【岩土结构基础结构力学】第2讲静定结构内力计算上.pdf
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1、网络授课课后视频及时答疑专有题库岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495262019年张工培训注册勘察设计岩土结构基础班第2讲:静定结构内力计算主讲:黄老师2岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495262内力一、静定梁静定梁的内力分析二、静定平面刚架静定平面刚架的内力分析三、静定平面桁架静定平面桁架的内力分析四、静定组合结构静定组合结构的内力分析五、三铰拱三铰拱的内力分析六、静定结构的一般特性位移七、单位荷载法八、荷载作用下的位移计算九、图乘法十、支座移动时的位移计算十一、温度变化时的位移计算十二、互等定理静定结构3岩土基础免费群283982936 公共
2、基础免费群248495263梁是以受弯为主的结构,以承受竖向荷载为主。静定梁可梁是以受弯为主的结构,以承受竖向荷载为主。静定梁可分为单跨静定梁和多跨静定梁。单跨静定梁为单杆结构,其全分为单跨静定梁和多跨静定梁。单跨静定梁为单杆结构,其全部支座反力和内力都可用静力平衡方程求出部支座反力和内力都可用静力平衡方程求出。常见常见的单跨静定梁形式包括简支梁、斜梁、悬臂梁和伸臂的单跨静定梁形式包括简支梁、斜梁、悬臂梁和伸臂梁梁等。等。在在建筑结构建筑结构中窗台中窗台上的过梁属于简支梁;楼梯梁属于斜梁;上的过梁属于简支梁;楼梯梁属于斜梁;雨棚属于悬臂梁;阳台上的挑梁属于伸臂梁。雨棚属于悬臂梁;阳台上的挑梁属
3、于伸臂梁。一、静定梁的内力分析4岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495264(a)(a)简支梁简支梁(b)(b)斜梁斜梁(c)(c)悬臂梁悬臂梁(d)(d)伸臂梁伸臂梁单跨静定梁的结构形式单跨静定梁的结构形式单跨静定梁内力分析和内力图绘制方法,是其他静定结构单跨静定梁内力分析和内力图绘制方法,是其他静定结构内力分析和内力图绘制的基础。包括截面法、内力图与荷载间内力分析和内力图绘制的基础。包括截面法、内力图与荷载间的关系和区段叠加法。的关系和区段叠加法。5岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952651 1、轴力、轴力截面上沿杆件轴线方向的内力合力。截面
4、上沿杆件轴线方向的内力合力。“拉力“拉力为正,压力为负”。为正,压力为负”。轴力轴力F FN N的数值等于截面任一边所有外力在梁轴线方向投的数值等于截面任一边所有外力在梁轴线方向投影的代数和。影的代数和。2 2、剪力、剪力截面上沿杆轴法线方向的内力合力。截面上沿杆轴法线方向的内力合力。“顺时“顺时针旋转为正,反之为负”。针旋转为正,反之为负”。剪力剪力F FQ Q的数值等于截面任一边所有外力在与梁轴线垂直的数值等于截面任一边所有外力在与梁轴线垂直方向投影的代数和。(轴力和剪力的方向,材料力学和结构方向投影的代数和。(轴力和剪力的方向,材料力学和结构力学的规定相同)力学的规定相同)3 3、弯矩、
5、弯矩截面上内力对截面形心的合力矩。材料力学截面上内力对截面形心的合力矩。材料力学的规定的规定“下凸上凹为正,反之为负”。“下凸上凹为正,反之为负”。结构力学结构力学不标正负号,不标正负号,画在受拉一侧。画在受拉一侧。弯矩弯矩M M的数值等于截面任一边所有外力对该截面形心之矩的数值等于截面任一边所有外力对该截面形心之矩的代数和。的代数和。(1)内力计算法则(直接法求内力)及符号规定:6岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495266求解求解内力之前,通常先确定支座反力,未知支反力可任意内力之前,通常先确定支座反力,未知支反力可任意假设正方向。若计算结果为正,则表示支反力的实际方
6、向与假假设正方向。若计算结果为正,则表示支反力的实际方向与假设方向相同;反之,则表示实际方向与假设方向相反。设方向相同;反之,则表示实际方向与假设方向相反。求出支座反力后,为避免以后计算过程中误判支反力方向,求出支座反力后,为避免以后计算过程中误判支反力方向,一般用括号中的箭头标明其实际方向,如计算得实际支反力向一般用括号中的箭头标明其实际方向,如计算得实际支反力向上,则在求得的支座反力后采用“(上,则在求得的支座反力后采用“()”标注。)”标注。7岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495267q(2 2)截面法)截面法杆件内力主要指截开杆件所暴露出的截面上的力。对于平面杆
7、件内力主要指截开杆件所暴露出的截面上的力。对于平面杆件,一般包括轴力、剪力和弯矩三种。杆件,一般包括轴力、剪力和弯矩三种。MQNFFqqQFNFM主要步骤:主要步骤:1 1、截开截面、截开截面2 2、内力代替、内力代替3 3、列平衡方程、列平衡方程=ixNFF=iyQFF=)F(mMio8岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495268在列平衡方程求解内力时,需事先确定截面内力的方向,在列平衡方程求解内力时,需事先确定截面内力的方向,而此时截面内力为未知力,因此,一般假定截面内力沿其正向而此时截面内力为未知力,因此,一般假定截面内力沿其正向作用,则计算得到的正负号就是该截面内
8、力的正负号。作用,则计算得到的正负号就是该截面内力的正负号。应用截应用截面法应注意以下问题:面法应注意以下问题:1 1、优先选取受力较为简单的部分作为隔离体。、优先选取受力较为简单的部分作为隔离体。2 2、隔离体的受力图上,约束力要符合约束性质,未知内力按正、隔离体的受力图上,约束力要符合约束性质,未知内力按正方向标注;链杆仅有轴力,梁式杆件有轴力、剪力和弯矩。方向标注;链杆仅有轴力,梁式杆件有轴力、剪力和弯矩。3 3、尽量避免求解联立方程。、尽量避免求解联立方程。9岩土基础免费群283982936 公共基础免费群248495269(3 3)内力图与荷载间的关系)内力图与荷载间的关系内力图:杆
9、件上所有截面的内力求出,并用竖标绘在相应基杆件上所有截面的内力求出,并用竖标绘在相应基线上,再将所有竖标相连,可得相应的内力图。线上,再将所有竖标相连,可得相应的内力图。内力图中的轴力图和剪力图可绘制在杆件的任意侧,并标注内力图中的轴力图和剪力图可绘制在杆件的任意侧,并标注正负号以表明力的正负;弯矩图无需标注正负号,但必须绘制在正负号以表明力的正负;弯矩图无需标注正负号,但必须绘制在杆件截面上纤维受拉侧。杆件截面上纤维受拉侧。10岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952610q向下的均布荷载无荷载集中力FC集中力偶mC向下倾斜的直线下凸的二次抛物线在Fs=0的截面水平直线
10、一般斜直线或在C处有突变在C处有转折在剪力突变的截面在C处无变化C在C处有突变m在紧靠C的某一侧截面一段梁上的外力情况剪力图的特征弯矩图的特征最大弯矩所在截面的可能位置在几种荷载下剪力图与弯矩图的特征11岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952611(a)集中力作用在跨中(b)均布荷载作用满跨简支梁在常见单一荷载作用下的内力图:(c)集中力偶作用在跨中(d)集中力偶作用在梁端简支梁在单一荷载作用下的内力图12岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952612(4 4)区段叠加法)区段叠加法若某杆件内任一杆段两端弯矩为已知时,可利用简支梁弯矩图的叠加法快速
11、绘制该杆段的弯矩图,称为区段叠加法叠加原理:对于小变形线弹性结构而言,所有荷载产生的总效应(内力和变形等)等于各种荷载单独作用产生效应的代数和。13岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952613(a)(a)作ijij段弯矩图对图(a)(a)所示结构,当求得i i、j j截面的弯矩和剪力后,由图(b)(b)所示ijij段隔离体受力图与图(c)(c)中的简支梁完全等效。因此,可利用区段叠加法进行ijij区段弯矩图的绘制,如图(d)(d)所示。(b)ij(b)ij段隔离体图(d)ij(d)ij段M M图(c)(c)等效简支梁14岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2
12、484952614叠加法几叠加法几点注意点注意:弯矩图叠加是竖标相加,而不是图形的拼合。叠加上的竖标弯矩图叠加是竖标相加,而不是图形的拼合。叠加上的竖标要垂直杆轴线。要垂直杆轴线。为了顺利地利用叠加法绘制弯矩图,应牢记简支梁在跨中荷为了顺利地利用叠加法绘制弯矩图,应牢记简支梁在跨中荷载作用下的载作用下的弯矩图。弯矩图。利用叠加法绘制弯矩图可以少求一些控制截面的弯矩值。利用叠加法绘制弯矩图可以少求一些控制截面的弯矩值。利用叠加法绘制弯短图还可以少求一些支座反力。利用叠加法绘制弯短图还可以少求一些支座反力。对于任意直杆段,不论其内力是静定的还是超静定的对于任意直杆段,不论其内力是静定的还是超静定的
13、;不论是不论是等截面杆或是等截面杆或是变截面杆变截面杆;不论该杆段内各相邻截面间是连续的还不论该杆段内各相邻截面间是连续的还是定向连接或者是镀连接的,弯矩叠加法均是定向连接或者是镀连接的,弯矩叠加法均适用适用。15岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952615(5 5)多跨)多跨静定梁静定梁主从主从结构的几何组成特点结构的几何组成特点:包含基本部分和包含基本部分和附属部分附属部分多多跨静定梁的组成特点及传力层次图跨静定梁的组成特点及传力层次图多多跨静定梁是由若干单跨梁用中间铰及链杆连结而成的跨静定梁是由若干单跨梁用中间铰及链杆连结而成的静定结构。静定结构。多跨静定梁能跨越
14、几多跨静定梁能跨越几个连续的跨度,受力性能优于个连续的跨度,受力性能优于相应的一连串简支梁,故广泛相应的一连串简支梁,故广泛应用于房屋建筑和公路桥梁中,应用于房屋建筑和公路桥梁中,是使短梁跨越大跨度的一种较是使短梁跨越大跨度的一种较合理的结构形式。合理的结构形式。多跨静定梁的结构简图多跨静定梁的结构简图:由由外伸梁和简支短梁铰结组成。外伸梁和简支短梁铰结组成。16岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952616层次层次图:反映多跨静定梁组成顺序的图形图:反映多跨静定梁组成顺序的图形.(.(基本部分在基本部分在下,附属部分在上下,附属部分在上.).)组成顺序:先基本部分,后附
15、属部分;组成顺序:先基本部分,后附属部分;受力传递:先附属部分,后基本部分;受力传递:先附属部分,后基本部分;17岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952617在图示在图示梁中,反力梁中,反力VEVE和和VBVB的的值应为值应为:A.A.VE=P/4,VB=VE=P/4,VB=0 0B.B.VE=O,VB=PVE=O,VB=PC.C.VE=0,VB=P/2VE=0,VB=P/2D.D.VE=P/4,VVE=P/4,VB B=P=P/2/218岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952618计算步骤:1 1、画出层次图,拆成单跨梁;2 2、由上而下,依次
16、绘制各单梁内力图;3 3、拼接成全梁内力图。注意:1 1、由上而下画层次图、受力传递图时,各梁上除作用有荷载外,还有上层传来的支反力;(多跨静定梁拆成单梁后,从附属部分到基本部分,依次由静力平衡方程求出各支反力反向作用于下层也为荷载。)2 2、内力图画在原结构简图上。计算步骤计算步骤19岩土基础免费群283982936 公共基础免费群2484952619二、刚架二、刚架的内力分析的内力分析刚架刚架是由梁和柱等直杆组成的具有刚性结点的结构。是由梁和柱等直杆组成的具有刚性结点的结构。静定平面刚架是所有外力和各杆轴线都在同一平面内的平静定平面刚架是所有外力和各杆轴线都在同一平面内的平面刚架,且仅由静
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