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《概念结构力学》课件


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。
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
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.
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。

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!
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。
那么,让我们看看框架弯矩近似计算方法!
这是电算成果,与概念分析结构大致一样,细部有差别。
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 M6 M12 MIN =-3.587 ELEM=320 MAX =3.68 ELEM=281

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。

或许你觉得这个还是太难,或者觉得这个不规矩? 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。
为什么夸大了C点的弯矩??明明是叠加的吗?
Y Z X
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。
概念结构力学的第二条原则是:

在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。
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
荷载离支座的远与近
一对孪生的弯矩图
哎,公共财政的 阳光何时才能 照到咱们边远 山区
梁柱刚度比例---2倍
梁柱刚度比例---10倍
梁柱刚度比例---2000倍
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!
因此,这里涉及一个传导机制问题

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。
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。
力的最短传递路径
朋友们,再见,我直接 下地狱了
形式上不对称,实质上对称,因为荷载特殊。
支座绝对没有水平反力
没有可能直接下地!
连续的弯曲变形
拱形结构中的直线传力路径
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。
因此,刚柔是相对的,不是绝对的!
柱与梁比较
当梁柱刚度比不断增大,反弯点不断下移,直到最后稳定在柱子中点。
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。
刚柔搭配要得当,配合不协调,刚者不能发挥作用
差别在于:超静定结构受力点,不可以自由转动。
pa
< pa
最大轴力小于p
有了我才 有大家的 共同富裕
轴力为p
一次超静定,使全部杆件都受力
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。
7.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。
原始结构
撤除 多于 约束
基本结构1
基本结构2
基本结构3
复杂结构由基本结构组成
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。
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, 但过程不直观,容易将概念淹没在计算之中。

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:

对于1绞;如果上榀框架不存在,应该在2a/3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。
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,多少要承担一点,不然不 够意思。
超静定结构使内力分布相对均匀
静定结构和超静定结构比较:
超静定结构弯矩传播距离远
静定结构的最大弯矩为pa, 但超静定绝对小于pa.
增加杆件刚度不能根本改变杆件受力模式; 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!
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
如果加斜撑:
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!
做一个游戏
Y Z X
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。
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 M6 M12 MIN =-5.137 ELEM=921 MAX =5.137 ELEM=681
Y Z X
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;
简单看,B2的转动刚度大!
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?
这是因为:
可是:复杂看,B2的转动刚度还是大!
下面精确计算:
这是最后的结果!
显然,我关于右上角弯矩0点位臵判断失误。 承认这点,对我而言,确实很痛苦!
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 M6 M12 MIN =-.477E+07 ELEM=240 MAX =.170E+07 ELEM=81
远与近的关系受力图
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。
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。
我的地盘我做 主
从属部分内力自相平衡
荷载作用在主体部分
附属部分不受力
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。
?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
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M1>M2.
为什么我认为M1>M2?
同学们:请首先相信你的感觉,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!

这正如。。。
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!
2. 刚与柔的关系
在机制公平条件下,刚者承担更多荷载。
柱与柱比较
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。
对称结构在中间支座的位移下内力对称
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 SMISC1 SMISC7 MIN =-668.819 ELEM=240 MAX =239.403 ELEM=15
Y
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。 Z X
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 SMISC6 SMISC12 MIN =-1109 ELEM=1 MAX =1158 ELEM=120
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。
Z X
Y
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。
9. 原结构与基本结构
原结构是彼岸,基本结构是渡船。
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