建筑结构强度计算方法

建筑结构强度计算方法日期：演讲人：建筑结构强度概述材料力学基础知识静力计算方法动力计算方法有限元法在结构强度计算中应用结构强度评估与优化设计方法工程实例分析与讨论总结与展望contents目录CHAPTER建筑结构强度概述01建筑结构强度是指结构在承受各种外部作用（包括荷载、温度变化、地基沉降等）时，能够保持其整体稳定性、不发生破坏或失稳的能力。确保建筑物在使用过程中的安全性、适用性和耐久性，避免因结构破坏而造成的人员伤亡和财产损失。定义与目的目的定义

结构强度重要性结构安全性的保障结构强度是评估建筑物安全性的重要指标，只有具备足够强度的结构才能承受各种外部作用而不发生破坏。使用功能的保证结构强度不足可能导致建筑物出现裂缝、变形等问题，影响建筑物的使用功能和舒适度。经济性的考虑合理的结构强度设计可以避免不必要的材料浪费和过高的建造成本，提高建筑物的经济性。蠕变破坏结构在长期荷载作用下因材料蠕变而产生的破坏。原因可能是长期荷载导致材料性能逐渐退化或变形累积达到破坏极限。脆性破坏结构在荷载作用下无明显变形而突然发生的破坏，如超筋梁的破坏。原因可能是材料强度不足、截面尺寸过小或荷载过大等。塑性破坏结构在荷载作用下产生较大的塑性变形后发生的破坏，如适筋梁的破坏。原因可能是材料塑性较好、截面尺寸较大或荷载较小等。疲劳破坏结构在反复荷载作用下因疲劳而产生的破坏。原因可能是荷载反复作用导致材料疲劳损伤累积达到临界值。结构破坏形式及原因CHAPTER材料力学基础知识02单位面积上的内力，表示物体内部各部分之间相互作用的强度。应力定义物体在外力作用下产生的形变程度，表示物体尺寸和形状的变化。应变定义应力与应变之间存在一定的比例关系，即胡克定律。应力与应变关系应力与应变概念03弹性力学中的能量原理包括虚功原理和最小势能原理，用于求解弹性体的应力和应变。01弹性力学基本假设物体在外力作用下发生形变，当外力去除后能够恢复原状。02弹性力学基本方程包括平衡方程、几何方程和物理方程，用于描述弹性体的力学行为。弹性力学基本原理研究物体在塑性状态下的力学行为和变形规律。塑性力学基本概念塑性力学基本方程塑性力学分析方法包括屈服准则、流动法则和硬化规律，用于描述塑性体的应力应变关系。包括增量理论、全量理论和极限分析方法，用于求解塑性体的承载能力和变形情况。030201塑性力学简介CHAPTER静力计算方法03建立静力平衡方程根据静力学原理，列出研究对象在三个方向（X、Y、Z）上的静力平衡方程，以及力矩平衡方程。求解静力平衡方程采用代数法或图解法求解静力平衡方程，得到未知量的值。确定研究对象并画出受力图选取需要研究的部分或整体作为对象，分析其受到的所有外力，并画出受力图。静力平衡方程建立与求解建立截面上的静力平衡方程根据静力学原理，列出截面上的静力平衡方程，求解得到截面上的内力值。绘制内力图将求解得到的内力值按照一定的比例绘制成内力图，以便直观地了解内力的分布和变化规律。截取研究对象并画出截面图在研究对象的某一截面上将其“切开”，取出部分或整体作为研究对象，并画出截面图。截面法计算内力123将复杂荷载分解为若干个简单荷载的叠加，以便分别进行计算。分解复杂荷载对每个简单荷载单独建立静力平衡方程，求解得到各自的内力值。单独计算每个简单荷载的作用将每个简单荷载产生的内力进行叠加，得到复杂荷载作用下的总内力值。叠加内力得到总内力叠加原理应用CHAPTER动力计算方法04建立结构动力平衡方程根据结构动力学原理，考虑惯性力、阻尼力和恢复力等因素，建立结构在动力荷载作用下的平衡方程。求解动力平衡方程采用数值方法（如有限差分法、有限元法等）对方程进行求解，得到结构在动力荷载作用下的响应。动力平衡方程建立与求解通过求解结构自由振动方程，得到结构的自振频率和周期，了解结构的固有振动特性。振动频率计算分析结构的振动模态，得到各阶模态的振型、频率和阻尼比等信息，为结构动力响应分析提供基础。模态分析振动频率和模态分析地震波输入根据地震动参数和结构所在场地的地质条件，选择合适的地震波输入到结构中进行动力响应分析。响应分析分析结构在地震波作用下的加速度、速度、位移等响应，评估结构的抗震性能和安全性。同时，可以对结构进行弹塑性分析，了解结构在强震作用下的破坏机制和薄弱环节。地震波输入与响应分析CHAPTER有限元法在结构强度计算中应用05将连续体离散化为有限个单元，单元之间通过节点连接，用较简单的问题代替复杂问题后再求解。原理包括结构离散化、单元特性分析、建立整体平衡方程、求解未知节点位移和计算单元应力等。步骤有限元法基本原理和步骤常见有限元软件介绍及比较通用有限元软件，适用于多物理场及结构、流体、电磁等学科的仿真分析。专注于结构力学和相关领域，具有强大的非线性分析功能。提供多种高级求解技术，适用于高度非线性问题和多物理场耦合分析。各软件在功能、易用性、计算效率和精度等方面存在差异，需根据实际需求选择。ANSYSABAQUSMSC.Marc比较网格划分边界条件处理材料属性设置模型验证复杂结构有限元模型建立技巧01020304合理划分网格，保证计算精度和效率，避免出现畸形网格。准确施加边界条件，包括位移约束、载荷和温度等。根据实际问题设置材料属性，如弹性模量、泊松比和密度等。建立模型后进行验证，确保模型正确性和可靠性。CHAPTER结构强度评估与优化设计方法06承载能力稳定性变形能力疲劳强度结构强度评估指标和标准结构在极限状态下所能承受的最大荷载，是评估结构强度的主要指标。结构在荷载作用下发生变形而不破坏的能力，反映了结构的延性和塑性。结构在荷载作用下保持平衡状态的能力，与结构的几何形状、材料特性等因素有关。结构在交变荷载作用下抵抗疲劳破坏的能力，是评估结构长期使用性能的重要指标。结构重量最轻、材料用量最少、制造成本最低、使用性能最佳等，可根据实际需求选择。优化目标包括结构的几何尺寸约束、材料性能约束、制造工艺约束、使用环境约束等，确保优化结果符合实际要求。约束条件考虑多个优化目标的同时满足，如结构重量和材料用量的双目标优化等。多目标优化结构优化设计目标和约束条件模拟生物进化过程的优化算法，通过选择、交叉、变异等操作寻找最优解。遗传算法粒子群算法模拟退火算法神经网络算法模拟鸟群觅食行为的优化算法，通过个体之间的信息共享和协作寻找最优解。模拟物理退火过程的优化算法，通过概率性地接受劣解来避免陷入局部最优。模拟人脑神经元网络的优化算法，通过学习样本数据的内在规律来预测未知数据。智能优化算法在结构设计中应用CHAPTER工程实例分析与讨论07分析不同桥梁类型（如梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等）的结构特点，以及其在承受荷载时的力学行为。桥梁类型与结构特点考虑桥梁承受的恒载、活载、风载、温度效应等荷载类型，以及它们在不同工况下的组合方式。荷载类型与组合运用材料力学、结构力学等原理，计算桥梁各构件（如主梁、墩台、支座等）的强度、刚度和稳定性。结构强度计算方法结合实际桥梁工程案例，分析结构强度计算方法的应用，以及在实际工程中可能遇到的问题和解决方案。工程案例分析桥梁工程实例分析建筑工程实例分析建筑类型与结构形式工程案例分析荷载类型与组合结构强度计算方法分析不同建筑类型（如住宅、办公楼、商业建筑等）的结构形式，以及其在承受荷载时的力学特点。考虑建筑承受的重力荷载、风荷载、地震作用等荷载类型，以及它们在不同工况下的组合方式。运用建筑结构设计原理，计算建筑各构件（如梁、板、柱、墙等）的承载能力、变形和裂缝控制等。结合实际建筑工程案例，分析结构强度计算方法的应用，以及在实际工程中可能遇到的挑战和优化策略。水利工程实例分析水工建筑物类型与特点分析不同类型的水工建筑物（如大坝、水闸、溢洪道等）的结构特点和功能需求。荷载类型与作用方式考虑水工建筑物承受的水压力、扬压力、浪压力、冰压力等荷载类型，以及它们的作用方式和组合效应。结构强度计算方法运用水工结构力学原理，计算水工建筑物各构件（如坝体、闸墩、胸墙等）的强度、稳定性和安全性。工程案例分析结合实际水利工程案例，分析结构强度计算方法的应用，以及在实际工程中可能遇到的技术难题和解决方案。CHAPTER总结与展望08数值模拟方法广泛应用有限元、离散元等数值模拟方法在结构强度分析中发挥了重要作用，提高了计算精度和效率。新型材料和结构形式的研究对新型材料和结构形式的强度特性进行了深入研究，为工程实践提供了有力支持。强度计算理论不断完善从传统的弹性力学到现代塑性力学、断裂力学等，为建筑结构强度计算提供了更全面的理论基础。主要研究成果总结地震、风、雪等复杂环境下的建筑结构强度问题仍需深入研究。复杂环境下的强度问题材料在极端条件下的非线性行为对结构强度的影响需要进一步探讨。材料非线性行为在提高计