结构力学第2章平面体系的几何组成分析分解.ppt

结构力学 结构力学教研组 青岛理工大学工管系 第二章 平面体系的几何组成分析 2 1概述 本章研究平面杆系结构的基本组成规律和合理形式 根据各类结构的几何组成 选择正确的计算方法和简捷的解题途径 了解和掌握结构的基本组成规律和合理组成形式 正确区分各类体系 判定结构 选择合理的结构形式 其目的在于 几个概念 内部几何不变体系 刚片 几何瞬变体系 几何不变体系 几何可变体系 在不考虑材料的应变引起的结构的微小变形的条件下 体系的几何形状 位置都不改变的 叫作几何不变体系 几何形状和位置改变的叫作几何可变体系 1 几何不变体系 几何可变体系 几何不变体系 几何可变体系 2 内部几何不变体系 若作为几何组成分析的结论 内部几何不变体系指仅除大地外的体系的整体 a b c 3 刚片 在平面问题中 刚性体化为平面内的一个不会有变形的面 则称这个面为刚片 刚片在其平面内 任意两点间的距离都保持不变 对体系加载时 体系在瞬时内发生微小位移 然后便成为几何不变体系 这种体系叫作几何瞬变体系 瞬变体系 4 几何瞬变体系 a b c 注意 瞬变体系在微小荷载作用下也会产生非常大的内力 瞬变体系是绝对不能用来作为结构使用的 2 2平面体系的自由度和约束 什么叫体系的自由度 体系可独立运动的方式叫体系的自由度 所具有的独立运动方式的数目叫体系的自由度数 确定体系的自由度 数 就是确定体系位置所需的独立坐标的数目 即确定平面体系在平面内的位置时所需的独立坐标的数目 平面体系的自由度 在平面内 一个点有两个自由度 一个刚片有三个自由度 a b 约束和多余约束 能减少体系自由度数的装置叫约束 联系 即必要约束 多余约束具有约束的形式 但并不改变体系原有的自由度数 连接两个刚片或两个点的装置叫单约束 1 单约束 a b 1根链杆 单链杆 或1个活动铰支座 相当于1个约束 d c e 1个单铰 或1个固定铰支座 相当于2个约束 a b 1个刚节点 单刚节点 或1个连续杆 梁式杆 或1个固定端 相当于3个约束 a b c 连接三个和三个以上刚片或结点的装置叫复约束 2 复约束 a b c 不改变体系原自由度数的约束叫多余约束 3 多余约束 a b 连接两个刚片的 不直接相连接的两根单链杆构成的联系 叫虚铰 虚铰的铰心在两根链杆 延长线 的交点上 4 虚铰 瞬铰 a b c 虚铰的典型运动特征为 瞬心 从瞬时运动角度来看 刚片1与刚片2的相对运动 相当于绕两链杆的交点处的一个实铰的转动 a b 两平行链杆构成一交点在无穷远的虚铰 其作用相当于无穷远处的一个实铰的作用 2 3平面几何不变体系的基本组成规律 1 基本组成规律的产生 a b c 一个铰接三角形是无多余约束的几何不变体系 或是刚片 或是内部几何不变体系 基本三角形规则 2 平面几何不变体系的基本组成规则 基本三角形规则可用以下 1 2 两个简单组成规则等效 1 两个刚片的组成规则 两刚片规则 两个刚片 用既不全平行 也不全交于一点的3根链杆 或 用1个单铰和1根不通过该单铰中心的链杆 相连 组成无多余约束的几何不变体系 a b c 2 三个刚片的组成规则 三刚片规则 三个刚片 用不全在一条直线上的3个单铰两两相连 组成无多余约束的几何不变体系 a b c 3 二元体规则 将二元体的两端铰B C与任意体系相连 不改变原体系的自由度 显然 从任意体系上拆除一个二元体也不改变原体系的自由度 在任意体系上依次增加 或依次拆除二元体 原体系的自由度数不变 a b 3 基本组成规则中约束方式的影响 利用这两个规则的要点是规则中的三个要素 刚片及刚片数 约束 约束数及约束的方式 结论 当三个链杆平行并且长度相等时 是几何可变体系 当三个链杆平行但长度不全相等时 是几何瞬变体系 两个刚片用三个链杆相连的情况 a b 当三个链杆的一端铰接于一点时 是几何可变体系 当三个链杆的延长线 或轴线搭接 交于一点时 是几何瞬变体系 a b 三个刚片用三个单铰两两相连的情况 当三个单铰在一条直线上时 是几何瞬变体系 见图 例2 1 3 2 4体系几何组成分析示例 例2 4 1 a b 分析图 例2 4 2 b 分析图 a 例2 4 3 b a 分析图 c d e 1 通过本题中的两例可知 当上部体系和大地之间的联系符合两刚片规则时 体系几何组成分析的结论只与上部体系的几何组成有关 因此 当符合此条件时 可仅分析上部体系 说明 2 a 所示体系先去掉与大地的支座约束后 对上部体系可依次去掉二元体213 453 563后 体系简化成一铰接三角形 所以原体系是无多余约束的几何不变体系 3 利用二元体简化体系时 加二元体时 从大地开始或从体系内部开始依次加 减二元体时 必须从体系暴露在最外层的二元体开始依次减 例2 4 4 a 分析图 当可以只分析上部体系时 见图 b c 上部体系中的刚片都可用一根链杆代替 说明 c b 例2 4 5 a 分析图 b c 比较本题两例 由于1 6两处支座约束的改变 两体系中刚片和约束的选取各不相同 灵活 恰当和正确的选取刚片和约束 能简化 精炼分析过程和找出正确的分析途径 说明 例2 4 6 多余约束 a 分析图 对于有多余约束的几何不变体系 可以用去掉约束的方法 使体系成为无多余约束的几何不变体系 所去掉的约束数就是原体系所具有的多余约束数 这种方法叫拆除约束法 说明 例2 4 7 分析图 把四周用连续杆 刚结点及固定端构成的体系叫封闭框 一个封闭框是有3个多余约束的几何不变体系 说明 例2 4 7 分析图 2 5含无穷远虚铰的体系几何组成分析 每个方向有一