建筑力学课件三.ppt

建筑力学（下册）电子教案 　　结构力学的任务包括以下几个方面： 　　（1） 计算由荷载、温度变化、支座沉陷等因素在结构各部分所产生的内力，为结构的强度计算提供依据，以保证结构满足安全和经济的要求。 　　（2） 计算由上述各因素所引起的变形和位移，为结构的刚度计算提供依据，以保证结构在使用过程中不致发生过大变形。 　　（3） 分析、确定结构丧失稳定性的最小临界荷载，使结构所承受的最大荷载小于该临界荷载值，以保证结构处于稳定的平衡状态而正常工作。 15.1 结构的计算简图及平面杆系结构的分类 　　进行结构力学分析之前，应首先将实际结构进行抽象和简化，使之既能反映实际的主要受力特征，同时又能使计算大大简化。这种经合理抽象和简化，用来代替实际结构的力学模型叫做结构的计算简图。 　　计算简图的选取在结构的力学分析中占有相当重要的地位，它直接影响着计算工作量的大小和分析结构与实际间的差异。 　　计算简图的选取应遵循下列两条原则： 　　（1） 正确反映结构的实际受力情况，使计算结果尽可能与实际相符； 　　（2） 对结构的内力和变形影响较小的次要因素，可以较大地简化甚至忽略，使计算大大简化。 　　计算简图的简化程度与许多因素有关。 　　实际结构简化为计算简图，应考虑以下几方面的内容。 　　刚结点的特征是结点对与之相连的各杆件的转动有约束作用，转动时各杆间的夹角保持不变，杆端除产生轴力和剪力外，还产生弯矩，同时某杆件上的弯矩也可以通过结点全部传递给其它杆件，如图15.2(b)所示。 　　组合结点是由两种不同的结点组合而成的一种结点，这种结点的一部分具有铰结点的特征，而另一部分具有刚结点的性质。如图15.2(c)所示。 15.2 荷载的分类 　　荷载是主动作用在结构上的外力，如结构自重、人的重量、水压力、风压力等。 　　根据特征的不同，荷载可有下列的分类： 　　（1） 根据荷载作用时间的久暂，荷载可分为恒荷载和活荷载（也叫可变荷载）。 　　恒荷载是长期作用在结构上的大小和方向不变的荷载，如结构的自重等，活荷载是随着时间的推移，其大小、方向或作用位置发生变化的荷载，如雪荷载、风荷载、人的重量等。 16.1 分析几何组成的目的 　　结构是用来支承和传递荷载的，因此，它应能在荷载作用下保持自身的几何形状和位置。 　　平面杆件结构是由杆件和杆件之间的联结装置所组成的，但并不是杆系无论怎样组成都能作为工程结构使用。如图16.1所示。 　　由图16.1可以看出，平面杆件体系可以分为两类： 　　（1） 几何不变体系　　在不考虑材料应变的假定下，能保持其几何形状和位置的体系，如图16.1(b)。 　　（2）几何可变体系　　即使不考虑材料的应变，其几何形状和位置也是可以改变的体系，如图16.1(a)。 　　对结构进行分析计算时，必须首先分析判别它是否是几何不变的。这种分析判别体系是否几何不变的过程称为体系的几何组成分析，其目的在于： 　　（1） 判断某一体系是否几何不变，从而确定它能否作为结构，以保证结构的几何不变性。 　　（2） 根据体系的几何组成，可以确定结构是静定的还是超静定的，从而选择相应的计算方法。 　　（3） 通过几何组成分析，明确结构各部分在几何组成上的相互关系，从而选择简便合理的计算顺序。 　　在进行几何组成分析时，由于不考虑材料的应变，因而体系中的某一杆件或已经判明是几何不变的部分，均可视为刚体。平面内的刚体又称刚片。 16.2 平面体系的自由度及约束 　　所谓自由度是指确定体系位置所必需的独立坐标的个数；也可以说是一个体系运动时，可以独立改变其位置的坐标的个数。 　　平面内的一个点，要确定它的位置，需要有x，y两个独立的坐标（图16.2(a))，因此，一个点在平面内有两个自由度。 　　确定一个刚片在平面内的位置则需要有三个独立的几何参变量。如图16.2(b)所示。 　　由以上分析可见，凡体系的自由度大于零，则是可以发生运动的，位置是可以改变的，即都是几何可变体系。 　　能使体系减少自由度的装置称为约束（或称联系）。减少一个自由度的装置，称为一个约束，减少n个自由度的装置，称为n个约束。下面分析几种联结装置的约束作用。 　　(1) 链杆　如图16.3(a)所示。一根链杆能使体系减少一个自由度，它相当于一个约束。 　　(2) 铰联结　两个刚片的铰称为单铰。如图16.3(b)所示。单铰的作用相当于两个约束，或相当于两根链杆的作用。 　　（3） 刚性联结 　所谓刚性联结如图16.3(c)所示，它的作用是使两个刚片不能有相对的移动及转动。刚性联结能减少三个自由度，相当于三个约束。 　　如果在一个体系中增加约束，体系的自由度并不减少，则这种约束称为多余约束。或者说多余约束对体系的自由度没有影响。