静定结构内力计算

111:02:15PMChap3静定结构内力计算公路桥计算简图1、定义：由单跨梁组合而成的跨越数个跨度的静定梁。一、静定多跨梁211:02:16PMChap3静定结构内力计算一、静定多跨梁基本部分：自身形成几何不变，或可独立承载。附属部分：需依靠基本部分才能维持几何不变。在几何组成过程中，基本部分是先组成的部分，附属部分是后组成的部分。ABC、DEFG为基本部分；CD、GH为附属部分。2、受力分析顺序先附属部分，后基本部分。311:02:16PMChap3静定结构内力计算3、内力计算方法分解：将静定多跨梁拆成单跨梁，按层叠关系做隔离体图求解附属部分求解基本部分叠加法作M图→FQ图→FN图一、静定多跨梁411:02:16PMChap3静定结构内力计算一、静定多跨梁荷载作用在基本部分时，附属部分不受力4、受力特点：荷载作用在附属部分时，基本部分和附属部分都受力511:02:16PMChap3静定结构内力计算ABCDABCD一、静定多跨梁练习ABCDqa2qa2/2M图2qa3qa/49qa/4qa/2qa-+qaqa/47qa/4qa/2qa/2-+-Q图611:02:17PMChap3静定结构内力计算一、静定多跨梁50404040204040M图(kN▪m)711:02:17PMChap3静定结构内力计算计算简图1、定义：由直杆组成，全部结点或部分结点是刚性联结的结构。二、静定平面刚架站台雨棚厂房811:02:17PMChap3静定结构内力计算2、刚架结构的优点：内部空间大，变形小，弯矩分布较为均匀。竖向荷载作用下的M图二、静定平面刚架水平荷载作用下的M图峰值大峰值大峰值减小改刚结峰值减小改刚结911:02:17PMChap3静定结构内力计算3、静定平面刚架的类型（按几何组成）悬臂式二、静定平面刚架简支式三铰式组合式1011:02:18PMChap3静定结构内力计算从几何组成特点看二、静定平面刚架1111:02:18PMChap3静定结构内力计算4、内力计算方法求支座反力和联结处的约束力求控制截面内力叠加法作M图→FQ图→FN图附属部分→基本部分隔离体、力学概念的应用二、静定平面刚架1211:02:18PMChap3静定结构内力计算4.1悬臂刚架、简支刚架4.2三铰刚架（三刚片三单铰体系）二、静定平面刚架整体平衡半边平衡整体平衡支座反力校核1311:02:18PMChap3静定结构内力计算4.3三铰刚架（结构中有虚铰，具体问题具体分析）先求刚片与刚片之间联结处的约束力二、静定平面刚架ABCDEF1411:02:18PMChap3静定结构内力计算二、静定平面刚架4.2三铰刚架（结构中有虚铰，具体问题具体分析）1511:02:18PMChap3静定结构内力计算4.3组合刚架分析几何组成顺序，确定基本部分和附属部分受力分析顺序：附属部分基本部分二、静定平面刚架1611:02:18PMChap3静定结构内力计算5、快速绘制刚架弯矩图（不求或少求支座反力）根据结构特点和荷载特点，利用弯矩与荷载、支承、联结之间的对应关系，可以不求或少求支座反力，迅速绘制出弯矩图。5.1悬臂刚架：可以不求支座反力，由悬臂端开始做内力图。二、静定平面刚架FFF1711:02:19PMChap3静定结构内力计算二、静定平面刚架5.2简支刚架：只须求出一个与杆件垂直的支座反力，然后由支座做内力图。FFF1811:02:19PMChap3静定结构内力计算5.3三铰刚架：只须求出一个水平支座反力，然后由支座做内力图。二、静定平面刚架FFqXA=Fqa/2XB=Fqa/21911:02:19PMChap3静定结构内力计算5.4组合刚架（由基本部分和附属部分组成）附属部分基本部分二、静定平面刚架2011:02:19PMChap3静定结构内力计算总结：如何快速绘制刚架弯矩图①悬臂刚架不求支座反力，从自由端开始作起；②简支刚架只须求出与杆件垂直的反力，由支座开始作起；③三铰刚架只须求水平支座反力，由支座开始作起；④组合刚架要分析几何组成，由附属部分开始作起；⑤熟记常用单跨梁的弯矩图；⑥根据荷载与内力之间的微分关系和增量关系，判断内力图的形状特征；⑦注意结点的平衡条件：结点的力矩平衡条件；⑧对称性的利用。二、静定平面刚架2111:02:20PMChap3静定结构内力计算对称性的利用对称结构：结构构成对称于某一几何轴线（对折后完全重合）结构构成包括：几何形状；连接和支座情况；杆件截面尺寸和材料性质。对称（反对称）荷载：绕对称轴折叠，荷载作用点、大小相同、方向相同（相反）。二、静定平面刚架2211:02:20PMChap3静定结构内力计算二、静定平面刚架对称性的利用对称结构的基本受力特点：①在对称荷载作用下，结构的变形和内力是对称的（轴力图、弯矩图对称，剪力图反对称）；yx（M）yx（FQ）yx（FN）2311:02:20PMChap3静定结构内力计算对称性的利用对称结构的基本受力特点：②在反对称荷载作用下，结构的变形和内力是反对称的（轴力图、弯矩图反对称，剪力图对称）。二、静定平面刚架yx（M）yx（FQ）yx（FN）2411:02:20PMChap3静定结构内力计算三、静定平面桁架1、定义：由若干直杆组成；所有杆件两端均用铰结，几何不变；杆件主要承受轴力。桁架工程实例2511:02:20PMChap3静定结构内力计算2、桁架结构的优点杆截面应力均匀分布，材料效用充分发挥，用材经济，自重较轻，适用于大跨度结构。3、理想桁架的三项基本假定a.各杆在两端用理想铰（光滑而无摩擦）相互联结；b.各杆的轴线均为直线，并通过铰的几何中心；c.荷载和支座反力均作用在结点上。三、静定平面桁架2611:02:20PMChap3静定结构内力计算主内力、主应力——按理想桁架算得的杆件轴力、截面正应力次内力、次应力——由非理想情况引起的杆件内力、截面应力（主要是次弯矩）。工程桁架非理想情况a.结点有一定刚性b.结点处杆轴不完全交于一点c.存在结间荷载工程设计与施工应避免较大的次内力三、静定平面桁架2711:02:21PMChap3静定结构内力计算123456三、静定平面桁架4、平面桁架的分类（按几何组成）a、简单桁架——由基础或一铰结三角形开始，依次增加二元体组成。123452811:02:21PMChap3静定结构内力计算b、联合桁架——由几个简单桁架，按几何不变体系的基本组成法则组成。三、静定平面桁架4、平面桁架的分类（按几何组成）2911:02:21PMChap3静定结构内力计算c、复杂桁架——非上述的其它桁架。三、静定平面桁架4、平面桁架的分类（按几何组成）3011:02:21PMChap3静定结构内力计算5、平面桁架内力分析的基本方法a、结点法——截取桁架的任一个结点为隔离体①从未知力不超过两个的结点开始，依次计算；②简单桁架可按与组成次序相反的顺序进行求解，逐一求得各杆内力。求解未知力：三、静定平面桁架134587623111:02:21PMChap3静定结构内力计算桁架结点平衡的用途：零杆判定，杆件轴力相同或相反的判定a、两杆结点上无外力作用两杆均为零杆b、两杆在一直线上的三杆结点无外力作用侧杆为零杆，同一直线上两杆内力相同三、静定平面桁架FN1FN1FN1=FN2=0FN1FN2FN3FN1=FN2FN3=03211:02:21PMChap3静定结构内力计算三、静定平面桁架零杆判定，杆件轴力相同或相反的判定c、直线交叉四杆结点上无外力作用在同一直线上两杆轴力相同d、侧杆倾角相同的K形结点上无外力作用两侧杆轴力相等，方向相反FN1FN2FN3FN4FN1=FN2FN3=FN4FN1FN2FN3FN4FN1=-FN23311:02:21PMChap3静定结构内力计算三、静定平面桁架利用结构和荷载的对称性来判定零杆a.对称结构受对称荷载对称轴上的K形结点无外力作用时，其两斜杆轴力为零。3411:02:21PMChap3静定结构内力计算利用结构和荷载的对称性来判定零杆b、对称结构受反对称荷载与对称轴垂直的杆轴力为零；与对称轴重合的杆轴力为零。三、静定平面桁架3511:02:21PMChap3静定结构内力计算三、静定平面桁架零杆判定练习P结构对称，荷载对称结构对称，荷载反对称3611:02:22PMChap3静定结构内力计算b、截面法——截取桁架的一部分（包含两个以上结点）为隔离体，应用平衡条件求解。三、静定平面桁架求FN34,FN35II由∑Fy=0,得FN34=0由M4=0,得FN35=03711:02:22PMChap3静定结构内力计算三、静定平面桁架b.截面法——特殊截面的选择求FNa3811:02:22PMChap3静定结构内力计算三、静定平面桁架c、截面法和结点法的联合应用——将截面与结点的平衡条件联立求解（先求联系杆或联系铰处的内力）某杆的内力仅凭一个结点或一个截面无法求得∑Fy=0得a、c杆内力关系C3911:02:22PMChap3静定结构内力计算四、静定组合结构结构特点由链杆、刚架杆联合组成链杆（拉压杆、二力杆）：仅受轴力刚架杆：受弯矩、剪力和轴力结构分析：反力→链杆轴力→刚架杆内力注意：区分两类不同性质的杆件下撑式三铰组合屋架悬吊式桥梁4011:02:22PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱1、定义：在竖向荷载作用下产生水平推力的曲杆结构。2、拱的分类静定拱三铰拱拉杆三铰拱超静定拱两铰拱无铰拱4111:02:23PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱3、拱的基本受力特征：在竖向荷载作用下，支座处有水平推力产生。在竖向荷载作用下，水平推力的有无是拱与梁的基本区别。三铰拱曲梁水平推力由拉杆提供有水平推力产生三铰拱支座处无水平推力4211:02:23PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱4、拱式结构的优、缺点优点：1、构件主要受压，截面弯矩、剪力小；2、营造曲线美，净空高度大，能跨越大跨度。缺点：1、拱对基础或下部结构施加水平推力，增加了下部结构的材料用量；2、拱具有曲线形状，施工较麻烦。4311:02:23PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱5、三铰拱各部分的名称4411:02:23PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱6、三铰拱的内力计算代梁：同跨度、同荷载的简支梁其反力和内力：FyA0、FyB0；Mc0、FQc0支座等高三铰拱受竖向荷载支座反力结论：a、支座反力仅与三铰位置(跨度、矢高）有关，而与拱轴形状无关；b、支座竖向反力与代梁反力相同；c、支座水平反力与矢高f成反比。整体平衡半边平衡由∑Mc=0得FxA=FxB=Fx=Mc0/f4511:02:23PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱支座等高三铰拱受竖向荷载内力内力图内力方程、点绘法可在水平投影线上绘制K截面力矩平衡K点法线方向力平衡K点切线方向力平衡4611:02:24PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱剪力大大减小4711:02:24PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱7、合理拱轴线定义：在给定荷载作用下，使拱处于无弯矩（M=0,FQ=0,只有FN，均匀受压）状态的轴线称为合理拱轴线。0A0yFMMxKKA0xKFMy方程：适用：支座等高三铰拱在竖向荷载作用下。结论：荷载不同，合理拱轴线不同。对拱的轴线形式y加以选择，就有可能使拱处于无弯矩状态。=04811:02:24PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱常用合理拱轴线1、竖向均布荷载02qKFMxlxA0xKFMy208qcxAFlMFffFAB24fyxlxl结论：三铰拱在沿水平线均布的竖向荷载作用下，合理拱轴线为具有不同矢跨比的一组抛物线。4911:02:24PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱常用合理拱轴线2、法向均布荷载（均匀水压力）结论：三铰拱在均匀水压力作用下，合理拱轴线为圆弧曲线。qrFN轴力为常数5011:02:24PMChap3静定结构内力计算五、三铰拱常用合理拱轴线3、填土荷载ch1cqxAFyxF结论：三铰拱在填土