《框架结构受力分析》课件

框架结构受力分析课程introduction本课程将深入探讨框架结构受力分析的基本原理和应用，帮助你掌握结构分析的基本方法和技巧课程目标和学习路径课程目标1掌握框架结构受力分析的基本原理和方法，能够独立完成结构受力分析学习路径2什么是框架结构？定义特点框架结构是一种由梁和柱组成的结构体系，主要用于建筑、桥梁等工程领域框架结构的基本组成梁水平构件，用于承受竖向荷载和水平荷载柱竖向构件，用于承受竖向荷载和水平荷载，并传递荷载至基础节点梁和柱的连接点，是结构受力传递的关键部位基础结构受力的基本概念外力内力应力作用于结构外部的力，结构内部产生的抵抗外结构内部单位面积上的例如重力、风力、地震力的力，例如轴力、剪内力，是结构受力状态力等力、弯矩等的指标应变静力学基础知识回顾牛顿定律1力的基本定律，包括牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律力的合成与分解2将多个力合成为一个合力或将一个力分解成多个分力的方法力矩3力对转轴的转动效应，用于分析结构的平衡力偶4大小相等、方向相反、作用线平行的两个力组成的力系力的定义和分类力的定义力是物体之间的相互作用，可以使物体发生变形或改变运动状态力的分类力的分类包括外力、内力、集中力、分布力、静力、动力等受力分析的基本步骤步骤一明确分析对象，确定结构边界步骤二识别所有作用于结构的外力，包括集中力、分布力、力偶等步骤三分析结构的约束条件，确定约束反力步骤四根据力学平衡条件，计算结构内部的内力框架结构的受力特点特点一特点二特点三框架结构的受力主要来自于竖向荷载和水框架结构的节点是受力传递的关键部位，框架结构的受力分析需要考虑结构的整体平荷载节点处容易出现应力集中现象性，不能只考虑单个构件的受力内力与外力的关系内力2结构内部产生的抵抗外力的力外力1作用于结构外部的力平衡结构内部的内力与外力相互平衡，保持结构的稳定3约束条件分析固定约束约束物体三个方向铰接约束约束物体两个方向12的移动和绕三个轴线的转动，的移动，产生两个方向的反力产生三个方向的反力及三个方向的反力矩滚动约束约束物体一个方向的移动，产生一个方向的反力3支座反力计算方法固定支座三个方向三个铰接支座两个方向两个滚动支座一个方向一个剪力与弯矩概念剪力弯矩作用在截面上的垂直力，它会导致结构发生剪切变形作用在截面上的力偶，它会导致结构发生弯曲变形剪力图绘制要点步骤一根据荷载情况，确定剪力图的起点和终点步骤二根据荷载的类型和大小，确定剪力图的斜率和方向步骤三根据支座反力，确定剪力图的跳跃点和跳跃幅度步骤四连接各个点，绘制出完整的剪力图弯矩图绘制技巧步骤四步骤三连接各个点，绘制出完整的弯矩步骤二根据支座反力，确定弯矩图的跳图步骤一根据荷载的类型和大小，确定弯跃点和跳跃幅度根据荷载情况，确定弯矩图的起矩图的斜率和方向点和终点框架结构受力分析实例1实例一1简单梁的受力分析实例二2连续梁受力分析实例三3刚架结构受力分析简单梁的受力分析定义特点简单梁是指两端支承且中间无其他简单梁的受力较为简单，适合作为支承的梁框架结构受力分析的入门案例步骤分析外力、约束条件、内力，绘制剪力图和弯矩图力学平衡条件平衡方程在静力学中，物体处于平衡状态的必要条件是所有外力的合力为零，所有外力矩的合力矩为零截面内力计算方法一方法二利用力学平衡方程，根据外力及约束反力，求解截面上的内力利用剪力图和弯矩图，根据图中的数值直接读取截面上的内力应力与应变基本概念应力物体内部单位面积上所受的内应变物体在应力作用下发生的变形，应力与应变的关系应力与应变之间123力，表示材料受力状态的程度表示材料变形状态的程度的关系称为材料的本构关系，反映了材料的力学特性应力传递机制外力内力1作用于结构外部的力结构内部产生的抵抗外力的力2应变应力43结构内部由于应力产生的变形结构内部单位面积上的内力材料力学基础材料的力学性能1包括材料的强度、刚度、韧性、塑性等材料的破坏形式2包括脆性断裂、延性断裂、屈服等材料的应力应变关系3材料在应力作用下的变形规律，是材料力学研究的核心内容材料强度计算强度极限屈服极限材料能够承受的最大应力，超过强度极限，材料会发生断裂材料开始发生永久变形时的应力，超过屈服极限，材料会发生塑性变形结构承载能力评估步骤一根据结构的几何形状和材料性能，确定结构的截面尺寸和截面形状步骤二根据荷载情况，计算结构的内力步骤三根据材料强度，计算结构的承载能力步骤四比较结构承载能力与实际荷载的大小，评估结构的安全性框架结构受力分析实例2实例一1简单梁的受力分析实例二2连续梁受力分析实例三3刚架结构受力分析连续梁受力分析定义特点连续梁是指跨越多个支点的梁，具连续梁的受力分析比简单梁更加复有较高的承载能力和抗弯能力杂，需要考虑多个支点的约束条件方法采用力学平衡方程、剪力图和弯矩图等方法进行受力分析结构statically determinate定义特点静定结构是指其所有内力可以通过静力学平衡方程求解的结构静定结构的受力分析比较简单，能够直接利用静力学平衡方程求解内力结构statically indeterminate定义特点超静定结构是指其内力无法通过静力学平衡方程完全求解的结构超静定结构的受力分析比较复杂，需要采用其他方法进行求解，例如力法、位移法等受力分析计算方法力法位移法有限元法利用结构的变形协调条件，建立方程组，求利用结构的位移协调条件，建立方程组，求将结构划分成若干个单元，对每个单元进行解结构的内力解结构的内力受力分析，最终得到结构的整体受力状态受力分析计算步骤步骤一明确分析对象，确定结构边界步骤二识别所有作用于结构的外力，包括集中力、分布力、力偶等步骤三分析结构的约束条件，确定约束反力步骤四选择合适的受力分析方法，建立方程组步骤五求解方程组，得到结构的内力步骤六绘制剪力图和弯矩图，分析结构的受力状态计算简图绘制简化结构将复杂的结构简化标注荷载在简图上标注所有12为简单的模型，例如将梁简化作用于结构的外力，包括集中为线段，将柱简化为点力、分布力、力偶等标注支座在简图上标注所有支座，并标注其类型和约束方向3内力计算方法力学平衡方程剪力图和弯矩图利用力的平衡方程和力矩的平衡方程，求解截面上的内力利用剪力图和弯矩图，根据图中的数值直接读取截面上的内力受力分析常见问题问题一外力识别错误，导致内力计算结果不准确问题二约束条件分析错误，导致约束反力计算结果不准确问题三受力分析方法选择不当，导致计算过程复杂或结果不准确计算中的注意事项注意一仔细分析结构的几何形状、材料性能和荷载情况注意二正确识别外力，并根据外力的方向和大小进行合理的计算注意三正确分析约束条件，并根据约束条件确定约束反力注意四选择合适的受力分析方法，并进行合理的计算受力分析常见误区忽略外力方向和大小的影响错误分析约束条件，导致约束12反力计算结果不准确盲目选择受力分析方法，导致计算过程复杂或结果不准确3受力分析工具介绍工具一1手工计算方法工具二2计算机辅助分析软件手工计算方法优点缺点便于理解受力分析的基本原理，可以提高对结构的感性认识计算过程繁琐，对于复杂结构的受力分析效率较低计算机辅助分析软件优点计算效率高，可以处理复杂的结构和荷载条件缺点需要学习软件的使用方法，对软件的依赖性较强有限元分析基础基本概念将结构划分成若干个单元，对每个单元进行受力分析，最终得到结构的整体受力状态1应用范围2广泛应用于结构工程、机械工程、航空航天等领域优势3能够处理复杂形状和荷载条件下的结构，提供更为精确的受力分析结果框架结构受力分析实例3实例一1简单梁的受力分析实例二2连续梁受力分析实例三3刚架结构受力分析刚架结构受力分析定义特点刚架结构是指由梁和柱以刚性节点刚架结构具有较高的抗弯刚度和抗连接而成的结构体系侧力能力，适用于高层建筑、大型厂房等结构方法采用力法、位移法或有限元法进行受力分析空间结构受力特点特点一特点二特点三空间结构的受力较为复杂，需要考虑各个空间结构的节点是受力传递的关键部位，空间结构的受力分析需要考虑结构的整体方向的荷载和约束条件节点处容易出现应力集中现象性，不能只考虑单个构件的受力受力分析的数值方法有限元法差分法将结构划分成若干个单元，对每个单将连续的结构离散化，利用差分方程元进行受力分析，最终得到结构的整对结构进行受力分析体受力状态计算简化与近似简化一将复杂的结构简化为简单的模型，例如将梁简化为线段，将柱简化为点简化二忽略一些次要因素，例如忽略材料的非线性特性、忽略结构的变形影响结构安全性评估强度校核检查结构的强度是稳定性校核检查结构是否能12否能够承受实际荷载够保持稳定的平衡状态变形校核检查结构的变形是否在允许范围内3极限承载力计算概念方法结构能够承受的最大荷载，超过极限承载力，结构将发生破坏采用力法、位移法或有限元法进行计算结构可靠性分析概念评估结构在一定荷载条件下，在一定时间内不发生破坏的概率方法采用概率统计的方法，对结构的荷载和抗力进行分析结构受力分析案例解读案例一1高层建筑的受力分析案例二2桥梁的受力分析案例三3机械结构的受力分析工程实际案例分享案例一分享一个实际工程项目，并详细讲解结构受力分析的过程和结果典型失效模式分析模式一模式二模式三结构强度不足，导致结构发生断裂或屈服结构稳定性不足，导致结构发生失稳或倒结构变形过大，导致结构失去正常的功能塌结构优化设计步骤一确定结构的性能目标，例如强度、刚度、稳定性、变形等步骤二选择合适的优化设计方法，例如遗传算法、粒子群算法等步骤三对结构进行优化设计，使结构在满足性能目标的前提下，尽可能降低材料消耗和造价受力分析在工程中的应用应用一1建筑结构设计应用二2桥梁工程应用三3机械结构设计建筑结构设计应用框架结构受力分析是建筑结构设计的基础，用于确定结构的尺寸、形状、材料等意义保证建筑结构的安全性、稳定性和耐久性桥梁工程应用意义框架结构受力分析是桥梁设计的重要内容，用于确定桥梁的承载能保证桥梁的安全性、稳定性和可靠性力和抗震能力机械结构设计应用框架结构受力分析在机械结构设计中也具有重要应用，用于确定机械结构的强度、1刚度和稳定性意义2保证机械结构的可靠性和耐久性课程总结本课程系统地讲解了框架结构受力分通过学习本课程，你能够理解框架结在未来的工程实践中，你需要不断学123析的基本原理和方法，并结合实例进构的受力机制，并运用相关知识进行习和积累经验，不断提高自己的专业行了深入讲解和练习结构设计和分析技能关键知识点梳理知识点一框架结构的基本组成、受力特点和约束条件知识点二剪力、弯矩的概念和绘制方法知识点三应力、应变的基本概念和应力传递机制知识点四结构承载能力评估和极限承载力计算知识点五受力分析的数值方法和计算简化方法学习建议与展望学习建议展望多看实例，多做练习，不断总结和反思，提高对结构受力分析的理框架结构受力分析是一个不断发展和完善的学科领域，未来将会出解和应用能力现更多的新方法和新技术，需要我们不断学习和进步，才能更好地应对未来的挑战。