《结构基本计算原理》课件

结构基本计算原理本课件旨在介绍结构力学的基本原理，为学生提供基础理论知识和计算方法课程简介结构设计工程实践互动学习本课程将深入探讨结构设计的核心原理，从课程将结合实际工程案例，帮助学生了解结课程将采用互动式教学方法，鼓励学生积极力学分析到材料选择，帮助学生掌握结构设构设计在实际项目中的应用，培养解决实际参与讨论和实践，促进理解和知识掌握计的基本流程问题的能力第一章绪论绪论作为结构基本计算原理的开端，为深入学习后续内容奠定基础本章将介绍结构分析的基本概念、任务以及常用的方法结构形式与结构设计

1.1梁式结构拱式结构常见于桥梁、楼板等，主要承受弯矩通过拱的形状将荷载传递到支座，常和剪力用于桥梁、隧道等悬索结构框架结构以悬索为主体，通过索力和缆绳传递由柱、梁、墙体构成，常见于高层建荷载，适用于跨度较大的桥梁筑，可承受较大荷载结构分析的基本任务

1.2确定结构的受力状态计算结构的变形包括确定结构的荷载类型、荷载结构在荷载作用下会发生变形，大小和作用位置，以及结构内部包括位移、转角和应变，计算这的应力和应变些变形对于评估结构的安全性至关重要评估结构的强度和稳定性通过计算结构的应力和应变，并与材料的强度极限进行比较，可以评估结构的承载能力和稳定性结构分析方法简介

1.3力法位移法

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22.力法以未知力为基本未知量，位移法以未知位移为基本未知建立平衡方程和几何方程，求量，建立平衡方程和变形协调解结构内力方程，求解结构内力矩阵法有限元法

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44.矩阵法是一种统一的结构分析有限元法将结构离散为有限个方法，将结构分析问题转化为单元，利用数值方法求解结构矩阵形式，便于计算机求解的内力和位移第二章荷载分析荷载是作用于结构上的外部力量，例如重力、风力、地震等荷载分析是结构设计中的重要环节，它决定了结构的承载能力和稳定性荷载种类

2.1恒荷载活荷载恒荷载是指在结构使用期间始终作用于结构的荷载，例如结构自活荷载是指在结构使用期间可能变化的荷载，例如人员、家具、重、屋面、楼面、墙体、管道等构件的重量设备等重量，以及风荷载、雪荷载、地震荷载等荷载计算

2.2自重1结构自身重量活荷载2可移动物体重量风荷载3风力对结构的影响地震荷载4地震对结构的冲击雪荷载5积雪重量荷载计算是结构设计中的重要环节，它决定了结构的安全性不同的荷载类型具有不同的作用方式和计算方法荷载组合

2.3基本荷载组合基本荷载组合是指由各种荷载按其作用情况组合而成的荷载偶然荷载组合偶然荷载组合是指由各种荷载按其最不利情况组合而成的荷载准永久荷载组合准永久荷载组合是指由各种荷载按其长期作用情况组合而成的荷载第三章静定结构分析静定结构是指结构中各杆件的内力能够仅由平衡方程直接求解，无需考虑变形条件静定结构分析是结构力学中最基础的内容，是理解复杂结构分析方法的基础静定结构的基本概念

3.1定义特点静定结构是指在荷载作用下，其结构内力结构内力仅由平衡方程确定，与结构的刚可以直接由静力平衡方程求解，无需考虑度无关结构的变形结构的内力、变形、位移可以独立计算，简单地说，静定结构的结构内力只与外力互不影响有关，与结构的刚度无关静定结构轴力、剪力和弯

3.2矩的计算轴力计算1轴力是杆件截面上的内力，由外力引起可通过截面法和平衡方程计算剪力计算2剪力是杆件横截面上内力，由外力引起可通过截面法和平衡方程计算弯矩计算3弯矩是杆件横截面上内力，由外力引起可通过截面法和平衡方程计算静定结构位移的计算

3.3位移的概念位移是指结构在荷载作用下发生的形变，例如梁的挠度和转角位移计算方法常见的位移计算方法包括虚功原理法、叠加法和影响线法等位移计算步骤•确定结构的支座类型和约束条件•选择合适的计算方法•根据荷载和结构参数进行计算位移的影响位移会影响结构的稳定性和功能，因此需要进行计算并控制在允许范围内第四章静不定结构分析静不定结构是指结构中约束条件多于刚体自由度，无法用平衡方程直接求解结构内力静不定结构分析是结构力学中的重要内容，其方法可以用于各种复杂的结构，如桥梁、建筑物、飞机等静不定结构的基本概念

4.1自由度超静定内力位移法静不定结构的自由度大于约束结构中存在多余约束，导致约静不定结构的内力分布与荷载利用结构的变形协调条件和材条件数，无法通过平衡方程直束力无法直接由平衡方程确定和约束条件密切相关，需要通料力学关系，建立方程组求解接求解过更复杂的分析方法求解结构内力与位移整体刚度法

4.2建立刚度矩阵1包含所有节点的刚度系数组装整体刚度矩阵2将所有单元刚度矩阵合并求解节点位移3解线性方程组，得到节点位移计算内力4利用位移结果，计算各单元内力整体刚度法是一种常用的结构分析方法，适用于各种类型的静不定结构单元刚度法

4.3单元刚度矩阵1每个单元的刚度矩阵整体刚度矩阵2将所有单元刚度矩阵组装起来求解位移3解整体刚度矩阵方程计算内力4根据位移求解每个单元的内力单元刚度法是一种常用的结构分析方法，它将结构分解成若干个单元，并对每个单元进行独立的分析，最终将所有单元的分析结果组合起来得到整个结构的解力法

4.4基本原理1力法以结构的力为基本未知量，建立平衡方程解题步骤2选取多余约束，建立基本体系，求解力法方程应用范围3力法适用于各种静不定结构，尤其适合超静定结构优点4计算方法简单，易于理解，适用于手工计算力法是一种经典的静不定结构分析方法，其核心思想是通过引入多余约束，将静不定结构转化为静定结构，并利用平衡条件和变形协调条件建立方程组求解结构内力位移法

4.5基本原理1位移法以结构节点的位移为基本未知量通过建立结构的位移方程和平衡方程，求解节点位移再由位移计算内力计算步骤2•建立结构的刚度矩阵•建立结构的荷载向量•求解节点位移向量•由节点位移计算内力优点3•适用于各种结构形式•计算精度高•易于编程实现第五章结构分析建模与应用结构分析建模是将实际结构转化为计算机可处理的数学模型的过程通过建模，可以进行结构的有限元分析，并最终得到结构的受力状态和变形情况结构分析建模

5.1结构简化离散化

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22.将实际结构简化为理想模型，将连续结构离散成有限个单元如梁、柱、板等，如杆单元、板单元等节点定义荷载施加

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44.确定单元的连接点，即节点，将实际荷载施加到模型上，包并定义节点坐标括集中荷载、分布荷载等有限元分析简介

5.2基本原理求解过程有限元分析将连续体结构离散化建立单元刚度矩阵和整体刚度矩为许多小的有限单元阵，并通过求解方程组得到节点的位移每个单元的物理性质和行为由有限元节点上的变量表示将节点位移代入单元应力应变关系，即可得到单元的应力和应变应用领域广泛应用于结构工程、机械工程、土木工程、航空航天等领域可用于分析结构的强度、刚度、稳定性、振动、热分析等问题结构分析案例

5.3本节将介绍一些结构分析的实际应用案例，展示结构分析方法在工程实践中的应用例如，高层建筑、桥梁、隧道等结构的分析与设计，以及一些特殊结构的分析，如风力发电机塔架、体育场馆等通过案例分析，可以加深对结构分析原理和方法的理解，并了解结构分析在实际工程中的应用价值结语本课程介绍了结构基本计算原理，涵盖了荷载分析、静定结构分析、静不定结构分析以及结构分析建模与应用等内容通过学习本课程，您可以了解结构分析的基本概念、方法和应用，为进一步学习结构设计和分析打下基础参考文献结构力学结构分析

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22.王元龙编著，高等教育出版社杨庆山编著，清华大学出版社，年，年20182017结构设计原理结构分析软件应用

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44.刘欢编著，机械工业出版社，李晓明编著，中国建筑工业出年版社，年20192020。