《结构基本计算原理》课件

《结构基本计算原理》课件介绍本课件将深入探讨结构基本计算原理，包括结构力学的基本概念、计算方法和应用。课程内容涵盖静力学、材料力学、结构分析等方面，并结合实际工程案例进行讲解。什么是结构支撑作用结构的主要功能是支撑和承受负载，确保建筑物的稳定性和安全性。抵抗变形结构能够抵抗外力的作用，防止建筑物过度变形或坍塌。传递载荷结构将外部负载传递到基础，保证建筑物的安全性和使用寿命。结构的组成部分基础结构的基础是结构的底部，承载整个结构的重量，将结构的荷载传递到地基上。柱柱是垂直的构件，主要用于支撑上部结构的荷载。梁梁是水平的构件，主要用于支撑楼板、屋顶等。墙墙是围护结构，用于分隔空间，保护内部环境。力的概念和分类力的概念力是物体之间的相互作用。物体之间发生相互作用时，就会产生力，力是使物体产生形变或运动的原因。力的分类力可以根据力的性质、作用方式、作用效果等进行分类。根据力的性质，力可以分为重力、弹力、摩擦力、压力、拉力等。根据力的作用方式，力可以分为集中力、分布力等。力的表示方法力可以用大小、方向和作用点三个要素来表示。可以用箭头来表示力的大小、方向和作用点。箭头长度表示力的大小，箭头方向表示力的方向，箭头起点表示力的作用点。力的作用11.力的方向力具有大小和方向，力的方向决定了物体运动的方向。22.力的作用点力的作用点是指力作用在物体上的位置，力的作用点决定了力的作用效果。33.力的效果力的作用可以改变物体的运动状态，使其加速、减速或改变运动方向。44.力的平衡当作用在物体上的合力为零时，物体保持静止或匀速直线运动。力的合成与分解力的合成多个力共同作用于物体，可以合成一个等效力。平行四边形法则以两个力为邻边作平行四边形，对角线表示合力方向和大小。力的分解将一个力分解为两个或多个分力，满足合成后的力等于原力。正交分解将力分解为互相垂直的两个分力，方便计算和分析。平面力系的平衡条件平面力系是指所有力都作用在一个平面上的力系。平面力系的平衡条件是指，当作用在物体上的所有力相互平衡时，物体将保持静止或匀速直线运动。平面力系的平衡条件可以用以下两个方程式表示:1∑X=0水平方向上的力之和为零2∑Y=0垂直方向上的力之和为零这两个方程式表明，物体在水平和垂直方向上都处于平衡状态。只有满足这两个条件，物体才能保持静止或匀速直线运动。满足这两个条件的力系称为平衡力系。空间力系的平衡条件空间力系是指作用在刚体上的力，这些力在空间中具有不同的方向和大小。空间力系平衡条件是指当作用在刚体上的所有力合力为零时，刚体处于平衡状态。空间力系平衡条件可分为三个独立的方程：∑Fx=0，∑Fy=0，∑Fz=0。这三个方程分别表示作用在刚体上的所有力的水平分量、垂直分量和纵向分量的合力为零。空间力系平衡条件的应用范围很广，例如建筑结构、机械设计、航空航天等领域。集中力系的平衡条件条件一所有外力的合力为零。条件二所有外力的合力矩为零。集中力系是指作用于刚体上的几个集中力组成的力系。当集中力系满足上述两个条件时，该力系处于平衡状态。分布力系的平衡条件分布力系是指作用在物体上，且沿某一方向分布的力。例如，建筑物屋顶上的雪荷载，就属于分布力系。分布力系的平衡条件是指，当作用于物体上的分布力系满足一定条件时，物体将处于平衡状态。平衡条件公式合力为零∑F=0合力矩为零∑M=0内力与外力外力外力是作用于结构的外部力量，如重力、风力、地震力等。内力内力是结构内部各部分之间相互作用的力，是外力的平衡力。静定结构与静不定结构静定结构仅用平衡方程即可求解内力。结构中未知力数目等于独立平衡方程数目。静不定结构平衡方程不足以确定结构内力。需要考虑变形协调方程或其他补充条件。静定结构的计算1建立平衡方程利用力的平衡条件2求解未知力解方程组得到结果3确定受力情况分析结构中各部分受力静定结构的计算是根据结构的几何关系和受力情况，利用力的平衡条件和材料力学的基本原理来求解结构内部力和位移等参数。力的分布图力的分布图是描述结构体上外力分布情况的图形。它可以直观地反映外力的大小、方向和作用点，帮助工程师理解结构的受力状态。力的分布图通常包括荷载的类型、大小、方向和作用点等信息。内力图的绘制内力图是用来表示结构中各截面内力大小和方向的图形。内力图可以帮助工程师了解结构的受力情况，以及在结构设计中需要考虑哪些因素。绘制内力图需要先进行受力分析，确定结构的内力分布情况。然后，根据内力分布情况，将内力大小和方向绘制在结构的截面上，形成内力图。内力图可以分为三种：弯矩图、剪力图和轴力图。弯矩图表示结构中各截面上的弯矩大小和方向；剪力图表示结构中各截面上的剪力大小和方向；轴力图表示结构中各截面上的轴力大小和方向。受力分析的步骤1确定研究对象明确分析的目标结构或构件，并确定其边界和约束条件。2绘制受力图将所有作用在研究对象上的外力，包括集中力、分布力和约束力，清晰地标示在受力图上。3进行力的分解将所有外力分解为水平和垂直分力，以便更好地分析力的平衡和传递。4应用平衡方程根据力的平衡原理，建立平衡方程，求解未知的力或力矩。5验证结果验证结果是否合理，并确保力的平衡和结构的稳定性。杆件内力的分析11.截面法将杆件在某截面处假想切断，研究截面上的内力。22.内力种类轴力、剪力、弯矩。33.内力符号规定正负号表示内力方向与预定方向一致或相反。44.内力图将杆件上各截面的内力值绘制成图。梁的内力分析剪力与弯矩梁的内力分析涉及计算梁承受的剪力和弯矩，这对评估梁的强度和稳定性至关重要。弯矩图弯矩图表示梁上每个点处的弯矩大小，可帮助确定梁中最危险的部位。剪力图剪力图显示了梁上每个点处的剪力大小，帮助理解梁的承载能力。集中力与分布力内力分析需要考虑不同类型的载荷，如集中力、分布力以及它们的组合。框架的内力分析框架结构特点框架结构通常由梁、柱和节点组成，并通过刚性连接连接在一起。受力情况框架结构会受到各种荷载，包括自身重量、外力、风力等等。内力种类框架结构内部会产生各种内力，包括轴力、剪力、弯矩。分析方法可以使用多种方法分析框架结构的内力，例如力法、位移法等。平面桁架的内力分析节点法平面桁架内力分析的核心方法，通过力平衡方程分析每个节点，得出各杆件内力。截面法通过截取桁架的部分结构，分析该部分结构的受力情况，从而得出杆件内力。弯矩线图的绘制弯矩线图是反映结构中弯矩变化情况的图形，绘制弯矩线图需要确定弯矩的值和方向。弯矩线图的绘制步骤包括：确定截面上的弯矩值、绘制弯矩线图、标注弯矩值和方向。弯矩线图在结构设计中具有重要的作用，它能够帮助工程师了解结构的弯矩分布情况，从而进行合理的结构设计。剪力线图的绘制步骤一：确定截面位置首先选择梁上需要绘制剪力线图的截面位置，并根据力的方向确定剪力方向。步骤二：计算剪力值根据截面位置和外力的作用情况，计算截面上剪力的大小和方向。步骤三：绘制剪力图将计算得到的剪力值在横坐标上绘制成图，并连接各点，即可得到剪力线图。轴力线图的绘制轴力线图是用来表示杆件在受力状态下，其内部轴力的变化规律的图形。轴力线图横坐标代表杆件长度，纵坐标代表轴力大小，轴力线图可以直观地反映杆件内部轴力的分布情况。轴力线图在工程结构设计和分析中具有重要作用，可以帮助工程师了解杆件内部应力分布情况，进而进行结构优化设计。变形分析的基本原理结构的响应结构在载荷作用下会发生形变，形变是结构对载荷的响应，反映了结构的刚度和承载能力。位移和应变变形包括位移和应变，位移是结构各点位置的变化，应变是材料内部的形变程度。力学关系变形分析基于材料力学理论，通过建立力、位移、应力、应变之间的关系来分析结构的变形行为。应用价值变形分析可以预测结构的变形程度，确保结构的安全性和可靠性，为结构设计提供指导。力-位移关系弹性力弹性力与位移成正比，比例系数称为刚度。结构变形结构在载荷作用下产生的位移，反映结构的刚度和稳定性。力-位移曲线描述结构在不同载荷作用下的变形规律，用于分析结构的承载能力。应变-应力关系应力应力是指作用在材料截面上的外力，它衡量了材料内部的抵抗变形的能力。应力的大小通常用帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）表示，并分为正应力（拉伸或压缩）和切应力（剪切）两种类型。应变应变是指材料在受力作用下发生的形变程度，它反映了材料在受到外力作用后的形变大小。应变是一个无量纲量，它通常用百分比（%）或百万分率（ppm）表示，并分为正应变（拉伸或压缩）和切应变（剪切）两种类型。位移分析的步骤1建立模型定义结构的几何形状和材料性质。2施加荷载确定作用在结构上的所有外力。3求解方程利用平衡方程和材料力学原理计算结构的位移。4结果分析分析结构的位移分布和最大位移值。位移分析是结构分析的重要步骤，可以帮助工程师了解结构在荷载作用下的变形情况。常见结构的位移分析1梁的位移分析梁的位移分析主要研究梁在荷载作用下的挠度和转角变化，可以使用叠加法、积分法等方法进行计算。2柱的位移分析柱的位移分析主要关注柱的轴向位移和侧向位移，需要考虑柱的截面形状、材料性质和荷载情况。3框架的位移分析框架的位移分析较为复杂，需要考虑框架的整体稳定性，并进行节点位移的计算，通常使用矩阵法进行分析。4桁架的位移分析桁架的位移分析主要关注杆件的轴向变形，可以使用节点位移法、力法等方法进行计算。结构计算中的重要概念安全系数安全系数是结构设计中重要的概念，它表示结构实际承载能力与设计荷载的比值。安全系数的取值与结构类型、材料特性以及荷载条件等因素有关。结构可靠度结构可靠度是指结构在规定的使用寿命内，在各种荷载和环境条件下，安全可靠地完成预定功能的概率。结构刚度结构刚度