土木工程结构力学考试复习要点知识点例题省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、土木工程力学土木工程力学(本本科科)期末总复习期末总复习第1页第一部分第一部分 力法力法一基本概念一基本概念1 1超静定结构基本概念超静定结构基本概念 由静力平衡方面分析由静力平衡方面分析:静定结构:经过静力平衡条件能求出结构全部反力及内力结构。静定结构:经过静力平衡条件能求出结构全部反力及内力结构。超静定结构:经过静力平衡条件不能求出结构全部反力及内力结构超静定结构:经过静力平衡条件不能求出结构全部反力及内力结构(需增加变形需增加变形协调条件协调条件)。由几何组成方面分析由几何组成方面分析:静定结构:无多出约束几何不变体。静定结构:无多出约束几何不变体。超静定结构:含有多出约束几何不变体。超
2、静定结构:含有多出约束几何不变体。2 2判定超静定次数方法:去掉多出约束使之成为静定结构。判定超静定次数方法:去掉多出约束使之成为静定结构。超静定次数超静定次数=多出约束个数多出约束个数 去掉多出联络个数及方法(去掉多出联络个数及方法(掌握掌握):):去掉一根链杆支座或切开一根链杆去掉一根链杆支座或切开一根链杆=去掉一个约束。去掉一个约束。去掉一个铰支座或单铰去掉一个铰支座或单铰=去掉二个约束。去掉二个约束。去掉一个固定端或切断连续杆去掉一个固定端或切断连续杆=去掉三个约束。去掉三个约束。去掉一个定向支座去掉一个定向支座=去掉二个约束。去掉二个约束。把刚性联接或固定端换成一个铰联接把刚性联接或
3、固定端换成一个铰联接=去掉一个约束。去掉一个约束。静定结构基静定结构基本形式本形式简支梁式简支梁式悬臂梁式悬臂梁式三铰刚架式三铰刚架式第2页3 3力法经典方程形式,力法方程物理意义,各符号含义。力法经典方程形式,力法方程物理意义,各符号含义。一次超静定结构一次超静定结构两次超静定结构两次超静定结构 力法方程物理意义:力法方程物理意义:基本结构在荷载和多出约束力共同作用下,在多出约束处变形和原结构在基本结构在荷载和多出约束力共同作用下,在多出约束处变形和原结构在多出约束处变形是相等。多出约束处变形是相等。实质是多出约束处变形协调条件(实质是多出约束处变形协调条件(位移条件位移条件)应明确以下几点
4、应明确以下几点 基本未知量基本未知量x xi i是广义多出力,每个方程是与多出约束对应位移条件。是广义多出力,每个方程是与多出约束对应位移条件。力法力法基本结构基本结构是去掉多出约束后静定结构。是去掉多出约束后静定结构。力法方程中:力法方程中:基本结构单独承受外荷载作用时,在基本结构单独承受外荷载作用时,在x xi i作用点,沿作用点,沿x xi i方向位移。方向位移。(自由项)自由项)与多出约束对应原结构已知位移,普通为零。与多出约束对应原结构已知位移,普通为零。基本结构因为基本结构因为x xj j=1=1作用,在作用,在x xi i作用点,沿作用点,沿x xi i方向位移。(柔度影响系数)
5、方向位移。(柔度影响系数)第3页4 4在外荷载作用下,超静定梁和刚架内力与各杆在外荷载作用下,超静定梁和刚架内力与各杆EI相对值相关,而与其绝对相对值相关,而与其绝对值无关。(值无关。(分母中都有分母中都有EI,计算未知力时,计算未知力时,EI可约简)可约简)5.5.求求实质上是计算静定结构位移,对梁和刚架可采取实质上是计算静定结构位移,对梁和刚架可采取“图乘法图乘法”计算。计算。图乘法计算公式图乘法计算公式图自乘,恒为正。图自乘,恒为正。图与图与图图乘,有正、负、零可能。图图乘,有正、负、零可能。图与图与图图乘,有正、负、零可能。图图乘,有正、负、零可能。应掌握图乘法注意事项:应掌握图乘法注
6、意事项:一个弯矩图面积。一个弯矩图面积。y0与取面积图形形心对应另一个弯矩图纵标值。与取面积图形形心对应另一个弯矩图纵标值。两个弯矩图中,最少有一个是直线图形。两个弯矩图中,最少有一个是直线图形。y0取自直线图形。(取自直线图形。(折线应分段折线应分段)必须是等截面直杆。(必须是等截面直杆。(变截面应分段变截面应分段)惯用图乘结果:惯用图乘结果:主系数主系数副系数副系数基线同侧图乘为正,反之为负。基线同侧图乘为正,反之为负。自由项自由项第4页基线同侧积为正,反之为负。基线同侧积为正,反之为负。记住几个惯用图形形心位置、面积计算公式。记住几个惯用图形形心位置、面积计算公式。两个梯形图乘两个梯形图
7、乘:曲线图形与直线图形图乘曲线图形与直线图形图乘:两个三角形图乘两个三角形图乘:(1/3(1/3高高底)高高底)(1/6(1/6高高底)高高底)(1/6(1/6杆长乘杆长乘2 2倍同侧积加倍同侧积加1 1倍异侧积)倍异侧积)第5页举例:举例:1.1.指出以下结构超静定次数。指出以下结构超静定次数。静定结构内力计算,可不考虑变形条件。()复铰2.2.判断或选择判断或选择 力法经典方程物理意义是:()A.结构平衡条件 B.结点平衡条件 C.结构变形协调条件 D.结构平衡条件及变形协调条件 力法只能用于线形变形体系。()经过静力平衡条件能经过静力平衡条件能求出静定结构全部反求出静定结构全部反力及内力
8、。力及内力。由力法方程系数由力法方程系数可知,可知,EIEI应为常数且不能均为无穷大。应为常数且不能均为无穷大。只有线性变形体满足此条。只有线性变形体满足此条。4 4次次6 6次次4 4次次 C C第6页 组合结构举例:组合结构举例:杆杆1 1、杆、杆2 2、杆、杆3 3、杆、杆4 4、杆、杆5 5均为只有轴力二力杆,仅考均为只有轴力二力杆,仅考虑轴向变形。虑轴向变形。杆杆6 6为梁式杆件,应主为梁式杆件,应主要考虑弯曲变形。要考虑弯曲变形。1 12 23 34 45 56 6A.梁B.桁架C.横梁刚度为无限大排架 D.组合结构在超静定结构计算中,一部份杆件考虑弯曲变形,另一部份杆件考虑轴向变
9、形,则此结构为()。D 3.3.分别说出下面几个基本结构中,力法方程详细意义及分别说出下面几个基本结构中,力法方程详细意义及详细含义,详细含义,并用图形表示。并用图形表示。原结构原结构P PP PP P基本结构基本结构基本结构基本结构基本结构基本结构ABC第7页P P基本结构基本结构P P基本结构基本结构基本结构基本结构基本结构在竖向力基本结构在竖向力x1和荷载和荷载P共同作用下在共同作用下在C处竖向线位移处竖向线位移原结构在原结构在C处处竖向线位移竖向线位移P P基本结构在力偶基本结构在力偶x1和和荷载荷载P共同作用下在共同作用下在A处转角位移处转角位移原结构在原结构在A处处角位移角位移基本
10、结构在一对力偶基本结构在一对力偶x1和荷载和荷载P共同作用下共同作用下在在B处相对角位移处相对角位移原结构在原结构在B处相处相对角位移对角位移P PP PP PABCABCABC第8页用力法计算并绘图示结构用力法计算并绘图示结构M图图ABC解解:1):1)取基本结构,确定基本未知量取基本结构,确定基本未知量 3)3)绘绘和和图图2)2)列力法方程列力法方程4)4)求系数和自由项求系数和自由项5)5)把系数和自由项代入力法方程求未知量:把系数和自由项代入力法方程求未知量:6)作结构作结构M图。图。(将解得基本未知量直接作用于(将解得基本未知量直接作用于B支座处,利支座处,利用截面法计算即可)用截
11、面法计算即可)BAC基本结构二二.力法解超静定结构计算步骤力法解超静定结构计算步骤 (以以0202级试题为例,级试题为例,2525分分)原结构第9页三三.对称性利用对称性利用 (重点掌握半刚架法重点掌握半刚架法)1 1。对称结构概念(。对称结构概念(几何尺寸、支座、刚度均对称几何尺寸、支座、刚度均对称)2EIEIL/2L/2EIEILLEI2EI2EIEIL/2L/22EIEIEI2EI2EI对称结构对称结构非对称结构非对称结构非对称结构非对称结构第10页b.偶数跨偶数跨 取半边结构时,对称轴截面处视为固定端。取半边结构时,对称轴截面处视为固定端。L/2L/2L/2简化为简化为2 2。简化方法
12、。简化方法 对称结构在对称荷载作用下(对称结构在对称荷载作用下(特点:特点:M、N图对称,图对称,Q图反对称图反对称)a.奇数跨奇数跨 取半边结构时,对称轴截面处视为定向支座。取半边结构时,对称轴截面处视为定向支座。M0M0M0简化为简化为第11页 对称结构在反对称荷载作用下(对称结构在反对称荷载作用下(特点:特点:M、N图为反对称,图为反对称,Q图为对称图为对称)M0M0a.奇数跨奇数跨 取半边结构时,对称轴截面处视为与杆件垂直可动铰支座。取半边结构时,对称轴截面处视为与杆件垂直可动铰支座。M0简化为简化为b.偶数跨偶数跨 取半边结构时,对称轴经过杆件,弯曲刚度取二分之一。取半边结构时,对称
13、轴经过杆件,弯曲刚度取二分之一。L/2L/2简化为简化为L/2EIEIEIEIEI/2第12页 对称结构上作用普通荷载时,可将荷载分解为正对称与反对称两种情况之对称结构上作用普通荷载时,可将荷载分解为正对称与反对称两种情况之后在于以简化。(后在于以简化。(比如,作业比如,作业1 1第四题:略第四题:略)另:另:简化时,应充分利用局部平衡特殊性,以简化计算。简化时,应充分利用局部平衡特殊性,以简化计算。反对称荷载反对称荷载P/2P/2P/2P/2(b b)P/2P/2简化简化比如:比如:P PP/2P/2P/2P/2P/2P/2P/2P/2(a a)(b b)对称荷载对称荷载反对称荷载反对称荷载
14、(局部平衡,各杆弯矩为(局部平衡,各杆弯矩为0 0)第13页(03级试题级试题)(15分)用力法求图示结构分)用力法求图示结构M图图,EI=常数常数,M0=45kN.m。M0M02.5m 2.5m3m3m4mM0MP 图45X1M0基本结构X1=1M1 图2.5M02.5m3m简化半结构解:解:1.1.利用对称结构在反对称荷载作用下取左半跨结构进行计算,利用对称结构在反对称荷载作用下取左半跨结构进行计算,取基本结构取基本结构,列力法方程列力法方程3.求求X14.绘绘 M 图。图。2.绘绘 M1 MP 图,求系数和自由项,图,求系数和自由项,20.4520.4524.5524.5520.4520
15、.4524.5524.55M 图(图(kN.m)ABCD往届试题举例往届试题举例:ABCD请思索:若此题若改为对称荷载,结构又应该怎样简化?请思索:若此题若改为对称荷载,结构又应该怎样简化?第14页(2020分)图分)图b b为图为图a a基本体系。已知基本体系。已知 求结构求结构M图图.(EI=常数常数)x x1 1x1P Px2 2 说说 明明 也可不画单位弯矩也可不画单位弯矩图和荷载弯矩图,求出图和荷载弯矩图,求出基本未知量后,直接利基本未知量后,直接利用用ACAC段弯矩图是斜直线段弯矩图是斜直线特点由百分比关系求出特点由百分比关系求出A A截面弯矩值:截面弯矩值:P PABC图图a a
16、图图b bP P解解:列力法方程列力法方程将已知条件代入方程求基本未知量将已知条件代入方程求基本未知量 利用叠加法求图利用叠加法求图(右侧受拉)(右侧受拉)1 10.50.5X X1 1=1=11 1X X2 2=1=11 11.51.5P P(0101级试题级试题)(此方法简便)(此方法简便)第15页 用力法计算图示结构,并绘出用力法计算图示结构,并绘出M图。图。EI=常数。(常数。(20分)分)4)4)求系数和自由项求系数和自由项3)3)绘绘和和图图2)2)列力法方程列力法方程解解:1):1)选选 取基本结构,确定基本未知量取基本结构,确定基本未知量x1、x2。10KN4m2m2m(010
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