几何组成静定刚架受力分析教学课件

几何组成静定刚架受力分析静定刚架是由刚性杆件和铰链连接而成的结构。静定刚架具有受力明确、计算简单、结构稳定等特点，在建筑、桥梁等工程中应用广泛。课程目标理解静定刚架概念掌握静定刚架受力分析的基础知识。掌握计算方法熟练运用静定刚架受力分析的计算方法。应用实践能力将所学知识应用于实际工程案例分析。静定结构概述静定结构是指在荷载作用下，其内力与支座反力仅由平衡方程唯一确定的结构形式。静定结构受力状态简单，易于分析计算，在工程结构中得到广泛应用。常见的静定结构包括三角形桁架、简支梁、刚架等。静定刚架结构特点稳定性强静定刚架结构内部各杆件之间的约束关系明确。每个杆件都能独立承担荷载。受力明确结构内部力的传递路径清晰。便于计算结构内力的分布情况。易于分析结构的受力状态和变形特点比较容易分析。便于进行结构的计算和设计。施工简便由于结构的稳定性强，在施工过程中更容易控制。可以有效地减少施工难度和成本。力的传递原理1外力作用首先，外力作用于结构，例如屋顶的重量或风荷载。2杆件传递外力通过杆件传递到支座，杆件承受拉力或压力。3支座反力支座对杆件产生反力，抵消外力，确保结构平衡。刚架中力的合成平行力合成平行力的合成遵循力的平行四边形法则,合力方向与各分力方向一致,合力的大小等于各分力大小的代数和.共点力合成共点力的合成也遵循平行四边形法则,合力的大小和方向取决于各分力的大小和方向.力矩合成力矩的合成遵循力矩叠加原理,合力矩等于各分力矩的代数和,方向取决于各分力矩的方向.不同支座形式的分析固定支座固定支座限制结构的平动和转动，能承受水平力和竖向力以及力矩。铰支座铰支座限制结构的平动，但允许转动，可以承受竖向力和水平力。滑动支座滑动支座只限制结构的竖向运动，允许水平方向和转动。弹性支座弹性支座通过弹簧等元件传递结构的荷载，能有效减震，提高结构稳定性。反力计算方法力平衡法静力学基本原理，求解结构反力节点法选择节点，列平衡方程求解截面法对结构进行切割，分析截面力叠加法将复杂荷载分解为简单荷载关键阻力计算技巧截面面积与材料性质结构截面尺寸与材料的强度、弹性模量等属性直接影响关键阻力大小。结构类型和约束条件不同类型结构，如梁、柱、桁架等，其关键阻力计算方法会有所不同。软件辅助计算借助专业的结构分析软件，可以简化计算过程，提高效率和精度。实际情况调整理论计算结果需要结合实际情况进行调整，例如考虑荷载、温度、施工误差等因素。实例分析:四柱簧架四柱簧架结构简单，便于制造和安装。它通常用于桥梁、建筑物等工程中，可承受较大的荷载。四柱簧架由四个支柱、两根梁和四个弹簧组成。弹簧用于吸收荷载，并提供足够的刚度。在分析四柱簧架的受力时，我们需要考虑荷载、支座反力、弹簧的力等因素。通过建立受力平衡方程，我们可以求解出各部分的受力情况。实例分析:挑梁式架挑梁式结构挑梁式架，常见于建筑，其特点在于梁伸出柱子，形成悬挑结构。受力分析受力主要来自悬挑部分，形成弯矩和剪力，对梁和柱子产生较大压力。应用范围广泛用于工业厂房，车间，以及一些公共建筑的阳台、雨棚等。实例分析:连廊刚架连廊刚架通常用于连接建筑物，或提供遮蔽和通道。这类刚架结构通常由梁、柱和支撑组成，并承受自身重量和外部荷载。分析时需考虑刚架的几何形状、材料性能和荷载类型等因素，计算支座反力、弯矩、剪力和轴力，确保结构安全稳定。实例分析:门式刚架门式刚架广泛应用于工业厂房、仓库、体育场馆等建筑。其结构简单，造价低廉，施工方便，抗风能力强，适用于跨度较大的建筑。门式刚架主要由柱、梁、支撑等组成，其受力特点是柱承受竖向荷载，梁承受水平荷载。通过合理设计，门式刚架能够有效地抵抗各种荷载，保证建筑物的安全和耐久性。应用案例:配电房主体配电房主体结构配电房主体结构通常采用钢筋混凝土框架结构，具备良好的承载能力和抗震性能，确保电力设备的安全运行。电力设备安装配电房内部安装各种电力设备，如变压器、开关柜、电容器组等，这些设备需要根据刚架的受力特点进行合理布局和固定。屋顶结构设计配电房屋顶通常采用钢结构或钢筋混凝土结构，需要考虑屋顶的承重能力和防水性能，确保屋顶的耐久性和安全。应用案例:厂房大门厂房大门是厂区的重要组成部分，也是日常生产中人员和车辆进出必经之路。静定刚架结构可以应用于厂房大门的设计，使其在承受载荷的同时也能保持稳定，保障安全。选择合适的静定刚架结构，并进行合理的受力分析，可以有效提高厂房大门的安全性、稳定性和耐久性。应用案例:园林景观桥景观桥是现代园林中的重要组成部分，它不仅是连接两岸的通道，更是一道美丽的风景线。景观桥的设计需要考虑结构稳定性、美观性和与周围环境的协调性。静定刚架结构在景观桥的设计中应用广泛，例如：拱桥、梁桥、桁架桥等。常见错误及解决办法11.力方向错误误判力的作用方向，可能导致受力分析结果偏差。22.支座类型错误支座约束条件错误会影响反力计算和结构整体稳定性。33.约束力计算错误约束力是保证结构稳定的关键因素，计算错误会导致结构失稳。44.内力分析错误错误分析内力会导致结构设计不合理，影响结构强度和使用寿命。总结与思考11.力学原理静定刚架结构分析遵循力学基本原理,理解其受力方式和力传递路径。22.实际应用静定刚架广泛应用于建筑结构,需要结合实际情况选择合适的结构形式。33.计算方法掌握静定刚架受力分析的常用计算方法,例如平衡方程法、节点法等。44.案例分析通过案例分析,深入理解静定刚架结构受力特性和设计要点。习题一:矩形三角形架11.结构识别判定结构类型22.受力分析绘制受力图33.力平衡方程求解节点力44.反力计算确定支座反力本题以矩形三角形架为例，涵盖了静定刚架受力分析的基本步骤。通过对结构类型、受力方式的分析，建立力平衡方程，最终求解节点力和支座反力。习题二:连续刚架1定义多个刚架连续连接形成整体结构2特点结构整体性强，荷载传递更均匀3应用跨度较大，荷载较重的工程4类型单层、多层、跨度不一连续刚架在工程结构中应用广泛，比如桥梁、楼房等。结构整体性强，能够有效传递荷载，提高抗震性能。习题三:拱形刚架拱形刚架的特点拱形刚架在水平方向上具有较强的抗弯刚度，可有效地抵抗水平荷载。受力分析的思路将拱形刚架分解成多个简化的结构单元进行分析，例如将拱部分解成多个等效的梁单元。常见拱形刚架类型圆弧拱抛物线拱悬链线拱计算步骤确定拱形刚架的支座类型，画出荷载图，根据平衡方程和力矩平衡方程求解支座反力。习题四:平面桁架1桁架结构分析桁架受力分析2节点平衡力矩平衡3杆件受力内力计算本习题将引导学生分析平面桁架的受力状态。学生需要掌握节点平衡、力矩平衡等概念，并运用这些知识计算杆件的受力情况。通过这一习题，学生将加深对平面桁架力学特性的理解。习题五:钢结构楼梯1结构分析钢结构楼梯的受力分析主要考虑梯段的荷载、扶手的作用，以及楼梯与楼板的连接方式。2计算步骤首先需要确定楼梯的荷载，包括活荷载、恒荷载和雪荷载等。然后根据荷载情况计算楼梯各构件的内力，并进行强度和稳定性验算。3设计要点钢结构楼梯的设计需要考虑梯段的宽度、高度、坡度、扶手的尺寸和材料等，并满足安全性和美观性的要求。习题六:钢筋混凝土结构1结构形式分析识别钢筋混凝土结构的类型和特点2受力特点分析了解钢筋混凝土结构的受力特性和工作原理3计算分析应用力学原理，计算钢筋混凝土结构的受力情况4材料性能分析分析钢筋和混凝土的力学性能以及相互作用钢筋混凝土结构是现代建筑中常用的结构类型，具有高强度、耐久性和抗震性能。通过对钢筋混凝土结构的力学分析，可以了解结构的受力特点，并根据具体情况进行优化设计。习题七:整体空间刚架整体空间刚架是指由三维空间的杆件和节点组成的刚性结构，其受力情况更为复杂。这类型习题要求学生掌握空间力系的分解和合成，并运用空间静力学原理进行分析和计算。1空间几何关系分析各杆件的空间位置和相互关系2力系分解与合成将空间力系分解到三个坐标轴上3平衡方程利用空间静力学原理建立平衡方程4解方程组求解未知力，包括节点力、杆件内力整体空间刚架的受力分析需要学生具备扎实的空间几何知识和静力学基础。这些习题旨在训练学生的逻辑推理能力和空间想象力，并提升其解决复杂工程问题的能力。习题八:组合式薄壳结构1结构组成薄壳结构由多个薄壳单元组合而成，形成整体结构。薄壳单元通常为曲面，并通过连接件或焊接形成整体结构。2受力特点组合式薄壳结构具有良好的承载能力，可承受较大的外力。由于薄壳单元形状的特殊性，其受力特点也比较复杂。3分析方法组合式薄壳结构的受力分析通常采用有限元方法。分析过程中需考虑薄壳单元的形状、材料特性、边界条件等因素。习题九:膜结构刚架案例描述以某大型体育场馆的膜结构屋顶为例，分析其刚架受力特点。结构类型该膜结构屋顶采用张拉索结构，通过预应力钢缆将膜材拉紧，形成一个整体。受力特点膜结构主要承受来自风荷载和雪荷载，同时还要考虑温度变化的影响。计算方法利用有限元分析方法，将膜结构离散成有限个单元，进行受力分析和强度计算。计算目标确定膜结构的受力状态，并计算关键节点的应力，确保结构的安全可靠。习题十:索悬臂式刚架1结构特点索与梁共同受力2受力分