《结构力学》授课教案(1).ppt
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1、.,1,结构力学授课教案,structural mechanics,civil engineering,.,2,目录,第一章 绪论第二章 平面结构的几何构 造分析第三章 静定梁和静定刚架第四章 三铰拱第五章 静定平面桁架第六章 静定结构总论第七章 影响线第八章 结构的位移计算,.,3,第 九 章 力法原理及其应用第 十 章 用力法计算超静定拱第十一章 位移法第十二章 渐近法及超静定结构的影响线第十三章 矩阵位移法第十四章 杆件结构的虚功原理与能量原理 第十五章 超静定结构总论第十六章 结构力学的研究方法和能力培养附录I 连续梁和和平面刚架程序的框图和源程序,目录(续),.,4,第一章 绪论(2
2、小时),chapter 1 introduction,.,5,1-1 结构力学的学科内容和教学要求,.,6,1、什么是结构:结构是建筑物和工程设施中承受、传递荷载的骨架,承载部分与非承载部分,力的传递关系2、结构的分类(几何):杆系结构:结构构件一个方向的尺寸远大于另外两个方向的尺寸,例 板壳结构:结构构件一个方向的尺寸远小于另外两个方向的尺寸,例 实体结构:结构构件三个方向的尺寸相差不大,例,.,7,3、结构力学的研究内容:(形式、简图、强度、刚度、稳定、动力反应),针对杆系结构,研究 1)研究结构组成规律与合理形式,实际结构计算简图的合理选择;2)研究结构内力和变形的计算方法,进行结构强度
3、与刚度验算;3)研究结构的稳定性以及在动力荷载下的结构反应;,.,8,4、结构力学的研究方法,1)力系的平衡条件或运动条件 2)变形的几何连续条件 3)应力与变形间的物理条件(本构方程)一般直接应用上述三个条件求解,称为“平衡几何”解法,此解法也可采用虚功和能量形式表达,称为“虚功能量”解法,.,9,5、结构力学与其它课程的关系:,理论力学:材料力学:结构力学:弹塑性力学:有限元方法:钢结构、钢筋混凝土结构:实际结构选型、计算简图选取、结构设计,.,10,6、结构力学的学习方法与能力培养,1)分析能力:选择计算简图,平衡分析,变形分析,选择计算方法 2)计算能力:按步骤计算,结果判断,程序计算
4、,作习题(大量)3)自学能力:消化已学知识,摄取新知识 4)表达能力:作业,计算书(整洁、清晰),.,11,7、本课程主要教学内容:,结构的计算简图与几何组成分析,静定梁、刚架、桁架、拱、组合结构的内力与位移计算及其影响线,超静定结构计算的力法、位移法、力矩分配法和矩阵位移法;,.,12,1-2 结构的计算简图及简化要点,1、计算简图:代替实际结构的简化计算模型 要素:轴线及尺度,截面形式、尺寸及材料性质,支座,结点,荷载及类型,.,13,2、简化原则切合实际(反映主要特征)、便于计算(略去次要因素),1)结构体系的简化:平面、空间 2)杆件的简化:轴线 3)杆件间连接的简化:铰结点、刚结点(
5、例图)4)结构与基础间连接的简化:滚轴支座、铰支座、定向支座、固定支座(例图)5)材料性质的简化:连续、均匀、各向同性、完全弹性 6)荷载的简化:体积力、表面力 7)实例(P 6,7),.,14,1-3 杆件结构的分类,1、按几何与受力特征分:梁受弯构件,直杆、单跨、多跨 拱曲轴、有水平推力 桁架铰接二力杆(直杆)、轴力 刚架直杆、刚结点(MQN)组合结构梁式杆和二力杆 P8上图2、按计算方法分静定结构、超静定结构3、按维数分平面结构、空间结构(P8下图),.,15,4、工程分类:,钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构等 框架结构、排架结构、拱结构、斜拉结构、悬索结构等 大跨度结构、多层结构、高层
6、结构、塔桅结构、实体结构等,.,16,1-4 荷载的分类,按时间分:恒载(自重、土压力),活载(风雪)按性质分:静力荷载(自重)、动力荷载(冲击、地震)按位置分:固定荷载(自重、风雪)、移动荷载(车辆),.,17,1-5 方法论(I)学习方法,对结构力学的初步认识 重点是简图、杆件结构分类,.,18,第二章 平面结构的几何构造分析(4小时),.,19,2-1 几何构造分析的几个概念,.,20,1、几何不变体系:在不考虑材料应变的条件下,体系的位置和形状是不能改变的;例:简支梁、门式刚架2、几何可变体系:在不考虑材料应变的条件下,体系的位置和形状是可以改变的;例:上例拆约束3、瞬变体系(属几何可
7、变体系):瞬时可变体系(危险)例:|o-o-o|4、自由度:描述体系运动状态所需要的独立坐标数例:点、片5、约束:对运动的限制,.,21,一个滚轴支座、一个连杆:相当于一个约束例:简支梁、门架 一个铰支座、一个铰:相当于两个约束例:简支梁、三铰刚架一个固定支座、一个刚结点:相当于三个约束例:两刚片、悬臂刚架6、多余约束:不能减少体系自由度的约束(并非多余)例:连续梁7、瞬铰:瞬时转动中心(虚,为几何构造分析用)例:地、梁与非平行两杆,.,22,2-2 几何不变体系的组成规律,.,23,1、规律1:一点与一刚片用不共线两链杆相连,组成无多余约束几何不变体系2、规律2:两刚片用不共线一铰和一链杆相
8、连,组成无多余约束几何不变体系3、规律3:三刚片用不共线三铰两两相连,组成无多余约束几何不变体系4、规律4:两刚片用不共点三链杆相连,组成无多余约束几何不变体系 总规律:三角形规律5、装配原则:从基础开始、从内部开始(基本三角形)6、例题(例题与习题),.,24,2-3 平面杆件体系的计算自由度,W=(各部件的自由度总和)-(全部约束数)梁、刚架:W=3m-(3g+2h+b)(复合结点)桁架:W=2j-b 组合结构:W=(3m+2j)-(3g+2h+b)(复合结点)判别:W0,体系几何可变 W=0,不定,.,25,2-4小结,重点:几何不变、几何可变,有无多余约束、有几个、哪些是,.,26,第
9、三章 静定梁和静定刚架(8小时),.,27,-梁的内力计算的回顾(0.5小时),、截面的内力分量及其正负号规定(MQN)、截面法:取隔离体、加全部外力和未知力、荷载与内力之间的微分关系:微分关系在内力图形上的反映:在某一段上q=0,则Q为常量,M为斜直线 在某一段上q为常量,Q为斜直线,M为二次抛物线(凸向同q方向),.,28,、荷载与内力之间的增量关系:,内力图的局部变化:q改变,Q,M斜率改变 Px作用,N突变 Py作用,Q突变,M斜率改变 M作用,M突变、荷载与内力之间的积分关系:微分关系的反变换 例:P45下习题3-2,.,29,-分段叠加法作弯矩图(1.5小时),关键:确定控制截面、
10、计算弯矩,叠加简支梁弯矩(纵坐标叠加)作图:按比例作图,标注图名、单位、数值(控制点、曲线顶点)例题:P29,30,和习题,.,30,-静定多跨梁(2小时),关键:分清基本部分与附属部分,从附属部分入手,注意力的传递关系种类:简支梁、悬臂梁、伸臂梁、多跨梁、斜梁、曲梁例题:,.,31,-静定刚架(3小时),、刚架的特点:几何(有刚结点、内部空间大),内力(MQN)、求解步骤:求支座反力:从附属部分开始计算例P36、37 求各杆的杆端内力:截面法 作内力图:叠加法、刚架类型:悬臂刚架、简支刚架、三铰刚架、复杂刚架、斜刚架、空间刚架、例题:多层刚架、多跨刚架、例题与习题,.,32,-小结,梁与刚架
11、内力计算及绘图要点:、先求支座反力和约束力、求杆端弯矩和控制截面弯矩,叠加法作弯矩图,画于受拉侧,标注数值、求杆端剪力和控制截面剪力,作剪力图,标注数值和正负号、求杆端轴力和控制截面轴力,作轴力图,标注数值和正负号、内力图校核,通过结点平衡进行校核,.,33,第四章 三铰拱(1小时),.,34,-三铰拱的支座反力和内力(有无拉杆),、三铰拱的基本参数:L,f,轴线函数y=f(x);类型:基本、拉杆;、支座反力:、内力计算:、受力特点:推力、弯矩小、轴力大、应力均匀;推力大,.,35,-三铰拱的压力线,.,36,-三铰拱的合理轴线,合理拱轴线竖向荷载:,.,37,第五章 静定平面桁架(4小时),
12、.,38,-桁架的特点和组成(0.5小时),计算简图:假设:1铰接点,2直轴线过铰心,3结点荷载 内力:轴力组成分类:简单桁架,联合桁架,复杂桁架,.,39,-结点法、截面法及其联合应用(2.5小时),、三角关系轴力符号:拉正,压负斜杆轴力:、结点法零杆判别:1两杆不共线、无荷载,2 两杆不共线、有荷载,3 三杆两共线;,.,40,、截面法用于求解个别指定杆件内力时采用;一般情况下截断三个杆件、可以求解全部未知量;特殊情况下,截断多根杆件(除一根外、其余平行或相交)也可以求得某杆内力、结点法与截面法的联合应用,.,41,-组合结构的计算(1小时),注意组合结点,看书上例题,.,42,第六章 静
13、定结构总论(1小时),.,43,6-1 静定结构受力分析的方法,基本原则:分清基本部分与附属部分,先求反力和约束力,再求控制界面内力,方法是:截面法、取隔离体、列平衡方程;,.,44,6-2 几何构造与静力特性的关系,几何不变无多余约束静定;有多余约束超静定,.,45,6-3 零载法,一种几何构造分析方法,.,46,6-4刚体体系的虚功原理,1、虚功原理:设某体系受任意平衡力系作用,又设该体系发生约束允许的无限小刚体位移,则主动力在位移上所作的虚功总和恒等于零。“虚功”是指作功的“力”与“位移”可以没有关系虚功原理的应用有两种:虚设位移求力;虚设力系求位移2、应用虚功原理求静定结构反力和内力虚
14、功的正负号:力与位移的方向一致时乘积为正(P95、5、6、反力、内力例题),.,47,6-5 静定结构的一般性质,1、温度改变、支座移动、制造误差等因素在静定结构中不引起内力2、静定结构具有局部平衡特性3、在静定结构中可以作荷载等效替换4、在一定条件下,静定结构中的局部结构可以进行构造变换,.,48,6-6 各种结构形式的受力特点,1、梁:2、刚架:3、桁架:4、拱:5、组合结构:,.,49,第七章 影响线(6小时),.,50,7-1 移动荷载和影响线的概念(0.5小时),移动荷载的实例,荷载的最不利位置,单位移动荷载P=1 例:简支梁,求RB影响线,应用:多个荷载作用,叠加法影响线是影响系数
15、的图形,Z=Z/P 影响线的特点:X坐标表示荷载作用的位置,Y坐标表示影响系数 荷载的位置是变化的,内力或反力的截面是固定的(与M图比),.,51,7-2 静力法作简支梁的影响线(取隔离体,列方程的方法)(1.5小时),1、支座反力的影响线2、剪力影响线(分段)3、弯矩影响线(分段)参看伸臂梁影响线例题(P110),.,52,7-3 结点荷载作用下梁的影响线(1小时),对应与主次梁体系中主梁的影响线(参见P111图)1、支座反力的影响线 2、结点内力影响线 3、结间内力影响线注意结间内力影响线用斜直线相连(加以说明),.,53,7-4 静力法作桁架的影响线(1小时),与结点荷载作用下梁的影响线
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