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1、术语简介:
(1)几何不变体系:在荷载作用下能保持其几何形状和位置都不改变的体系。
(2)几何可变体系:在荷载作用下不能保持其几何形状和位置都不改变的体系。它包括几何常变体系和几何瞬变体系。
(3)刚片:平面刚体。
2、平面体系的自由度:
(1)自由度:体系可独立运动的方式数目,或表示体系位置的独立坐标数。
(2)平面体系的自由度:用以确定平面体系在平面内位置的独立坐标数。
(3)平面内最简体系的自由度数:
一个点:在平面内运动完全不受限制的一个点有2个自由度。
一个刚片:在平面内运动完全不受限制的一个刚片有3个自由度。
(4)增加约束可减少体系的自由度
约束:能减少体系自由度数的装置。如链杆约束、铰链约束等。
联系:能减少体系一个自由度的装置称为一个联系。
单约束:连接两个物体(刚片或点)的约束叫单约束。
增加一根单链杆或一个可动铰(一根支座链杆)可减少体系的一个自由度(增加了1个联系)。
增加一个单铰或一个固定铰支座(两个支座链杆)可减少体系的两个自由度(增加了2个联系)。
增加一个单刚结点或一个固定支座可减少体系的三个自由度(增加了3个联系)。
3、多余约束和多余联系数
多余约束:在体系上加上或撤除某一约束并不改变原体系的自由度数,则该约束就是多余约束。
多余联系数:多余约束对应的联系数目。
4、研究体系几何组成的任务和目的:
(1)研究结构的基本组成规则,用其判定体系是否可作为结构以及选取结构的合理形式。
(2)根据结构的几何组成,选择相应的计算方法和计算途径。
3-1-2 几何不变体系的基本组成规则
规则一(两刚片规则):两个刚片用不全交于一点也不全平行的三根链杆相连,组成无多余约束的几何不变体系。 或:两个刚片用一个单铰和杆轴不过该铰铰心的一根链杆相连,组成无多余约束的几何不变体系。
虚铰的概念:虚铰是由不直接相连接的两根链杆构成的。虚铰的两根链杆的杆轴可以平行、交叉,或延长线交于一点。
当两个刚片是由有交汇点的虚铰相连时,两个刚片绕该交点(瞬时中心,简称瞬心)作相对转动。从微小运动角度考虑,虚铰的作用相当于在瞬时中心的一个实铰的作用。
规则二 (三刚片规则):
三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰(可以是虚铰)两两相连,组成无多余约束的几何不变体系。
铰接三角形规则(简称三角形规则):平面内一个铰接三角形是无多余约束的几何不变体系。
以上三个规则可互相变换。之所以用以上三种不同的表达方式,是为了在具体的几何组成分析中应用方便,表达简捷。
规则三 (二元体规则):
在体系上加上或拆去一个二元体,不改变体系原有的自由度数。
二元体:由两根不共线的链杆在端部连接而成的装置。
利用二元体规则简化体系,可使体系的几何组成分析简单明了。
例3-1 对下列图示各体系作几何组成分析 (简单规则的一般应用方法)。[(a)]
简单规则应用要点:
简单规则中的四个要素:刚片个数、约束个数、约束方式、结论。
应用简单规则对体系进行几何组成分析的要点是:紧扣规则。即将体系简化或分步取为两个或三个刚片,由相应的规则进行分析;分析过程中,规则中的四个要素均要明确表达,缺一不可。
3-1-3 几何瞬变体系的概念
瞬变体系的几何组成特征:
在微小荷载作用下发生瞬间的微小的刚体几何变形,然后便成为几何不变体系。
瞬变体系的静力特性:
在微小荷载作用下可产生无穷大内力。因此,瞬变体系或接近瞬变的体系都是严禁作为结构使用的。
瞬变体系一般是总约束数满足但约束方式不满足规则的一类体系,是特殊的几何可变体系。
右图中 FNAB =FNAC =FP 2FNsina=FP FN =FP /(2 sina )
例3-2 对下列图示体系作几何组成分析(说明刚片和约束的恰当选择的影响)。
例3-3 对下列图示体系作几何组成分析
3-1-4 对体系作几何组成分析的一般途径
1、恰当灵活地确定体系中的刚片和约束
(一)建筑工程构件的基本变形
轴向拉压、剪切、扭转、弯曲。
(二)建筑构件受力分析
1安全工作的三方面:(1)力的大小;(2)截面大小;(3)材质好坏。
2三个力:
(1)轴向拉压:外力和内力大小相等,方向相反;
(2)剪切:
(3)受弯:
3结点--构件之间相互联结的地方,叫结点。
(1)铰结点:不能移动,可以转动。
(2)刚结点:既不能移动,也不能转动。我们在连接阳台时,一定是刚结点。
区别:铰结点不能移动,但可以绕结点自由转动;刚结点既不能移动也不能转动。
4支座--结构构件与基础、支承部分相连接的装置,叫支座。楼板搭在墙体上,墙是楼板的支座。
(1)可动铰支座:垂直方向不能移动,可以转动,可以沿水平方向移动。垂直方向叫约束。
(2)固定铰支座:可以转动,水平、垂直方向不能移动。 考试大为你加油
(3)固定支座:水平、垂直方向不能移动,也不能转动。
(4)定向支座:可以水平方向平行滑动,垂直方向不能移动,也不能转动。
5简支梁的受力分析
均布荷载的简支梁,一端是可动铰,一端是固定铰;上皮受压、下皮受拉;在跨中处弯矩;在支座处剪力。
钢赛就是建筑结构中,杆件与杆件的钢制连接点,又称为钢结点。钢赛的简化分为铰结点和刚结点。钢赛:其几何特征是各杆不能绕结点作相对转动,受力时,由于结点能阻止杆件之间发生相对转角,因此杆端有弯矩、剪力和轴力。
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