到轴线2020/1/2318结构计算简图的几个要点：１）铰结点：被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可以相对转动。可以传递力，但不能传递力矩。３）组合结点（半铰)：刚结点与铰结点的组合体。特征是汇交于结点的各杆均不能移动，但其中一部分杆件为刚性联结，各杆端不允许相对转动，其余杆件为铰接，允许绕结点转动。２）刚结点：被连接的杆件在连接处不能相对移动，又不能相对转动。可以传递力，也可以传递力矩。杆件连接区域§1-2结构计算简图及简化要点3、结点的简化节点2020/1/2319§1-2结构计算简图及简化要点结构计算简图的几个要点：3、支座的简化支座—结构与支承物(地基)连接点１）滚轴支座（活动铰支座）：允许沿支座链杆垂直方向微小移动，绕铰心微小转动。沿支座链杆方向产生约束力。２）固定铰支座（铰支座）：允许绕固定铰铰心微小转动。过铰心产生任意方向的约束力（分解成水平和竖直方向的两个力）。2020/1/2320§1-2结构计算简图及简化要点结构计算简图的几个要点：3、支座的简化支座—结构与支承物(地基)连接点３）固定支座：不允许有任何方向的移动和转动，产生水平、竖直及限制转动的约束力和反力矩。2020/1/2321§1-2结构计算简图及简化要点结构计算简图的几个要点：3、支座的简化支座—结构与支承物(地基)连接点2020/1/2322§1-2结构计算简图及简化要点结构计算简图的几个要点：3、支座的简化支座—结构与支承物(地基)连接点4）滑动支座(定向支座)被支承部分不能转动和移动，产生垂直于滑动方向的约束力和限制转动的反力矩。2020/1/2323规律：约束位移与反力一一对应不同支座的约束情况§1-2结构计算简图及简化要点2020/1/2324§1-2结构计算简图及简化要点材料性质的简化荷载的简化钢，混凝土，砖，石，木假定：连续，均匀，各向同性，理想线弹性(弹塑性)，小变形体积力，表面力集中荷载（集中力，集中力偶）分布荷载2020/1/2325§1-3杆件结构的分类1、按结构的受力特点分类：梁：由水平（或斜向）放置杆件构成。梁构件主要承受弯曲变形，是受弯构件。刚架：不同方向的杆件用结点（一般都有刚结点）连接构成。刚架杆件以受弯为主，所以又叫梁式构件。桁架：由若干直杆在两端用铰结点连接构成。桁架杆件主要承受轴向变形，是拉压构件。组合结构：由梁式构件和拉压构件构成。拱：由曲杆构成。在竖向荷载作用下有水平支座反力。悬索/张拉结构：承重构件为塔、柱上的缆索，只受拉力2020/1/23262、按结构体系的空间位置分类平面结构：各杆的轴线和外力的作用线都在同一平面内；结构力学主要研究平面杆件体系空间结构：各杆轴线不在同一平面内3、按计算特性分类静定结构,超静定结构。由平衡方程是否能唯一确定结构内力和反力2020/1/2327荷载：主动作用于结构上的外力：自重，水压力，土压力，吊车荷载，桥梁上的车辆荷载广义荷载：温度变化，基础沉陷，材料收缩，地震作用按照不同特征分类：1）按作用时间长短分：恒载（长期作用的不变荷载；自重，土压力；）和活载（施工和使用期间作用的可变荷载；楼面荷载，吊车荷载，雪载，风载）2）按作用位置分：固定荷载（恒载和大部分活载），移动荷载（吊车荷载，桥梁上车辆荷载）3）按作用性质分：静力荷载：荷载的大小、方向和作用线不随时间变化或变化缓慢，不使结构产生明显的加速度和惯性力。恒载，活载动力荷载：随时间迅速变化或在短暂时间内突然作用和消失的荷载，使结构产生明显的加速度和惯性力。机械荷载，爆炸冲击波，地震作用，风荷载，波浪荷载§1-4荷载分类2020/1/2328平面结构的几何构造分析第二章2020/1/2329§2-1几何构造分析的几个概念几何构造分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何可变，或者如何保证它成为几何不变体系，只有几何不变体系才可以作为结构。同时，为结构受力分析奠定基础。一、几何不变体系和几何可变体系几何不变体系：不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状保持不变的体系。几何可变体系：不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状可以改变的体系。机构，发生刚体位移2020/1/2330二、自由度杆系结构是由结点和杆件构成的，可以抽象为点和线，分析一个体系的运动，必须先研究构成体系的点和线（刚片）的运动。AA'DxDyy0xABA'B'DxDyDy0x自由度：描述体系运动时，所需独立坐标的数目。体系运动时，可以独立改变的坐标的数目。2020/1/2331约束：减少自由度的装置。如果体系有了自由度，必须消除，消除的办法是增加约束。简单约束有三种：支杆－１个约束单铰－２个约束刚结点－３个约束分清必要约束和多余约束。ACB四、多余约束如果一个体系中增加或减少一个约束，而体系的自由度并不减少或增加，则该约束为多余约束。对体系自由度无影响三、约束2020/1/2332五、瞬变体系及常变体系本来几何可变,经微小位移后又成为不变的体系,有多余约束；发生大刚体位移的可变体系,可能有多余约束CABABC'N1N2N3OO'P00M03rPNrPN3六、瞬铰(虚铰)刚片的瞬时转动中心.CODABO'.六、瞬铰(虚铰).CODAB1）每个方向有一个无穷远点2）不同方向有不同的无穷远点；3）各无穷远点都在同一条直线上，此直线称为无穷远线；4）各有限点都不在无穷远线上。无穷远处瞬铰两个链杆所起的约束作用相当于在两杆交点处一个铰所起的作用，这个铰成为瞬铰332020/1/23§2-2平面杆件体系的基本组成规律讨论没有多余约束的几何不变体系的组成规律。1.三个点之间的连接方式不共线的三个点用三个链杆两两相连，则所组成的铰结三角形体系是一个几何不变的整体，且没有多余约束。（规律1）2.一个点与一个刚片之间的连接方式一个点与一个刚片用两根链杆相连，且三个铰不在一直线上，则组成一个几何不变的整体，且没有多余约束。（规律2）I铰结三角形ABC342020/1/232020/1/23§2-2平面杆件体系体系的基本组成规律讨论没有多余约束的几何不变体系的组成规律。3.两个刚片之间的连接方式两个刚片用一个铰和一根链杆相连，且三个铰不在一直线上，则组成一个几何不变的整体，且没有多余约束。（规律3）4.三个刚片之间的连接方式三个刚片之间用三个铰两两相连，且三个铰不在一直线上，则组成一个几何不变的整体，且没有多余约束。（规律4）IIIIIIIIIIII如果三个铰不共线，则一个铰结三角形是几何不变体系，且无多余约束。铰结三角形规律IIIIII35365.两个刚片之间的连接方式§2-2平面几何不变体系的组成规律讨论没有多余约束的几何不变体系的组成规律。IIIIII一个瞬铰约束作用2根链杆约束作用两个刚片之间用三根链杆相连，且三根链杆不交于一点，则组成一个几何不变的整体，且没有多余约束。瞬铰概念2020/1/23五种组成规律，归结为三种基本装配格式3.固定两个刚片的装配方式：1.固定一个结点的装配格式:不共线的两根链杆简单装配格式2.固定一个刚片的装配格式:不共线的铰和链杆或不共点的三链杆联合装配格式不共线的三个铰复合装配格式基本刚片IIII基本刚片I基本刚片基本刚片372020/1/232020/1/2338利用组成规律以两种装配过程构造一般的结构：（1）从基础出发装配基础(基本刚片)→扩大的基本刚片→．．．→体系（2）从内部刚片出发装配一个或几个刚片(基本刚片)→扩大的基本刚片→．．．→与基础装配成体系39.1,2.2,3.1,3例1....1,22,31,31,21,32,3例2例3无多余约束的几何不变体系几何瞬变体系几何瞬变体系III2020/1/232020/1/2340ABCDEFABCDEFACDBEABCDEF例441例5ABCDEFGHIJKLABCDEFGHIJKL.ABCDEFGHIJKL(2,3)(1,3)(1,2)2020/1/2342123456123456123456123456(2,3)123456123456(2,3