土木工程力学结构的计算简图及分类PPT课件

1、1 2021-10-29学习探究第1页/共60页2 2021-10-29补充知识补充知识 结构的计算简图及分类结构的计算简图及分类第2页/共60页3 2021-10-29一、知识回顾一、知识回顾1、柔体约束反力方向沿着绳子背离物体2、光滑接触面约束公法线及反力画法3、圆柱铰链约束四选一4、链杆约束（链杆和二力杆的异同）5、支座11种表达及其反力画法第3页/共60页4 2021-10-29 受力图 选研究对象，； 首先； 明确研究对象所受周围的约束，然后再； 检查是否含有二力杆，如果有;必要时用二力平衡公理、三力平衡汇交定理确定某些约束力的指向。第4页/共60页5 2021-10-29第5页/共

2、60页6 2021-10-29结构平面杆系结构杆件的截面尺寸远小长度特点板壳结构块体结构杆系结构承受荷载起骨架作用的构件或由其组成的整体概念分类一、结构的计算简图建筑结构第6页/共60页7 2021-10-29计算简图选择的原则计算简图选择的原则：1、尽可能符合实际计算简图应能反映实际结构的主要受力和变形性能2、尽可能简单计算简图要便于计算计算简图计算简图：指对实际结构进行简化，表现主要特点略去次要因素，用一个简化图形来代替实际结构，这简化图形就称为实际结构的计算简图。一、结构的计算简图第7页/共60页8 2021-10-29实际结构简化的过程实际结构简化的过程计算简图1结构体系的简化2杆件的

3、简化3节点的简化4支座的简化5荷载的简化第8页/共60页9 2021-10-29结构体系的简化结构体系的简化3 3 1 1空间结构空间结构平面结构平面结构框架结构第9页/共60页102021-10-29排架结构空间结构空间结构平面结构平面结构第10页/共60页112021-10-29杆件的简化杆件的简化3 3 2 2以轴线（粗实线）表示以轴线（粗实线）表示立体平面粗线当截面尺寸增大时，将引起较大误差。当截面尺寸增大时，将引起较大误差。如：超过长度的如：超过长度的1/41/4。第11页/共60页122021-10-29杆件的简化杆件的简化3 3 2 2以轴线（粗实线）表示以轴线（粗实线）表示柱基

4、础屋架实例1-屋架第12页/共60页132021-10-29杆件的简化杆件的简化3 3 2 2以轴线（粗实线）表示以轴线（粗实线）表示柱第13页/共60页142021-10-29两铰刚架实例2刚架杆件的简化杆件的简化3 3 2 2以轴线（粗实线）表示以轴线（粗实线）表示第14页/共60页152021-10-29三铰刚架实例3刚架杆件的简化杆件的简化3 3 2 2以轴线（粗实线）表示以轴线（粗实线）表示第15页/共60页162021-10-29节点节点杆件之间的连接杆件之间的连接杆件与基础的连接杆件与基础的连接支座支座杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化第16页/共

5、60页172021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化节点的类型： 铰节点 刚节点第17页/共60页182021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化铰铰节点实例节点实例上图的木屋架通过预埋在柱子或墙内的螺栓与柱或墙相连接，屋架与柱不能发生相对位移，但仍然有可能发生微小的相对转动，故常把这种节点简化为铰节点。第18页/共60页192021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化铰铰节点实例节点实例上图的钢筋混凝土屋架，其端部与柱顶都有事先预埋的钢板，吊装就位后，把钢板焊在一起

6、。屋架与柱不能发生相对位移，但仍然有可能发生微小的相对转动，故常把这种节点简化为铰节点。第19页/共60页202021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化刚刚节点实例节点实例上图(a)所示为现浇钢筋混凝土框架顶层节点的构造。因梁与柱在节点处，是用混凝土现浇成整体，且配置适量钢筋，故在节点处，梁与柱既不能相对移动又不能相对转动，此时便把该节点简化为刚节点，如图(b)所示。第20页/共60页212021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3铰节点铰节点不能相对移动，可以相对转动不能相对移动，可以相对转动可以传递力，但不能传递弯矩可以传递

7、力，但不能传递弯矩节点的简化节点的简化第21页/共60页222021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化铰节点连接的杆件受到荷载作用而产生变形时，铰节点处各杆件的夹角会发生改变，约束反力用两对互相垂直、等大反向的力表示。C第22页/共60页232021-10-29刚节点刚节点不能相对移动和转动不能相对移动和转动可以传递力和弯矩可以传递力和弯矩杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化第23页/共60页242021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化刚节点连接的杆件受到荷载作用而产生变形时

8、，刚节点处各杆件的夹角不会发生改变，约束反力用两对互相垂直、等大反向的力加上两对力偶矩表示。第24页/共60页252021-10-29杆件间连接的简化杆件间连接的简化3 3 3 3节点的简化节点的简化不完全铰节点部分刚节、部分铰节的节点称为半铰或复合铰节点。第25页/共60页262021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化3 3 4 41.1.可动绞支座可动绞支座可以转动和水平左右移动，但不能竖向上下移动。可以转动和水平左右移动，但不能竖向上下移动。提供垂直于支撑面的竖向约束反力提供垂直于支撑面的竖向约束反力支座的简化支座的简化yF第26页/共60页272021-10-29

9、可动铰支座Fy第27页/共60页282021-10-292.2.固定铰支座固定铰支座可以转动，但不能竖向移动和水平移动。可以转动，但不能竖向移动和水平移动。提供竖向和水平约束反力。提供竖向和水平约束反力。固定铰支座固定铰支座yFxF第28页/共60页292021-10-293.3.固定端支座固定端支座不能竖向移动、水平移动和转动。不能竖向移动、水平移动和转动。提供竖向、水平约束反力和约束力矩提供竖向、水平约束反力和约束力矩yFxFM第29页/共60页302021-10-29预制钢筋混凝土柱插入杯形基础的两种施工方法第30页/共60页312021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接

10、的简化3 3 4 4支座的简化支座的简化在杯口四周填入沥青麻丝，柱端可发生微小转动，则可简化为固定铰支座。第31页/共60页322021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化3 3 4 4支座的简化支座的简化当杯口四周用细石混凝土填实、地基较好且基础较大时，可简化为固定支座。第32页/共60页332021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化3 3 4 4支座的简化支座的简化一根两端支承在墙上的钢筋混凝土梁，受到均布荷载的作用，对这样一个最简单的结构，如果要严格按实际情况去计算，是很困难的。因为梁两端所受到的反力沿墙宽的分布情况十分复杂，反力无法确定。第33

11、页/共60页342021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化3 3 4 4支座的简化支座的简化如何选择比较符合实际的计算简图，先要分析梁的变形情况。因为梁支承在砖墙上，其两端均不可能产生垂直向下的移动，但在梁受压时，弯曲变形导致两端能够产生微小转动；整个梁不可能在水平方向移动，但在温度变化时，梁端能够产生热胀冷缩。第34页/共60页352021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化3 3 4 4支座的简化支座的简化梁的支座作如下简化处理：通常在一端墙宽的中点设置固定铰支座，在另一端墙宽的中点设置可动铰支座，用梁的轴线代替梁，就得到了简支梁的计算简图。q梁右

12、端的可动铰支座体现了梁在温度变化下的热胀冷缩，左端的固定铰支座体现了梁不能在水平方向移动但却可以在梁受压时由于弯曲变形导致梁两端能够产生微小转动的事实。第35页/共60页362021-10-29结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化3 3 4 4支座的简化支座的简化这个计算简图反映了：梁的两端不可能产生垂直向下移动但可转动的特点；左端的固定铰支座限制了梁在水平方向的整体移动；右端的可动铰支座允许梁在水平方向的温度变形。这样的简化既反映了梁的实际工作性能及变形特点，又便于计算。这就是所谓的简支梁。q第36页/共60页372021-10-29荷载的简化荷载的简化3 3 5 5体积力体积力表面

13、力表面力自重等自重等风、雪荷载等风、雪荷载等简化为作用于轴线上的集中荷载或均布荷载简化为作用于轴线上的集中荷载或均布荷载荷载：作用在结构或构件上的主动力。如重力、风压力、雪压力等。作用面积不大：按集中荷载考虑；作用面积较大：按分布荷载考虑。第37页/共60页382021-10-29l结构的计算简图举例第38页/共60页392021-10-29第39页/共60页402021-10-29二、荷载的分类及计算荷载可以根据不同的特征进行分类荷载可以根据不同的特征进行分类第40页/共60页412021-10-29依据荷载作用时间的久暂依据荷载作用时间的久暂3 3 1 1恒载：恒载：长期作用在结构上的不变

14、荷载长期作用在结构上的不变荷载，如结构的自重或土压力。，如结构的自重或土压力。活载：活载：在建筑物施工和使用期间可能存在的可变在建筑物施工和使用期间可能存在的可变荷载荷载，如楼面荷载、屋面荷载、雪载和风载等。，如楼面荷载、屋面荷载、雪载和风载等。二、荷载的分类及计算第41页/共60页422021-10-29依据荷载作用时间的久暂依据荷载作用时间的久暂3 3 1 1结构的自重计算公式结构的自重计算公式二、荷载的分类及计算自重=重力密度（N/m3）体积（m3）砖的重力密度=19（KN/m3）水泥砂浆的重力密度=20（KN/m3）第42页/共60页432021-10-29楼面活荷载楼面活荷载应依据楼

15、面活荷载应依据建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范进行设计，如教室规定为进行设计，如教室规定为2.0 KN/m2 。第43页/共60页442021-10-29依据在结构上的分布情况依据在结构上的分布情况3 3 2 2集中荷载：集中荷载：当荷载的作用范围很小，此时可以认为荷载全部集中作用在一点当荷载的作用范围很小，此时可以认为荷载全部集中作用在一点上，即称之为集中荷载上，即称之为集中荷载，如汽车轮压。单位：，如汽车轮压。单位：N或或KN。分布荷载：分布荷载：满布在结构某一表面上的荷载满布在结构某一表面上的荷载，又分为均布荷载和非均布荷载。，又分为均布荷载和非均布荷载。如楼面荷载、雪载等。如楼面荷载、

16、雪载等。二、荷载的分类及计算第44页/共60页452021-10-29依据在结构上的分布情况依据在结构上的分布情况3 3 2 2分布荷载：分布荷载：满布在结构某一表面上的荷载满布在结构某一表面上的荷载，又分为均布荷载和非均布荷载。，又分为均布荷载和非均布荷载。如楼面荷载、雪载等。如楼面荷载、雪载等。二、荷载的分类及计算分布荷载按照形态又分为以下分布荷载按照形态又分为以下3 3种：种：体分布荷载；面分布荷载；线分布荷载。体分布荷载；面分布荷载；线分布荷载。第45页/共60页462021-10-29吊车梁上的荷载吊车梁牛腿吊车轮第46页/共60页472021-10-29依据荷载的作用性质依据荷载的

17、作用性质3 3 3 3静力荷载：数量、方向和位置不随时间变化或静力荷载：数量、方向和位置不随时间变化或 变化极为缓慢，不使结构产生显著变化极为缓慢，不使结构产生显著 的加速度。如自重和其他恒载。的加速度。如自重和其他恒载。动力荷载：随时间迅速变化或在短暂时段内突动力荷载：随时间迅速变化或在短暂时段内突 然作用或消失的荷载，使结构产生然作用或消失的荷载，使结构产生 显著的加速度，要考虑惯性力的影显著的加速度，要考虑惯性力的影 响，如冲击荷载、地震力等。响，如冲击荷载、地震力等。第47页/共60页482021-10-29第48页/共60页492021-10-29平面杆系按结构的计算简图分类平面杆系

18、按结构的计算简图分类受弯构件受弯构件其轴线通常为直线其轴线通常为直线可以是单跨的或多跨的可以是单跨的或多跨的梁梁3 3 1 1第49页/共60页502021-10-29梁梁3 3 1 1第50页/共60页512021-10-29刚架刚架3 3 2 2由直杆组成，各杆主要受弯曲变形。由直杆组成，各杆主要受弯曲变形。其节点通常为刚节点。其节点通常为刚节点。第51页/共60页522021-10-29刚架刚架3 3 2 2第52页/共60页532021-10-29拱拱3 3 3 3轴线为曲线轴线为曲线, ,以压缩变形为主。以压缩变形为主。力学特点是在竖向荷载作用下有水平支座反力力学特点是在竖向荷载作用下有水平支座反力第53页/共60页542021-10-29桁架桁架3 3 4 4由直杆组成，三角形单元。由直杆组成，三角形单元。所有节点都为铰节点所有节点都为铰节点第54页/共60页552021-10-29桁架桁架3 3 4 4第55页/共60页562021-10-29组合结构组合结构 3 3 5 5是桁架和梁或刚架组合一起形成的结构是桁架和梁或刚架组合一起形成的结构第56页/共60