《結(jié)構(gòu)基本計算原理》課件

《結(jié)構(gòu)基本計算原理》課件介紹本課件將深入探討結(jié)構(gòu)基本計算原理，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念、計算方法和應(yīng)用。課程內(nèi)容涵蓋靜力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析等方面，并結(jié)合實際工程案例進行講解。什么是結(jié)構(gòu)支撐作用結(jié)構(gòu)的主要功能是支撐和承受負載，確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。抵抗變形結(jié)構(gòu)能夠抵抗外力的作用，防止建筑物過度變形或坍塌。傳遞載荷結(jié)構(gòu)將外部負載傳遞到基礎(chǔ)，保證建筑物的安全性和使用壽命。結(jié)構(gòu)的組成部分基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)的底部，承載整個結(jié)構(gòu)的重量，將結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基上。柱柱是垂直的構(gòu)件，主要用于支撐上部結(jié)構(gòu)的荷載。梁梁是水平的構(gòu)件，主要用于支撐樓板、屋頂?shù)?。墻墻是圍護結(jié)構(gòu)，用于分隔空間，保護內(nèi)部環(huán)境。力的概念和分類力的概念力是物體之間的相互作用。物體之間發(fā)生相互作用時，就會產(chǎn)生力，力是使物體產(chǎn)生形變或運動的原因。力的分類力可以根據(jù)力的性質(zhì)、作用方式、作用效果等進行分類。根據(jù)力的性質(zhì)，力可以分為重力、彈力、摩擦力、壓力、拉力等。根據(jù)力的作用方式，力可以分為集中力、分布力等。力的表示方法力可以用大小、方向和作用點三個要素來表示。可以用箭頭來表示力的大小、方向和作用點。箭頭長度表示力的大小，箭頭方向表示力的方向，箭頭起點表示力的作用點。力的作用11.力的方向力具有大小和方向，力的方向決定了物體運動的方向。22.力的作用點力的作用點是指力作用在物體上的位置，力的作用點決定了力的作用效果。33.力的效果力的作用可以改變物體的運動狀態(tài)，使其加速、減速或改變運動方向。44.力的平衡當(dāng)作用在物體上的合力為零時，物體保持靜止或勻速直線運動。力的合成與分解力的合成多個力共同作用于物體，可以合成一個等效力。平行四邊形法則以兩個力為鄰邊作平行四邊形，對角線表示合力方向和大小。力的分解將一個力分解為兩個或多個分力，滿足合成后的力等于原力。正交分解將力分解為互相垂直的兩個分力，方便計算和分析。平面力系的平衡條件平面力系是指所有力都作用在一個平面上的力系。平面力系的平衡條件是指，當(dāng)作用在物體上的所有力相互平衡時，物體將保持靜止或勻速直線運動。平面力系的平衡條件可以用以下兩個方程式表示:1∑X=0水平方向上的力之和為零2∑Y=0垂直方向上的力之和為零這兩個方程式表明，物體在水平和垂直方向上都處于平衡狀態(tài)。只有滿足這兩個條件，物體才能保持靜止或勻速直線運動。滿足這兩個條件的力系稱為平衡力系。空間力系的平衡條件空間力系是指作用在剛體上的力，這些力在空間中具有不同的方向和大小?？臻g力系平衡條件是指當(dāng)作用在剛體上的所有力合力為零時，剛體處于平衡狀態(tài)。空間力系平衡條件可分為三個獨立的方程：∑Fx=0，∑Fy=0，∑Fz=0。這三個方程分別表示作用在剛體上的所有力的水平分量、垂直分量和縱向分量的合力為零。空間力系平衡條件的應(yīng)用范圍很廣，例如建筑結(jié)構(gòu)、機械設(shè)計、航空航天等領(lǐng)域。集中力系的平衡條件條件一所有外力的合力為零。條件二所有外力的合力矩為零。集中力系是指作用于剛體上的幾個集中力組成的力系。當(dāng)集中力系滿足上述兩個條件時，該力系處于平衡狀態(tài)。分布力系的平衡條件分布力系是指作用在物體上，且沿某一方向分布的力。例如，建筑物屋頂上的雪荷載，就屬于分布力系。分布力系的平衡條件是指，當(dāng)作用于物體上的分布力系滿足一定條件時，物體將處于平衡狀態(tài)。平衡條件公式合力為零∑F=0合力矩為零∑M=0內(nèi)力與外力外力外力是作用于結(jié)構(gòu)的外部力量，如重力、風(fēng)力、地震力等。內(nèi)力內(nèi)力是結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分之間相互作用的力，是外力的平衡力。靜定結(jié)構(gòu)與靜不定結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)僅用平衡方程即可求解內(nèi)力。結(jié)構(gòu)中未知力數(shù)目等于獨立平衡方程數(shù)目。靜不定結(jié)構(gòu)平衡方程不足以確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力。需要考慮變形協(xié)調(diào)方程或其他補充條件。靜定結(jié)構(gòu)的計算1建立平衡方程利用力的平衡條件2求解未知力解方程組得到結(jié)果3確定受力情況分析結(jié)構(gòu)中各部分受力靜定結(jié)構(gòu)的計算是根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系和受力情況，利用力的平衡條件和材料力學(xué)的基本原理來求解結(jié)構(gòu)內(nèi)部力和位移等參數(shù)。力的分布圖力的分布圖是描述結(jié)構(gòu)體上外力分布情況的圖形。它可以直觀地反映外力的大小、方向和作用點，幫助工程師理解結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。力的分布圖通常包括荷載的類型、大小、方向和作用點等信息。內(nèi)力圖的繪制內(nèi)力圖是用來表示結(jié)構(gòu)中各截面內(nèi)力大小和方向的圖形。內(nèi)力圖可以幫助工程師了解結(jié)構(gòu)的受力情況，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮哪些因素。繪制內(nèi)力圖需要先進行受力分析，確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況。然后，根據(jù)內(nèi)力分布情況，將內(nèi)力大小和方向繪制在結(jié)構(gòu)的截面上，形成內(nèi)力圖。內(nèi)力圖可以分為三種：彎矩圖、剪力圖和軸力圖。彎矩圖表示結(jié)構(gòu)中各截面上的彎矩大小和方向；剪力圖表示結(jié)構(gòu)中各截面上的剪力大小和方向；軸力圖表示結(jié)構(gòu)中各截面上的軸力大小和方向。受力分析的步驟1確定研究對象明確分析的目標(biāo)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，并確定其邊界和約束條件。2繪制受力圖將所有作用在研究對象上的外力，包括集中力、分布力和約束力，清晰地標(biāo)示在受力圖上。3進行力的分解將所有外力分解為水平和垂直分力，以便更好地分析力的平衡和傳遞。4應(yīng)用平衡方程根據(jù)力的平衡原理，建立平衡方程，求解未知的力或力矩。5驗證結(jié)果驗證結(jié)果是否合理，并確保力的平衡和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。桿件內(nèi)力的分析11.截面法將桿件在某截面處假想切斷，研究截面上的內(nèi)力。22.內(nèi)力種類軸力、剪力、彎矩。33.內(nèi)力符號規(guī)定正負號表示內(nèi)力方向與預(yù)定方向一致或相反。44.內(nèi)力圖將桿件上各截面的內(nèi)力值繪制成圖。梁的內(nèi)力分析剪力與彎矩梁的內(nèi)力分析涉及計算梁承受的剪力和彎矩，這對評估梁的強度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。彎矩圖彎矩圖表示梁上每個點處的彎矩大小，可幫助確定梁中最危險的部位。剪力圖剪力圖顯示了梁上每個點處的剪力大小，幫助理解梁的承載能力。集中力與分布力內(nèi)力分析需要考慮不同類型的載荷，如集中力、分布力以及它們的組合?？蚣艿膬?nèi)力分析框架結(jié)構(gòu)特點框架結(jié)構(gòu)通常由梁、柱和節(jié)點組成，并通過剛性連接連接在一起。受力情況框架結(jié)構(gòu)會受到各種荷載，包括自身重量、外力、風(fēng)力等等。內(nèi)力種類框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生各種內(nèi)力，包括軸力、剪力、彎矩。分析方法可以使用多種方法分析框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，例如力法、位移法等。平面桁架的內(nèi)力分析節(jié)點法平面桁架內(nèi)力分析的核心方法，通過力平衡方程分析每個節(jié)點，得出各桿件內(nèi)力。截面法通過截取桁架的部分結(jié)構(gòu)，分析該部分結(jié)構(gòu)的受力情況，從而得出桿件內(nèi)力。彎矩線圖的繪制彎矩線圖是反映結(jié)構(gòu)中彎矩變化情況的圖形，繪制彎矩線圖需要確定彎矩的值和方向。彎矩線圖的繪制步驟包括：確定截面上的彎矩值、繪制彎矩線圖、標(biāo)注彎矩值和方向。彎矩線圖在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的作用，它能夠幫助工程師了解結(jié)構(gòu)的彎矩分布情況，從而進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。剪力線圖的繪制步驟一：確定截面位置首先選擇梁上需要繪制剪力線圖的截面位置，并根據(jù)力的方向確定剪力方向。步驟二：計算剪力值根據(jù)截面位置和外力的作用情況，計算截面上剪力的大小和方向。步驟三：繪制剪力圖將計算得到的剪力值在橫坐標(biāo)上繪制成圖，并連接各點，即可得到剪力線圖。軸力線圖的繪制軸力線圖是用來表示桿件在受力狀態(tài)下，其內(nèi)部軸力的變化規(guī)律的圖形。軸力線圖橫坐標(biāo)代表桿件長度，縱坐標(biāo)代表軸力大小，軸力線圖可以直觀地反映桿件內(nèi)部軸力的分布情況。軸力線圖在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中具有重要作用，可以幫助工程師了解桿件內(nèi)部應(yīng)力分布情況，進而進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。變形分析的基本原理結(jié)構(gòu)的響應(yīng)結(jié)構(gòu)在載荷作用下會發(fā)生形變，形變是結(jié)構(gòu)對載荷的響應(yīng)，反映了結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力。位移和應(yīng)變變形包括位移和應(yīng)變，位移是結(jié)構(gòu)各點位置的變化，應(yīng)變是材料內(nèi)部的形變程度。力學(xué)關(guān)系變形分析基于材料力學(xué)理論，通過建立力、位移、應(yīng)力、應(yīng)變之間的關(guān)系來分析結(jié)構(gòu)的變形行為。應(yīng)用價值變形分析可以預(yù)測結(jié)構(gòu)的變形程度，確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導(dǎo)。力-位移關(guān)系彈性力彈性力與位移成正比，比例系數(shù)稱為剛度。結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)在載荷作用下產(chǎn)生的位移，反映結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。力-位移曲線描述結(jié)構(gòu)在不同載荷作用下的變形規(guī)律，用于分析結(jié)構(gòu)的承載能力。應(yīng)變-應(yīng)力關(guān)系應(yīng)力應(yīng)力是指作用在材料截面上的外力，它衡量了材料內(nèi)部的抵抗變形的能力。應(yīng)力的大小通常用帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）表示，并分為正應(yīng)力（拉伸或壓縮）和切應(yīng)力（剪切）兩種類型。應(yīng)變應(yīng)變是指材料在受力作用下發(fā)生的形變程度，它反映了材料在受到外力作用后的形變大小。應(yīng)變是一個無量綱量，它通常用百分比（%）或百萬分率（ppm）表示，并分為正應(yīng)變（拉伸或壓縮）和切應(yīng)變（剪切）兩種類型。位移分析的步驟1建立模型定義結(jié)構(gòu)的幾何形狀和材料性質(zhì)。2施加荷載確定作用在結(jié)構(gòu)上的所有外力。3求解方程利用平衡方程和材料力學(xué)原理計算結(jié)構(gòu)的位移。4結(jié)果分析分析結(jié)構(gòu)的位移分布和最大位移值。位移分析是結(jié)構(gòu)分析的重要步驟，可以幫助工程師了解結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形情況。常見結(jié)構(gòu)的位移分析1梁的位移分析梁的位移分析主要研究梁在荷載作用下的撓度和轉(zhuǎn)角變化，可以使用疊加法、積分法等方法進行計算。2柱的位移分析柱的位移分析主要關(guān)注柱的軸向位移和側(cè)向位移，需要考慮柱的截面形狀、材料性質(zhì)和荷載情況。3框架的位移分析框架的位移分析較為復(fù)雜，需要考慮框架的整體穩(wěn)定性，并進行節(jié)點位移的計算，通常使用矩陣法進行分析。4桁架的位移分析桁架的位移分析主要關(guān)注桿件的軸向變形，可以使用節(jié)點位移法、力法等方法進行計算。結(jié)構(gòu)計算中的重要概念安全系數(shù)安全系數(shù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的概念，它表示結(jié)構(gòu)實際承載能力與設(shè)計荷載的比值。安全系數(shù)的取值與結(jié)構(gòu)類型、材料特性以及荷載條件等因素有關(guān)。結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用壽命內(nèi)，在各種荷載和環(huán)境條件下，安全可靠地完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)剛度結(jié)構(gòu)剛度