土木工程力學-結構的計算簡圖及分類公開課結構的計算簡圖及分類學習探究知識強化課堂延伸提綱挈領一、結構的計算簡圖二、荷載的分類及計算三、平面桿系結構的分類7/20/20232本節(jié)課需要解決的問題:1、什么是結構計算簡圖2、荷載的分類3、平面桿系結構的分類學習探究7/20/20233第一章靜力學的基本概念補充知識結構的計算簡圖及分類7/20/20234一、知識回顧1、柔體約束—反力方向沿著繩子背離物體2、光滑接觸面約束—公法線及反力畫法3、圓柱鉸鏈約束—四選一4、鏈桿約束—（鏈桿和二力桿的異同）5、支座—11種表達及其反力畫法7/20/202352受力圖

畫受力圖的步驟①選研究對象，畫脫離體圖；②首先畫上主動力；③明確研究對象所受周圍的約束，根據(jù)約束類型，然后再畫約束力；④檢查是否含有二力桿，如果有首先分析二力桿;必要時用二力平衡公理、三力平衡匯交定理確定某些約束力的指向。7/20/20236一、結構的計算簡圖7/20/20237結構平面桿系結構桿件的截面尺寸遠小長度特點板殼結構塊體結構桿系結構承受荷載起骨架作用的構件或由其組成的整體概念分類一、結構的計算簡圖建筑結構7/20/20238計算簡圖選擇的原則：1、盡可能符合實際——計算簡圖應能反映實際結構的主要受力和變形性能2、盡可能簡單——計算簡圖要便于計算計算簡圖：指對實際結構進行簡化，表現(xiàn)主要特點略去次要因素，用一個簡化圖形來代替實際結構，這簡化圖形就稱為實際結構的計算簡圖。一、結構的計算簡圖7/20/20239實際結構簡化的過程計算簡圖1結構體系的簡化2桿件的簡化3節(jié)點的簡化4支座的簡化5荷載的簡化7/20/202310結構體系的簡化31空間結構平面結構框架結構7/20/202311排架結構空間結構平面結構7/20/202312桿件的簡化32——以軸線（粗實線）表示立體平面粗線當截面尺寸增大時，將引起較大誤差。如：超過長度的1/4。7/20/202313桿件的簡化32——以軸線（粗實線）表示柱基礎屋架實例1--屋架7/20/202314桿件的簡化32——以軸線（粗實線）表示柱7/20/202315兩鉸剛架實例2—剛架桿件的簡化32——以軸線（粗實線）表示7/20/202316三鉸剛架實例3—剛架桿件的簡化32——以軸線（粗實線）表示7/20/202317節(jié)點桿件之間的連接桿件與基礎的連接支座桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化7/20/202318桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化節(jié)點的類型：⑴鉸節(jié)點⑵剛節(jié)點7/20/202319桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化鉸節(jié)點實例上圖的木屋架通過預埋在柱子或墻內(nèi)的螺栓與柱或墻相連接，屋架與柱不能發(fā)生相對位移，但仍然有可能發(fā)生微小的相對轉動，故常把這種節(jié)點簡化為鉸節(jié)點。7/20/202320桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化鉸節(jié)點實例上圖的鋼筋混凝土屋架，其端部與柱頂都有事先預埋的鋼板，吊裝就位后，把鋼板焊在一起。屋架與柱不能發(fā)生相對位移，但仍然有可能發(fā)生微小的相對轉動，故常把這種節(jié)點簡化為鉸節(jié)點。7/20/202321桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化剛節(jié)點實例上圖(a)所示為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架頂層節(jié)點的構造。因梁與柱在節(jié)點處，是用混凝土現(xiàn)澆成整體，且配置適量鋼筋，故在節(jié)點處，梁與柱既不能相對移動又不能相對轉動，此時便把該節(jié)點簡化為剛節(jié)點，如圖(b)所示。7/20/202322桿件間連接的簡化33鉸節(jié)點不能相對移動，可以相對轉動可以傳遞力，但不能傳遞彎矩——節(jié)點的簡化7/20/202323桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化鉸節(jié)點連接的桿件受到荷載作用而產(chǎn)生變形時，鉸節(jié)點處各桿件的夾角會發(fā)生改變，約束反力用兩對互相垂直、等大反向的力表示。C7/20/202324剛節(jié)點不能相對移動和轉動可以傳遞力和彎矩桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化7/20/202325桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化剛節(jié)點連接的桿件受到荷載作用而產(chǎn)生變形時，剛節(jié)點處各桿件的夾角不會發(fā)生改變，約束反力用兩對互相垂直、等大反向的力加上兩對力偶矩表示。7/20/202326桿件間連接的簡化33——節(jié)點的簡化不完全鉸節(jié)點部分剛節(jié)、部分鉸節(jié)的節(jié)點稱為半鉸或復合鉸節(jié)點。7/20/202327結構與基礎間連接的簡化34可動絞支座可以轉動和水平左右移動，但不能豎向上下移動。提供垂直于支撐面的豎向約束反力——支座的簡化7/20/202328可動鉸支座Fy7/20/202329固定鉸支座可以轉動，但不能豎向移動和水平移動。提供豎向和水平約束反力。固定鉸支座7/20/202330固定端支座不能豎向移動、水平移動和轉動。提供豎向、水平約束反力和約束力矩7/20/202331預制鋼筋混凝土柱插入杯形基礎的兩種施工方法7/20/202332結構與基礎間連接的簡化34——支座的簡化在杯口四周填入瀝青麻絲，柱端可發(fā)生微小轉動，則可簡化為固定鉸支座。7/20/202333結構與基礎間連接的簡化34——支座的簡化當杯口四周用細石混凝土填實、地基較好且基礎較大時，可簡化為固定支座。7/20/202334結構與基礎間連接的簡化34——支座的簡化一根兩端支承在墻上的鋼筋混凝土梁，受到均布荷載的作用，對這樣一個最簡單的結構，如果要嚴格按實際情況去計算，是很困難的。因為梁兩端所受到的反力沿墻寬的分布情況十分復雜，反力無法確定。7/20/202335結構與基礎間連接的簡化34——支座的簡化如何選擇比較符合實際的計算簡圖，先要分析梁的變形情況。因為梁支承在磚墻上，其兩端均不可能產(chǎn)生垂直向下的移動，但在梁受壓時，彎曲變形導致兩端能夠產(chǎn)生微小轉動；整個梁不可能在水平方向移動，但在溫度變化時，梁端能夠產(chǎn)生熱脹冷縮。7/20/202336結構與基礎間連接的簡化34——支座的簡化梁的支座作如下簡化處理：通常在一端墻寬的中點設置固定鉸支座，在另一端墻寬的中點設置可動鉸支座，用梁的軸線代替梁，就得到了簡支梁的計算簡圖。↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓q梁右端的可動鉸支座體現(xiàn)了梁在溫度變化下的熱脹冷縮，左端的固定鉸支座體現(xiàn)了梁不能在水平方向移動但卻可以在梁受壓時由于彎曲變形導致梁兩端能夠產(chǎn)生微小轉動的事實。7/20/202337結構與基礎間連接的簡化34——支座的簡化這個計算簡圖反映了：梁的兩端不可能產(chǎn)生垂直向下移動但可轉動的特點；左端的固定鉸支座限制了梁在水平方向的整體移動；右端的可動鉸支座允許梁在水平方向的溫度變形。這樣的簡化既反映了梁的實際工作性能及變形特點，又便于計算。這就是所謂的簡支梁?！齫7/20/202338荷載的簡化35體積力表面力——自重等——風、雪荷載等簡化為作用于軸線上的集中荷載或均布荷載荷載：作用在結構或構件上的主動力。如重力、風壓力、雪壓力等。作用面積不大：按集中荷載考慮；作用面積較大：按分布荷載考慮。7/20/202339↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓l結構的計算簡圖舉例7/20/202340二、荷載的分類及計算7/20/202341荷載：指主動作用于結構上的外力.廣義荷載：其他使結構產(chǎn)生內(nèi)力或變形的因素，如溫度變化、基礎沉陷、材料收縮等。二、荷載的分類及計算荷載可以根據(jù)不同的特征進行分類7/20/202342依據(jù)荷載作用時間的久暫31恒載：長期作用在結構上的不變荷載，如結構的自重或土壓力?；钶d：在建筑物施工和使用期間可能存在的可變荷載，如樓面荷載、屋面荷載、雪載和風載等。二、荷載的分類及計算7/20/202343依據(jù)荷載作用時間的久暫31結構的自重計算公式二、荷載的分類及計算自重=重力密度（N/m3）×體積（m3）磚的重力密度=19（KN/m3）水泥砂漿的重力密度=20（KN/m3）7/20/202344樓面活荷載樓面活荷載應依據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》進行設計，如教室規(guī)定為2.0KN/m2

。7/20/202345依據(jù)在結構上的分布情況32集中荷載：當荷載的作用范圍很小，此時可以認為荷載全部集中作用在一點上，即稱之為集中荷載，如汽車輪壓。單位：N或KN。分布荷載：滿布在結構某一表面上的荷載，又分為均布荷載和非均布荷載。如樓面荷載、雪載等。二、荷載的分類及計算7/20/202346依據(jù)在結構上的分布情況32分布荷載：滿布在結構某一表面上的荷載，又分為均布荷載和非均布荷載。如樓面荷載、雪載等。二、荷載的分類及計算分布荷載按照形態(tài)又分為以下3種：①體分布荷載；②面分布荷載；③線分布荷載。7/20/202347吊車梁上的荷載吊車梁牛腿吊車輪7/20/202348依據(jù)荷載的作用性質33靜力荷載：數(shù)量、方向和位置不隨時間變化或變化極為緩慢，不使結構產(chǎn)生顯著的加速度。如自重和其他恒載。動力荷載：隨時間迅速變化或在短暫時段內(nèi)突然作用或消失的荷載，使結構產(chǎn)生顯著的加速度，要考慮慣性力的影響，如沖擊荷載、地震力等。7/20/202349三、平面桿系結構的分類7/20/202350——平面桿系按結構的計算簡圖分類受彎構件其軸線通常為直線可以是單跨的或多跨的梁317/20/202351梁317/20/202352剛架32由直桿組成，各桿主要受彎曲變形。其節(jié)點通常為剛節(jié)點。7/20/202353剛架327/20/202354拱33軸線為曲線,以壓縮變形為主。力學特點是在豎向荷載作用下有水平支座反力7/20/202355桁架34由直桿組成，三角形單元。所有節(jié)點都為鉸節(jié)點7/20/202356桁架347/20/202357組合結構35是桁架和梁或剛架組合一起形成的結構7/20/202358思考：組合式吊車梁結構簡圖的形成依據(jù)組合式吊車梁的計算簡