平面结构的几何组成ppt课件

1、第三节第三节 荷载分类荷载分类 第一节第一节 构造力学的研讨对象及研讨义务构造力学的研讨对象及研讨义务第四节第四节 平面体系的几何组成分析平面体系的几何组成分析 第二节第二节 平面杆系构造分类平面杆系构造分类1 1、构造及分类、构造及分类0-1 0-1 构造力学的研讨义务及研讨内容构造力学的研讨义务及研讨内容 构造：各类构筑物中，接受荷载而起骨架作用的部分称为构造。构造：各类构筑物中，接受荷载而起骨架作用的部分称为构造。由构件组成：杆、板壳、块体。由构件组成：杆、板壳、块体。 杆件板壳快体按构造的承重骨架：按构造的承重骨架：砖混构造、框架构造、桁架构造、钢构造砖混构造、框架构造、桁架构造、钢构

2、造 1968 1968年建造了双层双线铁路、公路两用桥，正桥长年建造了双层双线铁路、公路两用桥，正桥长15771577米，铁路桥全长米，铁路桥全长67726772米，宽米，宽19.519.5米；工路桥全长米；工路桥全长45894589，宽，宽19.519.5米；公路引桥米；公路引桥30123012米，两端接地部分建有米，两端接地部分建有2222孔的丰富孔的丰富民族特征的双曲拱桥。民族特征的双曲拱桥。19841984年，南京市有关部门将南京长江大桥定为金陵四十景之一，年，南京市有关部门将南京长江大桥定为金陵四十景之一，称为称为“天堑飞虹天堑飞虹天堑飞虹天堑飞虹(1)(1)杆件构造杆件构造(2)(

3、2)板壳构造板壳构造(3)(3)实体构造实体构造按构造构件几何特征：按构造构件几何特征： 杆系构造平面、空间、板壳构造、实体构造、网状构造，杆系构造平面、空间、板壳构造、实体构造、网状构造，.。国家体育场的外观即为建筑的构国家体育场的外观即为建筑的构造，立面与构造到达了完美的一造，立面与构造到达了完美的一致。构造的组件相互支撑，构成致。构造的组件相互支撑，构成了网络状的构架，就象树枝编织了网络状的构架，就象树枝编织的鸟巢。的鸟巢。“鸟巢是由一系列辐射式门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成，构造科学简约，设计鸟巢是由一系列辐射式门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成，构造科学简约，设计新颖独特，为国际上极

4、富特征的巨型建筑。它为新颖独特，为国际上极富特征的巨型建筑。它为2021年奥运会树立了一座独特的历史年奥运会树立了一座独特的历史性的标志性建筑。图为国家体育场性的标志性建筑。图为国家体育场“鸟巢夜景图。鸟巢夜景图。鸟巢俯视图鸟巢俯视图“水立方水立方国家游泳中心。因其外观酷似一个充溢了水泡的蓝色方盒子而得名。国家游泳中心。因其外观酷似一个充溢了水泡的蓝色方盒子而得名。国家游泳中心是一座新颖别致的奥林匹克建筑，它以冰晶状的亮丽身姿，装点景观如画国家游泳中心是一座新颖别致的奥林匹克建筑，它以冰晶状的亮丽身姿，装点景观如画的奥林匹克公园。的奥林匹克公园。水水 立立 方方水立方的内部网状钢构造水立方的内

5、部网状钢构造水立方和鸟巢交相辉映、流光溢彩水立方和鸟巢交相辉映、流光溢彩 主要讲述杆系在静载作用下的内力计算问题。主要讲述杆系在静载作用下的内力计算问题。静定杆系构造静定杆系构造超静定杆系构造超静定杆系构造其次，挪动荷载、动荷载作用下的内力计算问题其次，挪动荷载、动荷载作用下的内力计算问题2 2、构造力学的研讨对象、构造力学的研讨对象3 3、构造力学的义务、构造力学的义务1研讨杆件构造的组成。研讨杆件构造的组成。2研讨杆件构造的特点。研讨杆件构造的特点。3研讨杆件构造在外来要素如荷载、温度变化、支座挪动等作用下研讨杆件构造在外来要素如荷载、温度变化、支座挪动等作用下所产生的内力、位移及其分布规

6、律，为进一步分析构造的强度、刚度、稳所产生的内力、位移及其分布规律，为进一步分析构造的强度、刚度、稳定性打下根底。定性打下根底。11-2 11-2 平面杆系构造的构造分类平面杆系构造的构造分类平面构造和空间构造平面构造和空间构造FAyFBy1 1、按构造的受力特点分类、按构造的受力特点分类梁：受弯构件；有单跨、多跨。梁：受弯构件；有单跨、多跨。桁架：直杆铰接体系桁架：直杆铰接体系拱：在竖向荷载作用下拱：在竖向荷载作用下,可以产生程度推力的构造。可以产生程度推力的构造。刚架：由梁柱组成的构造刚架：由梁柱组成的构造, ,部分或全部结点为刚结点部分或全部结点为刚结点, ,主要接受弯矩、剪力和轴力主要

7、接受弯矩、剪力和轴力组合构造：部分杆只接受轴力组合构造：部分杆只接受轴力, ,而另一部分杆还同时接受弯矩和剪力。而另一部分杆还同时接受弯矩和剪力。2 2、按计算方法分类、按计算方法分类静定构造静定构造超静定构造超静定构造11-3 11-3 荷载分类荷载分类、按作用时间分类：、按作用时间分类：恒载：永久作用在构造上。如构造自重、永久设备分量。恒载：永久作用在构造上。如构造自重、永久设备分量。活载：暂时作用在构造上。如人群、风、雪及车辆、吊车。活载：暂时作用在构造上。如人群、风、雪及车辆、吊车。、按作用性质分类：、按作用性质分类：静力荷载：荷载由零加至最后值，且在加载过程中构造一直坚持静力平衡，即

8、可静力荷载：荷载由零加至最后值，且在加载过程中构造一直坚持静力平衡，即可忽略惯性力的影响。忽略惯性力的影响。动力荷载：荷载大小、方向、作用线随时间迅速变化，计算时要思索构造的动力荷载：荷载大小、方向、作用线随时间迅速变化，计算时要思索构造的惯性力。惯性力。3、按与构造的接触分类：直接荷载，间接荷载。、按与构造的接触分类：直接荷载，间接荷载。11-4 11-4 平面体系的几何组成分析平面体系的几何组成分析1 1、几何组成分析的目的、几何组成分析的目的 建筑中的构造，在荷载作用之前其几何外形是固定不变的，而在荷载作用建筑中的构造，在荷载作用之前其几何外形是固定不变的，而在荷载作用之后整个体系也是相

9、对不动的不思索变形。之后整个体系也是相对不动的不思索变形。 一个几何外形随时都可以发生变化的体系是不能够接受荷载的，即使是有一个几何外形随时都可以发生变化的体系是不能够接受荷载的，即使是有微小的变化也不行。微小的变化也不行。 所以，研讨体系的组成问题至关重要。所以，研讨体系的组成问题至关重要。ADBCP PP PACB几何不变体系几何不变体系无多余约束无多余约束几何可变体系几何可变体系B BA AC CP P瞬变体系瞬变体系P PB BA AC C C CP PS1S1S2S2S1 = S2 =S S=P/(2sin S1 = S2 =S S=P/(2sin ) )P PACB几何不变体系几何

10、不变体系有多余约束有多余约束几何组成分析的目的几何组成分析的目的检查给定体系的几何不变性；检查给定体系的几何不变性；研讨组成几何不变体系的规律。研讨组成几何不变体系的规律。2 2、平面体系的自在度、平面体系的自在度自在度：是用来确定体系运动时所需求的独立自在度：是用来确定体系运动时所需求的独立 座标的数目。座标的数目。O OY YX XA Ax xy yO OY YX XA Ax xy y 联络：当对刚体施加约束时，其自在度将减少。能减少一个自在度的约束称为一个联络：当对刚体施加约束时，其自在度将减少。能减少一个自在度的约束称为一个联络，能减少联络，能减少n n个自在度的约束称为添加了个自在度

11、的约束称为添加了n n个联络。个联络。AO OY YX XO OY YX XAW=3-1=2W=3-1=2W=3-2=1W=3-2=1平面体系计算自在度平面体系计算自在度W W的计算公式：的计算公式：W=3m-2h-rW=3m-2h-rm m：无约束形状下的刚片数；：无约束形状下的刚片数；h h：单铰数目；：单铰数目；r r：链杆数。：链杆数。注：如体系中某个铰与注：如体系中某个铰与n n个刚片相联接，个刚片相联接， 那么该铰相当于那么该铰相当于n-1n-1个单铰。个单铰。O OY YX X单铰：添加两个联络单铰：添加两个联络A AO OY YX X复铰：添加四个联络复铰：添加四个联络A AO

12、 OY YX XO OY YX XA实铰实铰A虚铰虚铰O OBA AC CD DB BE EC CB BA AD DG GE EF FW=3W=3* *3-43-4* *2-1=02-1=0W=3W=3* *5-55-5* *2-5=02-5=0刚体：刚体： 任何荷载作用下外形和大小都不发生改动的物体。任何荷载作用下外形和大小都不发生改动的物体。刚片：刚片： 几何不变的物体或者体系可以是一个刚体也可以是某个体系中的一部分。几何不变的物体或者体系可以是一个刚体也可以是某个体系中的一部分。计算自在度大于零一定几何可变计算自在度大于零一定几何可变; ;假设等于零不一定几何不变。假设等于零不一定几何不

13、变。032333W计算自在度小于零不一定几何不变计算自在度小于零不一定几何不变计算自在度小于零一定有多余约束计算自在度小于零一定有多余约束3 3、无多余约束几何不变体系的组成法那么、无多余约束几何不变体系的组成法那么规那么一：规那么一： 三个刚片用不在一条直线的铰两两相连组成的体系是几何不变体系，且没有多三个刚片用不在一条直线的铰两两相连组成的体系是几何不变体系，且没有多余联络。余联络。几何不变体系几何不变体系虚铰虚铰实铰实铰A AB BC C瞬变体系瞬变体系虚铰在无限远处虚铰在无限远处1、一个虚铰在无限远处、一个虚铰在无限远处几何不变体系几何不变体系几何瞬变体系几何瞬变体系2、两个虚铰在无限

14、远处、两个虚铰在无限远处几何不变体系几何不变体系几何瞬变体系几何瞬变体系3、三个虚铰在无限远处、三个虚铰在无限远处几何瞬变体系几何瞬变体系规那么二：规那么二： 两刚片用一个铰和一根不经过该铰的链杆相衔接，或两刚片用既不完全平行，两刚片用一个铰和一根不经过该铰的链杆相衔接，或两刚片用既不完全平行，也不相交于一点的三根链杆联接，所组成的体系是几何不变体系，且没有多余也不相交于一点的三根链杆联接，所组成的体系是几何不变体系，且没有多余联络。联络。1 12 23 31 12 23 31 12 23 31 12 23 3几何不变体系几何不变体系瞬变体系瞬变体系瞬变体系瞬变体系几何可变体系几何可变体系规那

15、么三：规那么三： 在刚片上加减二元体，构成的体系是几何不变体系，且没有多余联络。在刚片上加减二元体，构成的体系是几何不变体系，且没有多余联络。A AB BC C几何不变体系几何不变体系在体系上添加或者撤除二元体，在体系上添加或者撤除二元体，不改动体系的几何组成性质。不改动体系的几何组成性质。铰接在一同的两根不共线的链铰接在一同的两根不共线的链杆杆.分析下例图中所示体系的几何体系分析分析下例图中所示体系的几何体系分析F FD DA AB BC CE EA AC CD DB BE EA AB BC CD DG GH HE EF F例例11-1 11-1 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成

16、分析解解: : 三刚片三铰相连，三铰不共线，所以该体系为无多余约束的几何不三刚片三铰相连，三铰不共线，所以该体系为无多余约束的几何不变体系变体系. .例例11-2 11-2 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成分析解解: :该体系为无多余约束的几何不变体系该体系为无多余约束的几何不变体系. .方法方法1: 1: 假设根底与其它部分三杆相连假设根底与其它部分三杆相连, ,去掉根底只分析其它部分去掉根底只分析其它部分例例11-3 11-3 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成分析解解: : 该体系为无多余约束的几何不变体系该体系为无多余约束的几何不变体系. .方法方法2: 2: 利

17、用规那么将小刚片变成大刚片利用规那么将小刚片变成大刚片. .例例11-4 11-4 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成分析解解: : 该体系为瞬变体系该体系为瞬变体系. .方法方法3: 3: 将只需两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆将只需两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. .例例11-5 11-5 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成分析解解: : 该体系为常变体系该体系为常变体系. .方法方法4: 4: 去掉二元体去掉二元体. .例例11-6 11-6 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成分析解解: : 该体系为无多余约束几何不变体系该体系为无多余约束几何不变体系. .方法方法5: 5: 从根底部分从根底部分( (几何不变部分几何不变部分) )依次添加依次添加. .例例11-7 11-7 对图示体系作几何组成分析对图示体系作几何组成分析解解: : 该体系为有一个多余约束几何不变体系该体系为有一个多余约束几何不变体系. .方法方法1: 1: 假设根底与其它部分三杆相连假设根底与其它部分三杆相连, ,去掉基去掉基 础只分析其它部分。础只分析其它部分。方法方法3: 3: 将只需两个铰与其它部分相连的