建筑力学结构组成规律.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,建筑力学,第十章 建筑工程结构的组成规律,教师：邹定祺,2,内容：建筑工程结构的概念,建筑工程结构计算简图,建筑工程结构几何组成分析,重点：几何不变体系的组成规则,3,10.1,建筑工程结构的概念,1,、按几何特征分类,（,1,）杆件结构,框架结构模型（刚架）南译女生宿舍七号楼,4,（,2,）板壳结构（薄壁结构）,重庆奥林比克中心 澳大利亚悉尼歌剧院,5,（,3,）实体结构,南译的水坝,瑞士大狄克桑坝（高,285 m),6,2,、按空间特征分类,（,1,）空间结构,重庆园博园西昌馆,（,2,）平面结构,7,3,、按内力特征分类,静定结构,-,无多余联系的几何不变体系；,它的全部反力和内力能由静力平衡条件求得。,超静定结构,-,有多余联系的几何不变体系；,它的全部反力和内力不能都由静力平衡条件求得。,10.2,建筑结构的计算简图,10.2.1,平面杆件结构的简化,1,、简化原则：,（,1,）从实际出发，正确反映实际结构的的主要受力特征。,（,2,）分清主次，略去次要因素，使计算简化。,8,2,、计算简图的简化方法,（,1,）可以把空间结构分解为几个平面结构进行计算。,（,2,）杆件简化。用纵向轴线代替结构的杆件。,（,3,）结点简化。根据结点的实际构造，通常可简化为铰结点和刚结点。,9,（,4,）支座简化。根据支座的实际构造和约束特点通常可简化为固定铰支座、可动铰支座、固定端支座、,定向支座等。,10,11,（,4,）荷载的简化与分类,可简化为集中力或分布力、,集中力偶、分布力偶。,10.2.2,平面杆件结构的分类,梁、拱、刚架、桁架、,组合结构,南译拱桥,12,10.3,平面杆系的几何组成分析,10.3.1,几何不变体系和几何可变体系,在不考虑材料变形的条件下，,能够保持几何形状,和位置不变的体系，称为,几何不变体系,。,在受到很小的荷载,F,作用，也将引起几何形状改,变，,这类体系不能够保持几何形状和位置不变的体系,称为,几何可变体系,。,F,F,10.3.3,几何组成分析的目的,1,判别给定体系是否是几何不变体系，从而决定它能否作为结构使用；,2,研究几何不变体系的组成规则，以保证设计出合理的结构；,3,正确区分静定结构和超静定结构，为结构的内力计算打下必要的基础。,在本章中，所讨论的体系只限于平面杆件体系,13,10.3.4,杆件体系自由度的概念,1,、自由度,体系运动时，确定其位置所需要的独立坐标的数目。,一个点的自由度等于,2,，即点在平面内可以作两种,相互独立的运动。,一个刚片在平面内的自,由等于,3,，即刚片在平面内,不但可以,自由移动,，而且,还可以,自由转动,。,14,15,2,、约束,使体系减少自由度的装置,能够减少体系自由度的装置称为,约束,或,联系,。能减少几个自由度就叫做几个约束。常用的约束有链杆、铰（单铰、复铰）和刚结点。,3,、联系,使体系减少一个自由度的装置。能减少几个自由度的装置就相当于几个联系。,（,1,）链杆,一个联系,减少一个自由度。,（,2,）固定铰支座,两个联系，减少二个自由度。,固定端支座,三个联系，减少三个自由度。,（,3,）单铰,联结两个刚片的铰，相当于两个联系，减少二个自由度。,16,（,4,）复铰,联结两个以上刚片的铰。联结,n,个刚片的复铰，相当于,n-1,个单铰，减少,2(n-1),个自由度。,17,18,（,5,）虚铰,两根不平行的链杆延长线之交点。,体系运动时，刚片绕虚铰转动的同时，虚铰的,位置也随之改变，故又称为瞬铰。两个联系。,两刚片用两链杆连接,两相交链杆构成一虚铰,2024/12/14 周六,19,4,、多余约束,体系中增加一个约束，而体系的,自由度并不因此而减少，此约束称为多余约束,.,20,9.3.4,几何不变体的基本组成规则,1,、二刚片规则,两刚片,(,、,),用不全交于一点也不全平行的三根链杆相互联结，或用一个铰及一根不通过铰心的链杆相联结，组成无多余联系的几何不变体。,21,E,F,瞬变体系,-,为几何可变，经微小位移后即转化为几何不变的体系。,22,三根链杆互相平行且不等,长，体系是几何,瞬变体系,瞬铰,下图为几何瞬变体，微小位移后，不能继续位移，但：,对,C,点列平衡方程,F,ix,=0 -F,CA,cos,+F,CB,cos,=0,得,F,CA,=F,CB,F,iy,=0 F,CA,sin,+F,CB,sin,-F=0,F,CA,=F,CB,=F/(2sin,),小变形,，,0,，,sin,0,F,CA,=F,CB,=,23,F,F,F,CA,F,CB,C,A,B,若联接两个刚片的三根链杆互相平行且等长，体系是几何可变体,24,几何常变体系,25,2,、三刚片规则,三个刚片用不在同一直线上的三个单铰两两相联，组成无多余联系的几何不变体。其中的铰也可两根不平行的链杆代替，只要这些由两根链杆组成的实铰或虚铰和其它的铰不在同一直线上，组成的体系也是无多余联系的几何不变体。,大地、,AC,、,BC,为刚片,;,A,、,B,、,C,为单铰,3,、二元体规则,二元体,两根不平行的杆件（刚片,),用一个铰相联。,在一个体系上增加或撤去一个二元体，不会改变体系的几何组成性质。,26,27,减二元体简化分析,加二元体组成结构,28,4,、虚铰在无穷远处,两平行杆形成的虚铰在无穷远处。,（,1,）一个虚铰在无穷远处，若组成虚铰的两根链杆与另外两个铰（实铰或虚铰）的连线不平行，则体系几何不变。若平行，则瞬变。,平行,几何瞬变体,平行等长,几何常变体系,（,2,）两个虚铰在无穷远处，若组成无穷远虚铰的两对链杆互不平行，则体系几何不变。若两虚铰的四根链杆互相平行但不等长，则体系为瞬变体系。,29,四杆不全平行,几何不变体系,四杆全平行,几何瞬变体系,30,四杆平行等长,几何常变体系,31,5,、,自由度计算法,一个物体有三个自由度。若一个体系由,m,个刚体组成，其中有,h,个单铰，,r,个链杆，则，该体系剩余的自由度数,w,为,w=3m-2h-r,若铰中有复铰，要转化为单铰。,当,w0,时，体系为几何可变体；,当,w=0,时，体系为几何不变体或几何瞬变体；,当,w0,时，体系为有多余约束的几何不变体。,10.3.5,几何组成分析举例,.,32,例,10.1,试对右图所示的,铰结链杆体系作几何组,成分析。,解：,在此体系中，先分析,基础以上部分。把链杆,1-2,作为刚片，再依次增加二元体,1-3-2,、,2-4-3,、,3-5-4,、,4-6-5,、,5-7-6,、,6-8-7,，根据二元体法则，此部分体系为几何不变体系，且无多余联系。,把上面的几何不变体系视为刚片，它与基础用三根既不完全平行也不交于一点的链杆相联，根据两刚片法则此图所示体系为一几何不变体系，且无多余联系。,.,33,例,10.2,试对下图所示体系进行几何组成分析。,解：,首先在基础上依次增加,A-C-B,和,C-D-B,两个二元体，并将所得部分视为一刚片；再将,EF,部分视为另一刚片。该两刚片通过链杆,ED,和,F,处两根水平链杆相联，而这三根链杆既不全交于一点又不全平行，故该体系是几何不变的，且无多余联系。,.,34,例,10.3,试如右图所示体系进行几何组成分析。,解：,将,AB,、,BED,和基础分别作为刚片,I,、,II,、,III,。,刚片,I,和,II,用铰,B,相联；刚片,I,和,III,用铰,A,相联；,刚片,II,和,III,用虚铰,C(D,和,E,两处支座链杆的交点,),相联。因三铰在一直线上，故该体系为瞬变体系,。,.,35,例,10.4,试对下图所示体系进行几何组成分析。,解：,杆,AB,与基础通过三根既不全交于一点又不,全平行的链杆相联，成为一几何不变部分，再增,加,A-C-E,和,B-D-F,两,个二元体。此外，,又添上了一根链杆,CD,，故此体系为具,有一个多余联系的,几何不变体系。,.,36,例,10.5,试分析右图所示的体系的几何组成。,解：,根据规则三，先依次撤除二元体,G-J-H,、,D-G-F,、,F-H-E,，,D-F-E,使体系简化。再分析剩,下部分的几何组成，,将,ADC,和,CEB,分别视,为刚片,I,和,II,，基础视,为刚片,III,。此三刚处,分别用铰,C,、,B,、,A,两,两相联，且三铰不在,同一直线上，故知该,体系是无多余联系的,几何不变体系。,2024/12/14 周六,37,