《结构计算基本知识》课件

《结构计算基本知识》本课件旨在介绍结构计算的基本知识，涵盖结构力学的基础理论、计算方法和应用实践通过学习本课件，你将掌握结构分析的基本原理，并能够运用这些知识进行简单的结构设计什么是结构建筑桥梁塔结构是指建筑物或其他工程设施的骨架，提结构确保桥梁能够承受车辆和行人的重量，结构使塔楼能够抵抗风力和地震等自然灾供支撑和稳定性并保持安全稳定害结构计算的目的安全经济美观使用结构计算确保结构在正常使用通过合理的计算，结构设计可结构计算可以帮助实现结构的结构计算保证结构能够满足其和各种意外情况下能够安全地以优化材料和结构形式，避免合理比例和协调性，从而提高功能要求，例如稳定性、承载承受荷载不必要的浪费，从而降低成结构的整体美观度能力、舒适度等，以确保结构本的正常使用力与应力的关系力是使物体发生形变或运动的外界作用，而应力则是物体内部抵抗形变的内力应力的概念是用来描述物体内部各部分之间相互作用的强弱程度，是物体内部抵抗形变的内力外力1作用于物体的外界力内力2物体内部抵抗形变的力应力3物体内部抵抗形变的内力的强度力是作用在物体上的外力，而应力则是物体内部抵抗外力的内力应力与变形的关系弹性变形1材料受力后，应力与变形之间呈线性关系当外力去除后，变形消失，恢复原状塑性变形2材料受力后，应力与变形之间呈非线性关系当外力去除后，变形不能完全恢复，会残留部分变形断裂变形3材料受力超过极限，产生不可恢复的变形，最终导致材料断裂结构的受力分类轴向力剪力12轴向力是作用在结构构件轴线剪力是作用在结构构件截面上上的力分为拉力和压力的力，垂直于构件轴线弯矩扭矩34弯矩是作用在结构构件上的力扭矩是作用在结构构件上的力偶，会导致构件发生弯曲偶，会导致构件发生扭转荷载的种类和特点恒载活载车辆荷载风荷载结构自身重量，如建筑材料、可变荷载，如人员、家具、临车辆对结构的影响，包括静荷风力对结构的影响，大小和方设备、固定设施时物品载和动荷载向会随时间变化静定结构定义特点静定结构是指结构中所有未知力静定结构具有结构简单、计算方都可以通过静力平衡方程直接求便、受力明确等特点，但受力范解，不需要考虑材料的变形和位围有限，稳定性较差移，也无需考虑结构的刚度和弹性举例常见的静定结构包括三角形桁架、简支梁、悬臂梁等静定结构的计算确定结构1明确结构类型和支座条件绘制受力图2标注外力、约束力、作用点平衡方程3列出力平衡、力矩平衡方程求解未知量4解方程组求得未知力、应力静定结构的计算相对简单，可直接应用平衡方程求解静不定结构多余约束结构稳定性复杂计算静不定结构是指约束条件多于结构自由度，静不定结构具有较高的结构稳定性，能够承需要采用静不定结构分析方法，通过引入位无法用静力平衡方程求解其内力受更大的荷载，抗变形能力更强移方程或力矩分配法求解结构内力静不定结构的计算建立平衡方程静不定结构具有未知力或力矩，需要建立平衡方程组才能求解引入变形协调条件静不定结构由于存在多余约束，需要引入变形协调条件，将变形量与未知力联系起来求解方程组通过联立平衡方程和变形协调条件，形成一个联立方程组，求解出所有未知力静不定结构的处理方法力法位移法矩阵法有限元法通过引入冗余约束力，将静不利用位移方程和力平衡方程，采用矩阵的形式表达结构的平将结构划分成多个单元，利用定结构转化为静定结构求解结构的位移和内力衡方程，进行结构计算计算机程序进行数值计算材料的力学性能材料的力学性能材料的强度材料的力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力材料的强度是指材料在承受外力作用下发生破坏时的抵抗能力它是影响结构设计的重要因素，直接影响到结构的安全性、耐久它是衡量材料抵抗断裂或屈服的能力性和经济性•强度•刚度•塑性•韧性材料的抗拉性能抗拉性能是指材料在拉伸载荷作用下抵抗断裂的能力，是材料的重要力学性能指标之一抗拉强度是指材料在拉伸试验中，试样断裂时所承受的最大拉应力伸长率是指材料在拉伸试验中，试样断裂时其长度的增加量与原长的百分比材料的抗压性能抗压性能是指材料在受到压力时，抵抗破坏的能力材料的抗压强度是指材料在破坏前所能承受的最大压力250MPa混凝土抗压强度500MPa钢材抗压强度100MPa木材抗压强度材料的抗剪性能抗剪性能是指材料抵抗剪切力的能力剪切力是指作用在物体表面且平行于该表面的力材料抗剪强度特点钢材高良好的抗剪性能混凝土中等抗剪强度受配比和养护条件影响木材低抗剪强度受木材种类和纹理影响材料的抗弯性能材料的抗弯性能是指材料抵抗弯曲变形的能力抗弯强度是指材料在弯曲破坏时所能承受的最大弯矩弯曲强度是衡量材料抵抗弯曲变形能力的重要指标，在许多工程应用中，如梁、板等结构的设计和计算中，都需要考虑材料的抗弯性能影响材料抗弯性能的因素很多，包括材料的成分、结构、加工工艺等例如，钢材的抗弯强度通常比木材高，而铝合金的抗弯强度又比钢材低在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的材料结构元件的设计原理承载能力稳定性结构元件需承受各种荷载，如重结构元件在荷载作用下，需要保力、风力、地震力等，需要保证持稳定状态，不发生失稳现象，足够强度以防止破坏例如侧向倾斜或整体倒塌变形控制耐久性结构元件在荷载作用下会发生变结构元件需要在长期使用过程中形，需要控制变形量，满足使用保持良好的性能，抵抗腐蚀、老功能和舒适性要求化等因素的影响结构设计的限制条件材料强度稳定性

1.

2.12材料强度是结构设计的主要限结构的稳定性是指结构在荷载制条件之一材料的强度决定作用下保持平衡的能力稳定了结构所能承受的最大载荷性与结构的形状、尺寸和支撑条件有关刚度挠度

3.

4.34结构的刚度是指结构抵抗变形结构的挠度是指结构在荷载作的能力刚度与材料的弹性模用下发生的变形量挠度受结量和结构的几何形状有关构的刚度和荷载大小的影响结构安全性能指标安全系数变形控制耐久性抗震性能结构实际承载能力与设计荷载限制结构在荷载作用下的变抵抗自然环境和使用环境的破确保结构在地震作用下不发生之比，确保结构安全可靠形，避免影响使用功能和外观坏，延长结构使用寿命破坏，保证人员安全和房屋完整结构承载能力分析确定荷载类型首先要识别作用在结构上的各种荷载类型，例如自重、活荷载、风荷载、地震荷载等计算荷载大小根据不同的荷载类型，根据相关规范和设计经验计算每种荷载的大小和作用位置确定结构材料强度选择合适的结构材料并确定其强度参数，例如混凝土强度、钢材屈服强度等进行结构分析通过结构力学计算方法，分析结构在荷载作用下的内力分布和变形情况，以确定结构能否承受荷载验算结构承载能力将结构的承载能力与计算结果进行比较，确保结构能够安全可靠地承受所有荷载结构整体稳定性分析结构整体稳定性分析是指在各种荷载作用下，结构整体保持稳定状态，不发生倾覆、失稳或破坏对于高层建筑、桥梁等大型结构，整体稳定性分析尤为重要，需要考虑风荷载、地震荷载等多种因素的影响整体稳定性1结构整体的稳定性分析平衡状态2结构在荷载作用下保持平衡状态受力分析3对结构进行受力分析荷载作用4分析各种荷载对结构的影响结构抗震性能分析结构抗震性能分析是结构设计的重要环节抗震设计需要考虑地震荷载，包括地震波的方向、频率和强度地震荷载计算1根据地震烈度和结构类型进行计算结构抗震性能评估2通过模拟地震作用下的结构响应，评估结构的抗震能力抗震措施设计3根据评估结果，采取相应的抗震措施，提高结构的抗震能力抗震措施包括抗震构件、消能装置和抗震加固等抗震设计的目标是确保结构在发生地震时能够安全可靠地抵抗地震力的作用，避免倒塌或严重破坏结构抗风性能分析风荷载计算抗风措施计算风荷载的大小和方向，考虑风速、建筑物形状、高度、地根据分析结果，采取必要的抗风措施，例如增加结构的刚度、形等因素减小风阻系数等123结构响应分析分析结构在风荷载作用下的变形、振动和应力分布，评估结构的抗风能力结构耐久性分析环境因素1温度变化、湿度、雨水、风沙等材料老化2钢筋锈蚀、混凝土开裂等维护保养3定期检查、维修、加固等结构耐久性是指结构抵抗环境因素和材料老化等因素的能力耐久性分析是结构设计的重要内容，需要考虑结构在使用寿命期间的可靠性和安全性结构承重计算实例结构承重计算实例是指在实际工程中，如何运用结构计算基本知识来进行实际的计算和分析，并最终得出结构的承载能力，判断结构是否满足设计要求荷载计算1确定结构所承受的荷载类型和大小材料强度2根据材料的力学性能确定材料的强度截面尺寸3根据承载能力要求确定结构构件的截面尺寸计算结果4最终得出结构的承载能力，并进行安全评估通过承重计算实例，可以更好地理解结构计算基本知识在实际工程中的应用，并掌握结构承载能力的分析方法，从而为设计安全可靠的结构提供重要的参考依据结构挠度计算实例简支梁挠度1简支梁承受集中荷载，可以使用公式计算挠度悬臂梁挠度2悬臂梁承受均匀荷载，可以使用公式计算挠度复杂结构挠度3对于更复杂的结构，需要使用有限元分析软件进行模拟计算结构应力分析实例确定材料选择合适的材料，例如钢筋混凝土、钢材或木材，并了解其力学性能，例如弹性模量、抗拉强度和抗压强度建立模型使用有限元分析软件，例如或，建立结构模型，并定义几何ANSYS ABAQUS形状、边界条件和荷载进行分析运行软件进行分析，计算结构在荷载作用下的应力分布和变形情况结果评估分析计算结果，确定结构应力是否符合安全规范要求，并根据需要进行结构优化结构稳定性分析实例选择分析方法根据结构类型和荷载情况，选择合适的稳定性分析方法，例如弹性稳定性分析、非线性稳定性分析等建立数学模型根据结构的几何形状、材料特性和边界条件建立数学模型，将实际结构抽象成理论模型进行计算分析利用有限元法、差分法等数值计算方法对结构的稳定性进行分析，计算结构的临界荷载和失稳模式结果分析与解释分析计算结果，判断结构的稳定性，并根据分析结果提出结构优化措施或加固方案结构设计规范介绍规范体系主要规范我国现行的结构设计规范体系主要包括国常用的结构设计规范有《建筑结构荷载规家标准（）、行业标准（）和地范》（）、《钢结构设计规GB JGJGB50009方标准（）范》（）、《混凝土结构设DB GB50017计规范》（）等GB50010规范内容涵盖各种结构类型、材料性能、荷载规范、抗震设计、耐久性要求等这些规范为结构设计提供了基本准则和技术要求，确保结构的安全性和可靠性本课程总结本课程深入探讨了结构计算的基本知识和概念从力学原理到实际应用，涵盖了结构的受力、变形、材料性能以及设计规范等方面。