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结构力学(第3版)上册

龙驭球 编 / 高等教育出版社

生安 上传

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在绪论之后,第二章并没有一头扎进去计算各种结构,因为结构是多个杆件组成的系统,必须对此杆件系统进行几何构成分析,是否能作为结构承载,若是结构,它是怎样“搭”成的,为正确、简便地“拆”结构进行分析打下基础。正如前面所述,本章非常重要,是结构力学分析的重要基础。

本章复习内容:

深刻理解几何不变体系、刚片、自由度、约束、瞬铰、多余约束、二元体、瞬变体系等基本概念,深刻理解几何不变体系的组成规律;

熟练掌握用几何不变体系的组成规律对平面杆件体系作几何构成分析。

教材上的“平面杆件体系的计算自由度”不作要求,可以不学。

1、首先必须深刻理解几个基本概念,这几个概念层层递进。

● 几何不变体系:不计材料应变情况下,体系的位置和形状不变。

在几何构成分析中与荷载无关,各个杆件都是刚体。

● 刚片:形状不变的物体,也就是刚体。

在几何构成分析中,刚片的选取非常重要,也非常灵活,可大可小,小至一根杆,大至地基基础,皆可视为刚片。

● 自由度:体系运动时可以独立改变的坐标的数目。

在平面内,一点有2个自由度,一刚片有3个自由度。

● 约束:减少自由度的装置。

一根链杆(或链杆支座)相当于1个约束;

一个铰(或铰支座)相当于2个约束,注意两根链杆和一个铰在约束方面的功能完全可等同,可根据几何构成分析的需要相互转换,另外注意瞬铰的概念,两根链杆直接铰接在一点,该点可视为实铰,两根链杆延长后相交在一点,该点则是瞬铰,一个瞬铰也相当于2个约束,两根链杆若平行,瞬铰在平行方向的无穷远处;

一个刚结点(或固定端)相当于3个约束。

● 多余约束:增加一个约束,体系的自由度并不减少,该约束就是多余约束。

注意一个约束是否多余约束,必须视必要约束而定。只有必要约束确定后才能确定多余约束,不能直接说哪个约束是多余约束。

2、必须深刻理解几何不变体系的组成规律。教材上列出4个规律,其实基本的规律只有一个,就是三角形规律,即小学数学就传授的“三角形是稳定的”。

注意两刚片法则、三刚片法则中的铰与两根链杆可互相替换;注意二元体法则、两刚片法则、三刚片法则中“三铰不共线”、“三链杆不互相平行或相交于一点”的条件,若不满足,则为瞬变体系。

3、给大家推荐几何构成分析的基本思路和步骤

● 若有基础,首先看基础以外部分与基础的联系数:等于3,则只分析基础以外部分,

若几何不变,则整体几何不变,若几何可变,则整体几何可变;不等于3,则须将基础作为一个刚片来分析;

● 观察是否有二元体,剔除所有的二元体;

● 从基本的刚片(特别是铰接三角形)出发,不断地扩大刚片,用两刚片法则或三刚

片法则来分析,有些杆件较多的体系可能须多次运用两刚片法则或三刚片法则来分析。

在分析中,选刚片时要注意利用体系的对称性,另外所有的杆件必须用完,不能遗漏。 另外,做几何构成分析的习题,不必长篇大论,话不在多,在于说到点子上,推荐大家采用图解的方式,简明扼要,如下例所示。

例题1:分析下图体系的几何构成。

解:基础以上部分与基础用三根链杆相连,只分析基础以上部分, E

C

BA

铰接三角形ADC作为刚片Ⅰ 原体系几何不变, 铰接三角形BDE作为刚片Ⅱ 无多余联系 链杆FG作为刚片Ⅲ


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