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土木工程結構設計基本概念

圖文 更新时间:2024-08-01 05:08:54
走進土木工程——結構有意思(2)結構力學的平面體系幾何構造分析

基本概念:

體系的自由度:指完全确定體系位置所需要的獨立坐标(直角坐标、幾何參數)的數目。

幾何約束:對非自由系各部分的位置所加的幾何學上的限制。

複鉸:聯結兩個以上剛片的鉸。

必要約束:使體系成為幾何不變而必須的約束。

多餘約束:必要約束之外的約束。

土木工程結構設計基本概念(走進土木工程結構力學的平面體系幾何構造分析)1

體系的自由度=各組成部分總的自由度數-體系中的必要約束數,若為0,則體系幾何不變。這是幾何不變的充分條件。(但必要約束并非都可以直觀判定,故引入計算自由度W的概念)

計算自由度:計算自由度W =各組成部分總自由度數-全部約束數(可能包括多餘約束)。當W≤0,則幾何不變;若W>0,則體系一定是幾何可變。(即W≤0是幾何不變的必要條件,不充分!我們更需要充分條件——兩剛片、三剛片規則)

體系的靜定性:在任意荷載下全部内反力可否由平衡條件确定。


重點内容:

一個動點有2個自由度。

土木工程結構設計基本概念(走進土木工程結構力學的平面體系幾何構造分析)2

一個剛片在平面内有3個自由度。

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一根鍊杆相當于1個約束,可以減少1個自由度。

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一個鉸相當于2個約束,可以減少2個自由度。

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聯結n個剛片的複鉸可以當作n-1個單鉸,減少2(n-1)個自由度。

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一個剛結點相當于3個約束,可以減少3個自由度。

同理,聯結n個剛片的複剛結點相當于n-1個單剛結點,可以減少3(n-1)個自由度。

土木工程結構設計基本概念(走進土木工程結構力學的平面體系幾何構造分析)7

小總結:

聯結方式

相當于幾個約束

減少自由度

鍊杆

1

1

2

2

剛結點

3

3

複鉸

2(n-1)

2(n-1)

複剛結點

3(n-1)

3(n-1)

兩剛片規則:兩個剛片間用不相交于一點也不相平行的三根鍊杆相聯,其内部是幾何不變的,并且沒有多餘約束。[另一種表述:兩個剛片間用一個鉸(實鉸或虛鉸)和一根不通過該鉸的鍊杆相聯,其内部是幾何不變的,并且沒有多餘約束]

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三剛片規則:三個剛片用不在一直線上的三個鉸兩兩相聯,其内部是幾何不變的,并且沒有多餘約束。

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基本組成規則的應用技巧:一元體二元體的增減、鍊杆↔剛片

幾何構造與靜定性:

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