第十一章結構的計算簡圖

第十一章結構的計算簡圖第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月學習目標：1．了解結構的概念、構件的基本類型及荷載的分類；2．掌握結構計算簡圖的概念及結點、支座、荷載的計算簡圖；3．了解平面桿系結構的分類。第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)結構及其類型第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)結構及其類型

一、結構建筑物和工程設施中承受、傳遞荷載而起骨架作用的部分稱為工程結構，簡稱為結構。房屋中的梁柱體系，水工建筑物中的閘門和水壩，公路和鐵路上的橋梁和隧洞等，都是工程結構的典型例子。狹義的結構往往指的就是桿系結構，而通常所說的建筑力學就是指桿系結構力學。

第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、結構的類型結構的類型，也就是實際結構物計算簡圖的類型。

（一）按照空間觀點，結構可分為：1.平面結構組成結構的所有桿件的軸線和作用在結構上的荷載都在同一平面內的結構。2.空間結構組成結構的所有桿件的軸線或荷載不在同一平面內的結構。實際工程中的結構都是空間結構，但大多數結構在設計中是被分解為平面結構來計算的。不過在有些情況下，必須考慮結構的空間作用。

第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）按照兒何觀點，結構可分為桿系結構、板殼結構、實體結構1.桿系結構長度方向的尺寸遠大于橫截面尺寸的構件稱為桿件。由若干桿件通過適當方式連接起來組成的結構體系稱為桿系結構。如果組成結構的所有各桿件的軸線都位于某一平面內，并且荷載也作用于此同一平面，則這種結構稱為平面桿系結構，否則便是空間桿系結構。

第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2.板殼結構厚度方向的尺寸遠小于長度和寬度方向尺寸的結構。其中：表面為平面的稱為板(如圖11-2(a)所示)，表面為曲面的稱為殼(如圖11-2(b)所示)。例如一般的鋼筋混凝土樓面均為平板結構，一些特殊形體的建筑如悉尼歌劇院的屋面就為殼體結構。

第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3.實體結構長、寬、厚三個方向尺寸相近的結構。如擋土墻(如圖11-3(a)所示)、建筑物基礎等、設備基礎(如圖11-3(b)所示)、重力式堤壩。

第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月在建筑工程領域內，桿系結構是應用最為廣泛的一種結構形式，幾乎在所有工程的結構設計中都含有桿系結構的設計，故結構力學將桿系結構作為主要研究對象。通常所說的結構力學指的就是桿系結構力學。第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月三、結構、構件的基本要求

（一）強度要求（二）剛度要求（三）穩(wěn)定性要求

第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)荷載的分類第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)荷載的分類一、按荷載作用的范圍分類（一）分布荷載是指滿布在結構某一表面上的荷載，可分為均布荷載和非均布荷載兩種。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）集中荷載作用在結構上的荷載一般總是分布在一定的面積上，當分布面積遠小于結構的尺寸時，則可認為此荷載是作用在結構的一點上，稱為集中荷載。

第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月二、按荷載作用的時間長短分類（一）恒載恒載是指作用在結構上的不變荷載，即在結構建成以后，其大小和位置都不再發(fā)生變化的荷載，例如，構件的自重和土壓力等（二）活載活荷載是指在施工和建成后使用期間可能作用在結構上的可變荷載。所謂可變荷載，就是這種荷載有時存在、有時不存在，它們的作用位置及范圍可能是固定的(如風荷載、雪荷載、會議室的人群重力等)，也可能是移動的(如吊車荷載、橋梁上行駛的車輛、會議室的人群等)。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月三、按荷載作用的性質分類（一）靜荷載靜荷載是指荷載從零慢慢增加至最后的確定數值后，其大小、位置和方向就不再隨時間而變化，這樣的荷載稱為靜荷載。如結構的自重、一般的活荷載等。（二）動荷載動荷載是指荷載的大小、位置、方向隨時間的變化而迅速變化，稱為動荷載。在這種荷載作用下，結構產生顯著的加速度，因此，必須考慮慣性力的影響。如動力機械產生的荷載、地震力等。以上是從三種不同角度將荷載分為三類，但它們不是孤立無關的，例如，結構的自重，它既是恒載，又是分布荷載，也是靜荷載。

第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)結構的計算簡圖第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月一、確定計算簡圖的原則實際工程結構是很復雜的，必須進行簡化，否則分析計算將十分困難。將實際結構進行簡化的過程，稱為力學建模，簡化后可以用于分析計算的模型，稱為結構計算簡圖。確定計算簡圖的一般原則是：

1.盡可能簡單——既要忽略次要因素，使計算工作盡量簡化，又要使計算結果有足夠的精確性。

2.盡可能符合實際——計算簡圖應盡可能反映實際結構的主要受力、變形等特性第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

需要說明的是，對于同一結構，計算簡圖不是惟一不變的。計算簡圖的選擇與結構的重要性、設計階段、計算問題的性質有關，隨著人們認識水平的提高，科學水平的進步及計算目的、手段不同，同一結構也可能出現不同的計算簡圖。

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二、平面桿件結構的簡化確定結構的計算簡圖時，應從結構體系、材料、支座、荷載四個方面進行簡化。（一）結構體系的簡化結構體系的簡化包含了體系、桿件及結點的簡化。實際結構一般均為由各部件連接的空間結構，以承受來自各方面的荷載。但一般來說，均可忽略一些次要的空間約束而將實際空間結構簡化為平面結構，使計算大大簡化。對組成結構的各桿件而言，截面上的應力可由截面內力來確定。故在計算內力時，桿件(無論直桿還是曲桿)用其軸線表示，桿件間的連接區(qū)域在計算中均簡化為結點。

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1.鉸結點鉸結點的特點是與鉸結點相連接的各桿件在連接處可以相對轉動，但不能相對移動，同時假定不存在轉動摩擦，鉸結點能傳遞力，但不能傳遞力矩。這種理想情況在實際結構中并不存在，但螺栓、鉚釘、榫頭的連接處，其剛性不大，而變形、受力特征與此近似，可作為鉸結點處理。

第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.剛結點剛性結點的特點是與剛結點相連接的各桿件在連接處既不能相對轉動，也不能相對移動，剛結點既能傳遞力，也能傳遞力矩。如現澆鋼筋混凝土框架結點或其他連接方法使連結點的剛性很大，即屬于此種情況。

第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）材料性質的簡化常用的建筑材料有鋼材、木材、混凝土、鋼筋混凝土、磚、石等，在結構受力分析時，為簡化計算，一般均可將這些材料假定為均勻、連續(xù)、各向同性、完全彈性或彈塑性體。此時材料的物理參數為常量，使計算大為簡化。但要注意上述假定對象對金屬材料，在一定受力范圍內是適合的，但對其他材料都只能是近似的，特別是木材的順紋與橫紋方向的物理性質是不同的，在應用計算結果時給予適當考慮。

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（三）支座的簡化支座是支承結構或構件的各種裝置。它具有兩方面作用：一是限制位移(限制結構朝某方向移動或轉動)；二是傳遞力(將上部結構或構件的力傳遞給下部結構或構件)。第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1.活動鉸支座如圖11-9(a)。其特點是：支座只約束結構的豎向移動，不約束其水平移動和轉動；只有豎向約束反力?；顒鱼q支座可簡化為一根豎向支桿，如圖11-9(b)。一般實際結構中，對自由放于其他構件上的構件，如放于墻上的梁等，其支座可簡化為此種支座形式。按約束效用區(qū)分，平面結構的支座一般可分為以下幾類。

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2.固定鉸支座如圖11-10(a)。其特點是：支座除了約束結構或構件豎向移動外，還要約束結構或構件水平移動，但不約束其轉動；支座反力除豎向約束反力外，還有水平約束反力。固定鉸支座可簡化為交于一點的兩根支桿，如圖11-10(b)。實際結構中，如柱子插入預制杯形基礎內，若柱子與杯口之間用瀝青麻絲填實，則可簡化為此種支座形式。

第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.定向支座如圖11-11(a)。其特點是支座約束結構的轉動和垂直于其支承面的移動，它可沿其支承面移動；支座反力為一約束力矩和垂直于支承面的約束反力。定向支座可簡化為兩根平行支桿，如圖11-11(b)。

第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.固定支座如圖11-12(a),其特點是：支座約束結構的任何移動及轉動；支座反力有水平和豎向的約束反力，及約束力矩。固定支座可簡化為既不平行亦不交于一點的三根支桿，見圖11-12(b)

第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

5.彈性支座如圖11-13(a)。其特點是：支座主要約束結構的某種位移，同時其本身又要產生一定的位移；其約束反力與位移有關。在實際結構中，井字樓蓋的交叉梁系之間及橋梁結構的縱梁支承于橫梁上均屬于此種情況。

第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月在實際結構中，如果支承體的剛度遠大于被支承體的剛度，則應將支座視為剛性支座，不考慮支座本身變形，按前四種支座形式簡化。如果支承體的剛度與被支承體的剛度相近，則應將支座視為彈性支座，考慮支座本身變形，按第五種支座形式簡化。另外支座不是絕對的，應視分析對象而定，若只分析結構中的某一構件，則支承該構件的構件即為其支座；若分析整個結構，則基礎為其支座。

第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）荷載的簡化作用于結構上的荷載可分為體積力與表面力。體積力為分布于物體體積內的力，與物體體積有關，如自重、慣性力等。表面力為作用于物體外表面的力，由物體之間的接觸而傳遞，如土壓力、水壓力、人作用于樓板上的力等。在一般的結構受力分析中，由于桿件用其軸線代替，故不論體力還是表面力，均簡化為作用于桿軸上的力。當荷載作用區(qū)域與結構本身的區(qū)域相比很小時，可簡化為集中荷載，較大時，則簡化為分布荷載。

第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月三、平面桿系結構的分類本書所研究的主要是平面桿系結構，可按以下方式進行分類：（一）按計算特點分1.靜定結構結構在荷載作用下，其反力和內力均可由靜力平衡條件惟一確定的結構，如圖11-15(a)。2.超靜定結構結構在荷載作用下，其反力和內力須由靜力平衡條件和變形協調條件及物理條件(壓力應變關系)共同確定的結構，如圖11-15(b)。

第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）按結構組成及受力特征分1.梁桿軸通常為直線(也可能為曲線或折線)的一種受彎構件，可以是單跨或多跨。

第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2.拱

桿軸通常為曲線，其力學特點是：在豎向荷載作用下有水平反力產生。由于水平反力可減小拱截面內的彎矩，拱體內力以受壓為主。可作為大跨度結構的一種應用形式。第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3.桁架由直桿組成，所有結點均為鉸結點。在結點荷載作用下，各桿只受軸力作用。第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.剛架由直桿組成，全部或部分結點為剛結點，各桿內力以受彎為主。第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月5.組合結構是由梁與桁架或剛架與桁架組合而成的結構，結構中，梁式桿內力以受彎為主，而桁桿(二力桿)只承受軸力。第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結第38頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月本