静定结构内力计算.pptx

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1、一、静定多跨梁基本部分基本部分：自身形成几何不变，或可独立承载。：自身形成几何不变，或可独立承载。附属部分附属部分：需依靠基本部分才能维持几何不变。：需依靠基本部分才能维持几何不变。在几何组成过程中，基本部分是先组成的部分，附属部分是在几何组成过程中，基本部分是先组成的部分，附属部分是后组成的部分。后组成的部分。ABCABC、DEFGDEFG为基本部分；为基本部分；CDCD、GHGH为附属部分。为附属部分。2、受力分析顺序、受力分析顺序先附属部分，后基本部分。第1页/共55页3、内力计算方法、内力计算方法分解：将静定多跨梁拆成单跨梁，按层叠关系做隔离体图分解：将静定多跨梁拆成单跨梁，按层叠关系

2、做隔离体图求解附属部分求解附属部分求解基本部分求解基本部分叠加法作叠加法作M M图图F FQ Q图图F FN N图图一、静定多跨梁第2页/共55页一、静定多跨梁荷载作用在基本部分时，附属部分不受力4、受力特点：、受力特点：荷载作用在附属部分时，基本部分和附属部分都受力第3页/共55页ABCDABCD一、静定多跨梁练习练习ABCDqa2qa2/2M 图图 2qa3qa/49qa/4qa/2qa-+qaqa/47qa/4qa/2qa/2-+-Q 图图 第4页/共55页一、静定多跨梁50404040204040M 图图(kNm)第5页/共55页计算简图计算简图1、定义定义：由直杆组成，全部结点或部分

3、结点是刚性联结的结构。由直杆组成，全部结点或部分结点是刚性联结的结构。二、静定平面刚架站台雨棚站台雨棚厂房厂房第6页/共55页2 2、刚架结构的优点：、刚架结构的优点：内部空间大，变形小，内部空间大，变形小，弯矩分布较为均匀。弯矩分布较为均匀。竖向荷载作用下的竖向荷载作用下的M M图图二、静定平面刚架水平荷载作用下的水平荷载作用下的M M图图峰值大峰值大峰值大峰值大峰值减小峰值减小改刚结改刚结峰值减小峰值减小改刚结改刚结第7页/共55页3 3、静定平面刚架的类型（按几何组成）、静定平面刚架的类型（按几何组成）悬臂式悬臂式二、静定平面刚架简支式简支式三铰式三铰式组合式组合式第8页/共55页从几何

4、组成特点看从几何组成特点看二、静定平面刚架第9页/共55页4 4、内力计算方法、内力计算方法求支座反力和联结处的约束力求支座反力和联结处的约束力求控制截面内力求控制截面内力叠加法作叠加法作M M图图F FQ Q图图F FN N图图附属部分附属部分基本部分基本部分隔离体、力学概念的应用隔离体、力学概念的应用二、静定平面刚架第10页/共55页4.1 悬臂刚架、简支刚架4.2 三铰刚架（三刚片三单铰体系）二、静定平面刚架 整体平衡 半边平衡 整体平衡 支座反力校核第11页/共55页4.3 三铰刚架（结构中有虚铰，具体问题具体分析）先求刚片与刚片之间联结处的约束力二、静定平面刚架ABCDEF第12页/

5、共55页二、静定平面刚架4.2 三铰刚架（结构中有虚铰，具体问题具体分析）第13页/共55页4.3 组合刚架 分析几何组成顺序，确定基本部分和附属部分 受力分析顺序：附属部分 基本部分二、静定平面刚架第14页/共55页5、快速绘制刚架弯矩图（不求或少求支座反力）根据结构特点和荷载特点，利用弯矩与荷载、支承、联结之间的对应关系，可以不求或少求支座反力，迅速绘制出弯矩图。5.1 悬臂刚架悬臂刚架：可以不求支座反力，由悬臂端开始做内力图。：可以不求支座反力，由悬臂端开始做内力图。二、静定平面刚架FFF第15页/共55页二、静定平面刚架5.2 简支刚架简支刚架：只须求出一个与杆件垂直的支座反力，：只须

6、求出一个与杆件垂直的支座反力，然后由支座做内力图。然后由支座做内力图。FFF第16页/共55页5.3 三铰刚架三铰刚架：只须求出一个水平支座反力，然后由只须求出一个水平支座反力，然后由支座做内力图。支座做内力图。二、静定平面刚架FFqXA=Fqa/2XB=Fqa/2第17页/共55页5.4 组合刚架（由基本部分和附属部分组成）附属部分 基本部分二、静定平面刚架第18页/共55页总结：如何快速绘制刚架弯矩图总结：如何快速绘制刚架弯矩图悬臂刚架不求支座反力，从自由端开始作起；悬臂刚架不求支座反力，从自由端开始作起；简支刚架只须求出与杆件垂直的反力，由支座开始作起；简支刚架只须求出与杆件垂直的反力，

7、由支座开始作起；三铰刚架只须求水平支座反力，由支座开始作起；三铰刚架只须求水平支座反力，由支座开始作起；组合刚架要分析几何组成，由附属部分开始作起；组合刚架要分析几何组成，由附属部分开始作起；熟记常用单跨梁的弯矩图；熟记常用单跨梁的弯矩图；根据荷载与内力之间的微分关系和增量关系，判断内力根据荷载与内力之间的微分关系和增量关系，判断内力图的形状特征；图的形状特征；注意结点的平衡条件：结点的力矩平衡条件；注意结点的平衡条件：结点的力矩平衡条件；对称性的利用。对称性的利用。二、静定平面刚架第19页/共55页对称性的利用对称结构：结构构成对称于某一几何轴线（对折后完全重合）结构构成包括：几何形状；连接

8、和支座情况；杆件截面尺寸和材料性质。对称（反对称）荷载：绕对称轴折叠，荷载作用点、大小相同、方向相同（相反）。二、静定平面刚架第20页/共55页二、静定平面刚架对称性的利用 对称结构的基本受力特点：在对称荷载作用下，结构的变形和内力是对称的 （轴力图、弯矩图对称，剪力图反对称）；（M M）（F FQ Q）（F FN N）第21页/共55页对称性的利用 对称结构的基本受力特点：在反对称荷载作用下，结构的变形和内力是反对称的 （轴力图、弯矩图反对称，剪力图对称）。二、静定平面刚架（M M）（F FQ Q）（F FN N）第22页/共55页三、静定平面桁架1、定义：、定义：由若干直杆组成；由若干直杆

9、组成；所有杆件两端均用铰结，几何不变；所有杆件两端均用铰结，几何不变；杆件主要承受轴力。杆件主要承受轴力。桁架工程实例桁架工程实例第23页/共55页2 2、桁架结构的优点、桁架结构的优点 杆截面应力均匀分布，材料效用充分发挥，用材经济，杆截面应力均匀分布，材料效用充分发挥，用材经济，自重较轻，适用于大跨度结构。自重较轻，适用于大跨度结构。3 3、理想桁架的三项基本假定、理想桁架的三项基本假定a.a.各杆在两端用理想铰（光滑而无摩擦）相互联结；各杆在两端用理想铰（光滑而无摩擦）相互联结；b.b.各杆的轴线均为直线，并通过铰的几何中心；各杆的轴线均为直线，并通过铰的几何中心；c.c.荷载和支座反力

10、均作用在结点上。荷载和支座反力均作用在结点上。三、静定平面桁架第24页/共55页主内力、主应力主内力、主应力按理想桁架算得的杆件轴力、截面正应力按理想桁架算得的杆件轴力、截面正应力次内力、次应力次内力、次应力由由非理想情况非理想情况引起的杆件内力、截面应力引起的杆件内力、截面应力 （主要是次弯矩）。（主要是次弯矩）。工程桁架非理想情况工程桁架非理想情况a.a.结点有一定刚性结点有一定刚性b.b.结点处杆轴不完全交于一点结点处杆轴不完全交于一点c.c.存在结间荷载存在结间荷载工程设计与施工应避免较大的次内力工程设计与施工应避免较大的次内力三、静定平面桁架第25页/共55页123456三、静定平面

11、桁架4 4、平面桁架的分类（按几何组成）、平面桁架的分类（按几何组成）a a、简单桁架、简单桁架由基础或一铰结三角形开始，依次增加由基础或一铰结三角形开始，依次增加二元体组成。二元体组成。12345第26页/共55页b b、联合桁架、联合桁架由几个简单桁架，按几何不变体系的基由几个简单桁架，按几何不变体系的基本组成法则组成。本组成法则组成。三、静定平面桁架4 4、平面桁架的分类（按几何组成）、平面桁架的分类（按几何组成）第27页/共55页c c、复杂桁架、复杂桁架非上述的其它桁架。非上述的其它桁架。三、静定平面桁架4 4、平面桁架的分类（按几何组成）、平面桁架的分类（按几何组成）第28页/共5

12、5页5 5、平面桁架内力分析的基本方法、平面桁架内力分析的基本方法a a、结点法、结点法截取桁架的任一个结点为隔离体截取桁架的任一个结点为隔离体从未知力不超过两个的结点开始，依次计算；从未知力不超过两个的结点开始，依次计算；简单桁架可按与组成次序相反的顺序进行求解，简单桁架可按与组成次序相反的顺序进行求解，逐一求得各杆内力。逐一求得各杆内力。求解未知力：求解未知力：三、静定平面桁架13458762第29页/共55页桁架结点平衡的用途：桁架结点平衡的用途：零杆判定，杆件轴力相同或相反的判定零杆判定，杆件轴力相同或相反的判定a a、两杆结点上无外力作用、两杆结点上无外力作用 两杆均为零杆两杆均为零

13、杆b b、两杆在一直线上的三杆结点无外力作用、两杆在一直线上的三杆结点无外力作用 侧杆为零杆，同一直线上两杆内力相同侧杆为零杆，同一直线上两杆内力相同三、静定平面桁架FN1FN1FN1=FN2=0FN1FN2FN3FN1=FN2FN3=0第30页/共55页三、静定平面桁架零杆判定，杆件轴力相同或相反的判定零杆判定，杆件轴力相同或相反的判定c c、直线交叉四杆结点上无外力作用、直线交叉四杆结点上无外力作用 在同一直线上两杆轴力相同在同一直线上两杆轴力相同d d、侧杆倾角相同的、侧杆倾角相同的K K形结点上无外力作用形结点上无外力作用 两侧杆轴力相等，方向相反两侧杆轴力相等，方向相反FN1FN2F

14、N3FN4FN1=FN2FN3=FN4FN1FN2FN3FN4FN1=-FN2第31页/共55页三、静定平面桁架利用结构和荷载的对称性来判定零杆利用结构和荷载的对称性来判定零杆a.a.对称结构受对称荷载对称结构受对称荷载对称轴上的对称轴上的K K形结点无外力作用时，其两斜杆轴力为零。形结点无外力作用时，其两斜杆轴力为零。第32页/共55页利用结构和荷载的对称性来判定零杆利用结构和荷载的对称性来判定零杆b b、对称结构受反对称荷载、对称结构受反对称荷载与对称轴垂直的杆轴力为零；与对称轴垂直的杆轴力为零；与对称轴重合的杆轴力为零。与对称轴重合的杆轴力为零。三、静定平面桁架第33页/共55页三、静定

15、平面桁架零杆判定练习零杆判定练习P结构对称，荷载对称结构对称，荷载对称结构对称，荷载反对称结构对称，荷载反对称第34页/共55页b b、截面法、截面法截取桁架的一部分（包含两个以上结截取桁架的一部分（包含两个以上结点）为隔离体，应用平衡条件求解。点）为隔离体，应用平衡条件求解。三、静定平面桁架求求FN34,FN35II由由 Fy=0,得得FN34=0由由M4=0,得得FN35=0 第35页/共55页三、静定平面桁架b.b.截面法截面法特殊截面的选择特殊截面的选择求求FNa第36页/共55页三、静定平面桁架c c、截面法和结点法的联合应用、截面法和结点法的联合应用将截面与结点的将截面与结点的平衡

16、条件联立求解平衡条件联立求解（先求联系杆或联系铰处的内力）先求联系杆或联系铰处的内力）某杆的内力仅凭一个结某杆的内力仅凭一个结点或一个截面无法求得点或一个截面无法求得Fy=0得得a、c杆内力关系杆内力关系C C第37页/共55页四、静定组合结构结构特点结构特点 由链杆、刚架杆联合组成由链杆、刚架杆联合组成链杆（拉压杆、二力杆）：仅受轴力链杆（拉压杆、二力杆）：仅受轴力刚架杆：受弯矩、剪力和轴力刚架杆：受弯矩、剪力和轴力结构分析：结构分析：反力反力链杆轴力链杆轴力刚架杆内力刚架杆内力注意：区分两类不同性质的杆件注意：区分两类不同性质的杆件下撑式三铰组合屋架下撑式三铰组合屋架悬吊式桥梁悬吊式桥梁第

17、38页/共55页五、三铰拱1、定义定义：在竖向荷载作用下产生水平推力的曲杆结构。在竖向荷载作用下产生水平推力的曲杆结构。2、拱的分类拱的分类静定拱静定拱三铰拱三铰拱拉杆三铰拱拉杆三铰拱超静定拱超静定拱两铰拱两铰拱无铰拱无铰拱第39页/共55页五、三铰拱3、拱的基本受力特征：拱的基本受力特征：在竖向荷载作用下，支座处有在竖向荷载作用下，支座处有 水平推力产生。水平推力产生。在竖向荷载作用下，水平推力在竖向荷载作用下，水平推力的有无是拱与梁的基本区别。的有无是拱与梁的基本区别。三铰拱三铰拱曲梁曲梁水平推力由拉杆提供水平推力由拉杆提供有水平推力产生有水平推力产生三铰拱三铰拱支座处无水平推力支座处无水

18、平推力第40页/共55页五、三铰拱4、拱式结构的优、缺点、拱式结构的优、缺点 优点：优点：1 1、构件主要受压，截面弯矩、剪力小；、构件主要受压，截面弯矩、剪力小；2 2、营造曲线美，净空高度大，能跨越大跨度。、营造曲线美，净空高度大，能跨越大跨度。缺点：缺点：1 1、拱对基础或下部结构施加水平推力，增加了下部、拱对基础或下部结构施加水平推力，增加了下部结构的材料用量；结构的材料用量；2 2、拱具有曲线形状，施工较麻烦。、拱具有曲线形状，施工较麻烦。第41页/共55页五、三铰拱5、三铰拱各部分的名称、三铰拱各部分的名称 第42页/共55页五、三铰拱6、三铰拱的内力计算、三铰拱的内力计算 代梁：

19、代梁：同跨度、同荷载的简支梁同跨度、同荷载的简支梁其反力和内力：其反力和内力：F Fy yA A0 0、F Fy yB B0 0；M Mc c0 0、F FQcQc0 0支座等高三铰拱受竖向荷载支座等高三铰拱受竖向荷载 支座反力 结论：结论：a、支座反力仅与三铰位置、支座反力仅与三铰位置(跨度、矢跨度、矢高）有关，而与拱轴形状无关；高）有关，而与拱轴形状无关；b、支座竖向反力与代梁反力相同；、支座竖向反力与代梁反力相同；c、支座水平反力与矢高、支座水平反力与矢高f 成反比。成反比。整体平衡整体平衡 半边平衡半边平衡 由由Mc=0得得 FxA=FxB=Fx=Mc0/f第43页/共55页五、三铰拱

20、支座等高三铰拱受竖向荷载支座等高三铰拱受竖向荷载 内力 内力图内力图 内力方程、点绘法内力方程、点绘法 可在水平投影线上绘制可在水平投影线上绘制K K截面力矩平衡截面力矩平衡 K K点法线方向力平衡点法线方向力平衡 K K点切线方向力平衡点切线方向力平衡 第44页/共55页五、三铰拱剪力大大减小剪力大大减小第45页/共55页五、三铰拱7、合理拱轴线、合理拱轴线 定义：定义：在给定荷载作用下，使拱处于无弯矩（在给定荷载作用下，使拱处于无弯矩（M M=0,=0,F FQ Q=0,=0,只只有有F FN N，均匀受压）状态的轴线称为合理拱轴线。均匀受压）状态的轴线称为合理拱轴线。方程：方程：适用：支

21、座等高三铰拱在竖向荷载作用下。适用：支座等高三铰拱在竖向荷载作用下。结论：荷载不同，合理拱轴线不同。结论：荷载不同，合理拱轴线不同。对拱的轴线形式对拱的轴线形式y y加以选择，就有可能加以选择，就有可能使拱处于无弯矩状态。使拱处于无弯矩状态。=0第46页/共55页五、三铰拱 常用合理拱轴线常用合理拱轴线 1 1、竖向均布荷载、竖向均布荷载FAB结论：三铰拱在沿水平线均布的竖向荷载作用下，合理结论：三铰拱在沿水平线均布的竖向荷载作用下，合理拱轴线为具有不同矢跨比的一组抛物线。拱轴线为具有不同矢跨比的一组抛物线。第47页/共55页五、三铰拱 常用合理拱轴线常用合理拱轴线 2 2、法向均布荷载（均匀

22、水压力）、法向均布荷载（均匀水压力）结论：三铰拱在均匀水压力作用下，合理拱轴线为圆弧曲线。结论：三铰拱在均匀水压力作用下，合理拱轴线为圆弧曲线。轴力为常数轴力为常数第48页/共55页五、三铰拱 常用合理拱轴线常用合理拱轴线 3、填土荷载、填土荷载结论：三铰拱在填土荷载作用下，合理拱轴线为一悬链线。结论：三铰拱在填土荷载作用下，合理拱轴线为一悬链线。为填土容重为填土容重FF第49页/共55页静定结构的特性理论基础理论基础：线弹性固体受力状态的唯一性理论：线弹性固体受力状态的唯一性理论 在荷载作用下，线弹性体系取得平衡时的内力在荷载作用下，线弹性体系取得平衡时的内力和变形是唯一的。和变形是唯一的。

23、静定结构满足平衡条件的解答是唯一、确定的（静力特性），由此派生出来一些性质。第50页/共55页静定结构的特性特性特性1：温度改变、支座移动和制造误差等非荷载因素不引起温度改变、支座移动和制造误差等非荷载因素不引起静定结构的反力和内力。静定结构的反力和内力。温度改变温度改变支座移动支座移动制造误差第51页/共55页静定结构的特性特性特性2（局部平衡特性）（局部平衡特性）：如果由一组平衡力系所组成的荷载作：如果由一组平衡力系所组成的荷载作用在静定结构的某一几何不变部分、或可独立承受该用在静定结构的某一几何不变部分、或可独立承受该荷载的部分上，则结构的其余部分内力为零。荷载的部分上，则结构的其余部分

24、内力为零。ABCDABABAB第52页/共55页静定结构的特性特性特性3（荷载等效特性）（荷载等效特性）：当作用于静定结构中某一几何不变部：当作用于静定结构中某一几何不变部分上的荷载作等效变换时，则只有该部分的内力发生分上的荷载作等效变换时，则只有该部分的内力发生变化，而其余部分的内力和反力均不变。变化，而其余部分的内力和反力均不变。S1S1 S2S2=02DDD第53页/共55页静定结构的特性特性特性4（构造变换特性）：（构造变换特性）：当静定结构某一几何不变部分改换为当静定结构某一几何不变部分改换为另一几何不变的形式时，其余部分的内力不变。另一几何不变的形式时，其余部分的内力不变。ABFpABABAB第54页/共55页感谢您的观看。第55页/共55页