《概念结构力学》课件

概念结构力学结构力学的基本概念结构荷载由多个构件组成的整体，用于承受外作用在结构上的外力，包括重力、风力和传递荷载力、地震力等应力应变结构内部由于外力作用而产生的内力结构在荷载作用下产生的变形，表示，表示单位面积上的内力长度变化与原长的比值力和力的分解力的合成1多个力共同作用于物体力的分解2将一个力分解成多个力力的平衡3物体处于静止或匀速直线运动平面图形的支撑条件固定支座铰支座滚子支座阻止物体沿任何方向移动，同时阻止物体阻止物体沿垂直于支撑面方向移动，但允只阻止物体沿垂直于支撑面方向移动，允旋转许物体绕支撑点旋转许物体在支撑面上滚动支撑反力的确定平衡方程求解方程组根据力的平衡原理，可以列出物体在水平和垂直方向上的平衡方程联立平衡方程和约束条件，可以求解出支撑反力的值123约束条件根据支撑的类型，可以确定约束力的大小和方向杆件的内力分析轴力剪力12杆件受到拉伸或压缩力的作用杆件受到横向力的作用，产生，产生的内力称为轴力的内力称为剪力弯矩3杆件受到弯曲力的作用，产生的内力称为弯矩杆件的轴向内力12拉力压力杆件受到外力拉伸时产生的内力杆件受到外力压缩时产生的内力34正应力轴向变形轴向内力在杆件横截面上产生的应力杆件在轴向内力作用下产生的变形杆件的剪力剪力定义横截面上外力对截面形心之矩剪力方向与杆件轴线垂直剪力作用使杆件截面发生剪切变形杆件的弯矩定义计算弯矩是指作用在杆件上的力偶对截面的力矩，它反映了杆件横截弯矩可以通过对作用在杆件上的力偶求和来计算，并可采用不同面上的弯曲程度的方法，例如截面法和积分法杆件的应力分析应力定义正应力杆件内部截面上，外力引起的内垂直于截面的应力，也称为法向力在截面面积上的分布，称为应应力，通常用σ表示力切应力平行于截面的应力，也称为剪应力，通常用τ表示材料的力学性能强度刚度韧性塑性材料抵抗破坏的能力，通常材料抵抗变形的能力，通常材料在断裂前吸收能量的能材料在断裂前发生永久变形用抗拉强度或屈服强度表示用弹性模量表示力，通常用冲击韧性表示的能力，通常用延伸率表示应力和变形的关系弹性1材料在受力后发生形变，当外力撤销后，材料恢复到原状塑性2材料在受力后发生形变，当外力撤销后，材料不能完全恢复到原状强度3材料在断裂前所能承受的最大应力杆件的承载力分析材料强度材料的强度是其抵抗断裂或屈服的能力截面尺寸杆件的截面尺寸影响其承受载荷的能力载荷类型不同的载荷类型会导致不同的应力分布安全系数安全系数用于确保结构在设计载荷下不会失效断面设计的基本原理强度刚度稳定性确保结构能够承受预期载荷，防止发生控制结构的变形，防止过大的挠度和振确保结构在荷载作用下不发生失稳，例断裂或过大变形动，确保结构的稳定性如侧向屈曲或整体失稳板和壳的概念板是一种二维结构，它具有较大的平面尺寸，但厚度远小于其平面尺寸板通常用于覆盖建筑物的屋顶、地板和墙壁壳是一种三维结构，它具有弯曲的表面，可以承受来自各个方向的载荷壳通常用于建造大型建筑、桥梁和水库板和壳的应力分析薄板结构弯曲应力板和壳通常用于建筑和工程中，它们的厚度远小于其他两个当板或壳承受外力时，它们会发生弯曲，从而产生弯曲应力维度的尺寸剪切应力应力集中板和壳也会受到剪切力的影响，导致剪切应力，这种应力会板和壳中孔洞、切口等几何形状的变化会造成应力集中，需导致板或壳变形要在设计中进行考虑板和壳的变形分析板的变形壳的变形板的变形主要包括弯曲变形和扭转变形壳的变形则更加复杂，包括弯曲变形、扭转变形和拉伸变形桁架的分析与设计结构分析桁架由杆件组成，杆件之间通过铰接连接，形成三角形结构结构分析主要通过力学原理分析每个杆件的受力情况，以及桁架的整体稳定性节点力法通过节点力法，可以求解每个节点的受力，进而确定每个杆件的内力节点力法适用于桁架的静力分析杆件尺寸设计根据杆件的内力，以及材料的力学性能，可以确定杆件的尺寸，保证杆件能够承受所受的力连接设计桁架的连接需要保证杆件之间的连接强度，以及整体的结构稳定性薄壁结构的分析与设计稳定性1薄壁结构易发生失稳，需进行稳定性分析强度2薄壁结构应满足强度要求刚度3薄壁结构应满足刚度要求钢结构设计的基本原理钢结构的强度和韧性高钢结构的重量轻钢结构的施工速度快木结构设计的基本原理材料特性结构形式连接方式木材是一种天然材料，具有高强度、木结构设计通常采用梁、柱、桁架等木结构的连接方式主要包括钉接、螺低密度和良好的可加工性等特点，适形式，可根据不同的荷载和建筑要求栓连接、胶合板连接等，需要根据实合用于建筑结构选择合适的结构体系际情况选择合适的连接方法混凝土结构设计的基本原理强度刚度混凝土结构应具有足够的强度来混凝土结构应具有足够的刚度以承受各种载荷，包括自重，活载防止过大的变形和振动在设计和风载等在设计时需要考虑混时需要考虑混凝土的弹性模量和凝土的强度等级和安全系数刚度系数耐久性经济性混凝土结构应具有足够的耐久性混凝土结构设计应满足经济性要以抵抗各种环境因素的侵蚀，例求，以确保最佳的成本效益在如水、化学物质和温度变化等设计时需要考虑材料成本、施工成本和维护成本等因素预应力结构设计的基本原理提高承载力减少裂缝减轻自重通过预应力，结构能够承受更大的荷载预应力可以有效控制混凝土的开裂，提预应力结构可以采用更少的材料，减轻，延长使用寿命高结构的耐久性结构的自重，降低成本结构分析中的数值方法利用计算机进行数值计算，求解结构的应力、变形和稳定性将结构离散化为有限个单元，建立方程组求解以图形方式展示分析结果，便于理解和分析有限元方法的基本原理离散化近似解数值计算将连续结构离散为有限个单元，每个单元利用节点位移和应力等参数来近似求解结通过建立方程组，并运用计算机进行数值由节点连接构的变形和内力计算，得到结构的解计算机在结构分析中的应用提高效率增强精度12计算机可以快速处理大量数据计算机可以进行复杂的数值计，从而节省了大量人力和时间算，从而获得更准确的结果扩展应用3计算机可以进行非线性分析、随机分析等高级分析，为结构设计提供更可靠的依据工程实例分析通过实际工程案例，深入理解结构力学原理在实际工程中的应用案例分析包括桥梁、建筑、隧道、水坝等分析内容包括结构设计、材料选择、施工技术、安全评估等结构设计的新趋势可持续发展数字化设计智能建造节能环保材料和技术，降低碳排放运用BIM、AI等技术，提高效率，降低成机器人和自动化技术，提高安全性，降低本劳动强度结构设计的未来发展智能化设计可持续发展人工智能和机器学习将在结构未来结构设计将更加注重环境设计中发挥越来越重要的作用保护，采用低碳环保材料和节，帮助工程师优化结构性能并能设计理念提高设计效率数字化建造数字化建造技术将改变传统的建造方式，实现更加精确和高效的建造过程课程小结与讨论本课程介绍了结构力学的基本概念、理论和应用，涵盖了结构力学的基础知识和重要应用通过学习本课程，学生将能够理解结构力学的基本原理，并能够应用这些原理解决实际问题课程结束后，欢迎大家积极提问，分享学习心得，探讨结构力学领域的未来发展趋势。