经典课件概念结构力学.ppt

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1、概念结构力学,十大关系-课程阶段总结,概念结构力学,1.强与弱的关系,在机制公平条件下，强者承担更多荷载。,概念结构力学,概念结构力学,解释:强弱,指支座约束的强弱.机制公平,是指AC与BD线刚度相同。图中CD线刚度为无穷大.实际上,CD刚度为任一值,结论不变。,概念结构力学,理论上，支座的水平反力与梁刚度有关。当梁刚度变化下，如果你计算出两个不同的VA，请不要慌张。,概念结构力学,梁柱刚度比例-2倍,概念结构力学,梁柱刚度比例10倍,概念结构力学,梁柱刚度比例2000倍,概念结构力学,梁的刚度增加，更有利于水平荷载传递到强壮支座上。,看！VA减小了！,概念结构力学,因此，这里涉及一个传导机制

2、问题,梁刚度越大，传导水平力的机制越好，支座B的强，越能够发挥作用；如果梁刚度越小，传导机制越差，支座强的能力显现不出来，VA,与VB的差别越小。这正如。,概念结构力学,中央有个好政策，,由于中层干部故意曲解误解，导致下层执行结果的偏差。不过要记住，结构力学中的偏差，没有社会生活中的偏差那么大！,概念结构力学,2.刚与柔的关系,在机制公平条件下，刚者承担更多荷载。,概念结构力学,解释：刚与柔是指杆件体系的抗弯抗剪线刚度。线刚度大者，刚；线刚度小者，柔。这里没有绝对的标准，只是比较而言。本图中，BD线刚度是AC线刚度的2倍，那末，VB是VA的两倍。机制十分公平。,柱与柱比较,概念结构力学,当梁柱

3、刚度比不断增大，反弯点不断下移，直到最后稳定在柱子中点。,因此，刚柔是相对的，不是绝对的！,柱与梁比较,概念结构力学,概念结构力学,当梁的刚度无穷大的时候，三根柱子的最大弯矩与支座剪力完全一样；但是，一般条件下，中间柱子弯矩与剪力最大。,请注意实际反弯点与水平刚度无穷大反弯点的细小差距。,概念结构力学,刚柔搭配要得当，配合不协调，刚者不能发挥作用,概念结构力学,3.曲与直,力的自然属性是尽快入土为安。因此，只要有可能，主要传力路径，就是接地的直杆；承受剪力的直杆必然有连续的弯曲变形。,概念结构力学,力的最短传递路径,朋友们,再见,我直接下地狱了,概念结构力学,没有可能直接下地！,支座绝对没有水

4、平反力,形式上不对称，实质上对称，因为荷载特殊。,概念结构力学,连续的弯曲变形,概念结构力学,拱形结构中的直线传力路径,概念结构力学,解释:曲线是相对直线而言的。从拱形结构中发现直线，是判断各个截面受力状态的一种简便方法。对连续介质力学而言，所有的变形曲线必须分段光滑，或者整体光滑。,概念结构力学,4.远与近关系,荷载作用在主体部分，谓之近；荷载作用在附属部分，谓之远。,解释：主体部分能够自身作为刚片与大地直接 静定或超静定 相连的部分；附属部分自身不是刚片，或者是刚片但 不能自身稳定平衡的部分,概念结构力学,荷载离支座的远与近,概念结构力学,概念结构力学,概念结构力学,一对孪生的弯矩图,概念

5、结构力学,哎,公共财政的阳光何时才能照到咱们边远山区,远与近的关系受力图,概念结构力学,荷载离支座虽然很近，但没有反力，这是因为右半部分为附属结构。,概念结构力学,5.主从关系,荷载作用在主体部分一定不会传播到从属部分；反过来，结论恰 好相反。但有时一个非基本部分，由于其内力能够自相平衡，所以也不能传播到主体部分。,概念结构力学,从属部分内力自相平衡,我的地盘我做主,概念结构力学,荷载作用在主体部分附属部分不受力,概念结构力学,6.静定与超静定关系,有多余约束的结构叫超静定结构。超静定总体而言使内力分布更均匀，相应地，使变形量也相对减少。一般情况下，只要是能够承受弯矩的地方，不管距离远近，多少

6、要承担一点，不然不够意思。,概念结构力学,概念结构力学,超静定结构使内力分布相对均匀,概念结构力学,静定结构和超静定结构比较：超静定结构弯矩传播距离远,概念结构力学,差别在于：超静定结构受力点，不可以自由转动。,静定结构的最大弯矩为pa,但超静定绝对小于pa.,pa,pa,概念结构力学,有了我才有大家的共同富裕,一次超静定，使全部杆件都受力,轴力为p,最大轴力小于p,概念结构力学,静定与超静定没有鸿沟，当弹簧刚度无穷大，就是固端；当弹簧刚度为0，就是绞。,概念结构力学,主动与被动,在节点弯矩分配这个问题上，分清主动与被动是必要的，至于爱情，也就算了。,概念结构力学,比较结构和基本结构(a)、(

7、b)的内力,概念结构力学,解释：杆中的B点，在荷载作用下，必然有顺时针旋转的趋势，而BA 杆与BD 杆，显然是被迫跟着顺时间旋转。这样，M(BC)在数值上必然分解成M（BA）M（BD）的和。,具体解法,概念结构力学,8.对称与反对称,对称结构，对称荷载或者支座位移（温度变化），在对称面上不产生剪力；对称结构，反对称荷载或者支座位移（温度变化）在对称面上只产生剪力。,概念结构力学,？如果地基B有倾斜，先加固哪里？B点外侧能想到，那么C点内侧呢,概念结构力学,到底是那一种情况呢？我的第一感觉是：正对称情况下转动困难！因此，应该是M1M2.,概念结构力学,为什么我认为M1M2?,同学们：请首先相信你

8、的感觉，保护好你这种简单的直觉；然后用理论知识检验它。这是结构力学的全部！,概念结构力学,在支座转动相同的情况下，那不是违背刚者弯矩更大的准则了吗？,简单看，B2的转动刚度大！,概念结构力学,这是因为：,概念结构力学,可是：复杂看，B2的转动刚度还是大！,概念结构力学,下面精确计算：,概念结构力学,这是最后的结果！,显然，我关于右上角弯矩0点位置判断失误。承认这点，对我而言，确实很痛苦！,概念结构力学,为什么夸大了C点的弯矩？明明是叠加的吗？,概念结构力学,或许，在应用概念结构力学的时候，要确定下这样一条原则：,当判断结果与计算结果矛盾的时候，首先怀疑自己，其次是怀疑计算机。,概念结构力学,在

9、开始学习概念结构力学之前，所有判断工具来自结构的变形趋势；在应用概念结构力学的时候，所有判断工具，来自基本超静定结构的完整解答。,概念结构力学的第二条原则是：,概念结构力学,对称结构在中间支座的位移下内力对称,概念结构力学,概念结构力学,对前面框架，计算机计算的轴力图。请大家注意，中柱轴力为0。,概念结构力学,请大家注意：ANSYS 有自己的内外之分，所以，同样的弯矩用不同颜色。,概念结构力学,解释：对称与反对称的利用，是学习结构力学的高级技术,也是上帝管理地球的美学原则。问题是我们要理解他的苦心。,概念结构力学,9.原结构与基本结构,原结构是彼岸，基本结构是渡船。你是准备租船呢，（结构概念分

10、析）还是准备造船（位移法）？或者你体力超强，游泳过河？力法！,概念结构力学,显然,结构概念分析，是面对复杂原结构的首选方案。比如：,概念结构力学,这是一个很复杂的框架，但我们可以借助概念结构力学的方法，近似解决它！,概念结构力学,也许个别节点的弯矩不平衡，但是，要适当调整梁上弯矩0点位置（在给定的范围内调），可以解决这个问题。,概念结构力学,绞（反弯点）所在区间估计：,对于1绞；如果上榀框架不存在，应该在2a/3处，但是，上榀框架存在，使右边加强，0点应该左移；但是，左移不能过梁中点。要解释这点 十分困难。我们尝试一下：,概念结构力学,概念结构力学,对于1绞；如果上榀框架不存在，应该在2a/3

11、处;只需要考虑上榀作用，分为两个剪力与两个弯矩；两个剪力的作用效果，与底层框架受剪效果完全一样，说明2a/3处0点弯矩的概念得到加强。,概念结构力学,下面讨论两个弯矩的作用效果,显然，对于左边梁，M1 与M2的作用效果完全相反；虽然他们的反弯点在另一个三分点上，但由于其弯矩数值比较小（弯矩分配系数小），使真实的弯矩0点，只能使向左偏移，但没有越过中点的实力。所以，我们说反弯点在稍微偏右一点的地方。请ANSYS验证。,概念结构力学,概念结构力学,这大致是概念结构力学的魅力了,1）按8，9不离10的标准，概念结构力学的精度足够了；2）所有的原则如刚度大小原则，荷载远近原则，对称与反对称原则，剪力等

12、刚度分配原则，基本上全能满足。3）也有不如人意的地方。误差最大达20。但绝对没有方向错误。,概念结构力学,或者你只想坐在岸边，搭乘光波过河？所以，彼岸是确定的，过河的方式 是可以自己选择的。,或许你觉得这个还是太难，或者觉得这个不规矩？,概念结构力学,撤除多于约束,概念结构力学,复杂结构由基本结构组成,概念结构力学,解释：如果承认支座的价值就在于承受荷载，并保持支座处位移为0（或者保持支座位移为给定值），那么所有的超静定结构都不过只是多了一些未知反力、并在反力处有确定位移的静定结构。,概念结构力学,10.力法与位移法关系,力法是位移法的根，位移法是力法的果实；力法有清晰的概念，道理很简单，但过

13、程不直观，容易将概念淹没在计算之中。,概念结构力学,位移法概念难懂，需要想象力，但计算方法简单，过程很直观，容易与结构最终的变形趋势结合，是一种技术先进的方法。,概念结构力学,力法,位移位,原结构利用力法和位移法化为不同的基本结构,概念结构力学,因此，正如静定与超静定没有鸿沟一样,力法与位移法没有鸿沟.,概念结构力学,我的要求是：,忘掉什么是力法，什么是位移法，那玩意不重要，是人为了把问题系统化进行的分类。我们的面前，没有方法，只有问题！,概念结构力学,记住这样一句话：,人类一思考，上帝就发笑！,概念结构力学,在计算机面前，,所有的方法，显得十分地可笑！可是，还是有人倡导这个那个方法，或不合时

14、宜，或不愿面对现实。什么方法可以解决C点桡度过大的问题？,概念结构力学,既不是力法；也不是位移法；更不是清华大学推崇的混合法。方法只是工具，不可能帮你建立概念！,概念结构力学,如果觉得C点桡度太大，采用那种设计方式更有效？,加斜撑？还是加强上下弦？条件是材料用量基本一致。,概念结构力学,概念1：,它基本上就是一个简支梁！均布荷载下的简支梁！所有关于梁的知识，不会改变！,概念结构力学,比如：,下弦杆全部受拉，且跨中最大；上弦杆全部受压，且跨中最大。,概念结构力学,概念2：,这是一个对称结构，C点立杆上不会有任何弯矩；它是一个压杆，只有压力！这个杆件一定是垂直下沉的！其他立杆以它为中心，对称倾斜！

15、,概念结构力学,概念3：,立杆中点必然是弯矩0点！因为上弦是压，下弦是拉，总体而言，压到拉是逐步过渡的，显然中点连线如同简支梁的中性轴，上下弦以它为中心转动；将它假设为可以转动的绞，比较合理！,概念结构力学,概念4：,立杆与弦的交点上，三个弯矩必然平衡，两个弯矩必然相等（对两个边立杆）。上述概念十分重要，但他们不是来自方法。事实上，我们也不可能用力法位移法计算这样复杂的题目。,概念结构力学,那么，让我们看看框架弯矩近似计算方法！,概念结构力学,概念结构力学,这是电算成果，与概念分析结构大致一样，细部有差别。,概念结构力学,有理由相信这样的计算结果是可靠的，除了具体参数要再核实外。,概念结构力学

16、,因此,通过手算与电算方法比较发现:,1)将立杆反弯点设在立杆中部,是可行的;2)将上下弦的反弯点全部设在中部,是不合适的;靠近跨中的弦杆没有反弯可能,靠近支座的弦杆才有可能反弯;3)手算方法需要2次以上近似调整;4)最危险点不在跨中.而在刚架变形最剧烈的地方,那就是剪力与弯矩综合最大的地方.,概念结构力学,上述细节，是概念分析难以达到的高度,因此，设计是两条腿走路；概念帮助判断总体；电算帮助细节设计。下面按同样的方法，近似确定单位荷载法下的弯矩图形。,概念结构力学,概念结构力学,单位荷载下的简化内力分布,概念结构力学,概念结构力学,概念结构力学,概念结构力学,为什么呢？,增加杆件刚度不能根本

17、改变杆件受力模式；加斜撑改变了杆件的受力模式。为什么模式改变，位移减少？请看位移计算公式！,概念结构力学,从公式可以看出，如果受力模式不变，只改变刚度，位移与刚度成反比,概念结构力学,如果加斜撑：,概念结构力学,虽然：,但简单相加的增加量，远小于M(X)下降的速度，所以，加斜撑变成了桥梁工程中不假思索的选择！,概念结构力学,做一个游戏,此游戏中蕴涵着增多杆件，降低内力的效益最大限度地降低扰度！,概念结构力学,1）力的分配原则与传递机制；这是最重要的。2）结构变形趋势；假想没有什么约束，那么。3）几个基本超静定结构的解；有限的几个4）概念分析近似手算；只能手算心算5）只解决关键问题。不是所有问题。,总之：我们要求大家记住,