第二章 结构力学平面体系的几何组成分析.ppt

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1、第二章平面体系的几何组成分析本章研究平面杆系结构的基本组成规律和合理形式。第一节概述其目的在于：（2）根据各类结构的几何组成，选择正确的计算方法和简捷的解题途径。（1）了解和掌握结构的基本组成规律和合理组成形式。正确区分各类体系，判定结构；选择合理的结构形式。几个概念：（1）几何不变体系、几何可变体系在不考虑材料的应变引起的结构的变形的条件下，体系的几何形状、位置都不改变的，叫作几何不变体系；几何形状和位置改变的叫作几何可变体系。几何不变体系几何可变体系注意：若作为几何组成分析的结论，内部几何不变体系指除大地外的体系的整体。(2)内部几何不变体系(a)

2、(b)(c)刚性体(3)刚片在平面问题中，刚性体化为平面内的一个不会有变形的面，则称这个面为刚片。刚片在其平面内，任意两点间的距离都保持不变。对体系加载时，体系在瞬时内发生微小位移，然后便成为几何不变体系。这种体系叫作几何瞬变体系（瞬变体系）（4）几何瞬变体系(a)(b)(c)返回在瞬时内发生微小位移后，便成为几何不变体系的，叫作几何瞬变体系。瞬变体系在微小荷载作用下也会产生非常大的内力。瞬变体系是绝对不能用来作为结构使用的。12平面体系的自由度和约束第二节什么叫体系的自由度？体系可独立运动的方式叫体系的自由度，所具有的独立运动方式的数目叫体系的自由度

3、数。确定体系的自由度（数）就是确定体系位置所需的独立坐标的数目。即确定平面体系在平面内的位置时所需的独立坐标的数目。平面体系的自由度在平面内，一个点有两个自由度；一个刚片有三个自由度。(a)(b)约束和多余约束能减少体系自由度数的装置叫约束(联系)，必要约束。多余约束具有约束的形式，但并不改变体系原有的自由度数。连接两个刚片或两个点的装置叫单约束。1根链杆（单链杆），或1个活动铰支座，相当于1个约束。（1）单约束(a)(b)(c)(d)(e)1个单铰，或1个固定铰支座，相当于2个约束。(a)(b)1个刚节点（单刚节点），或1个连续杆（梁式杆），或1个固

4、定端，相当于3个约束。(a)(b)(c)连接三个和三个以上刚片或结点的装置叫复约束。(a)（2）复约束(b)(c)(3)多余约束(a)(b)不改变体系原有自由度数的约束叫多余约束。连接两个刚片的，不直接相连接的两根单链杆构成的联系，叫虚铰。虚铰的铰心在两根链杆（延长线）的交点上。（4）虚铰（瞬铰）(a)(b)(c)(a)返回(b)瞬心虚铰的典型运动特征为：从瞬时运动角度来看，刚片1与刚片2的相对运动，相当于绕两链杆的交点处的一个实铰的转动。两平行链杆构成一交点在无穷远的虚铰。其作用相当于无穷远处的一个实铰的作用第三节平面几何不变体系的基本组成规律1.基

5、本组成规律的产生(a)(b)(c)基本三角形规则一个铰接三角形是无多余约束的几何不变体系（或是刚片，或是内部几何不变体系）2.平面几何不变体系的基本组成规则基本三角形规则可用以下(1)、(2)两个简单组成规则等效。(1)两个刚片的组成规则（两刚片规则）两个刚片，用既不全平行、也不全交于一点的3根链杆（或，用1个单铰和1根不通过该单铰中心的链杆）相连，组成无多余约束的几何不变体系。(a)(b)(c)三个刚片，用不全在一条直线上的3个单铰两两相连，组成无多余约束的几何不变体系。(2)三个刚片的组成规则（三刚片规则）(a)(b)(c)(3)二元体规则在任意体

6、系上依次增加，或依次拆除二元体，原体系的自由度数不变。将二元体的两端铰B、C与任意体系相连，不改变原体系的自由度。显然，从任意体系上拆除一个二元体也不改变原体系的自由度。(a)(b)3、基本组成规则中约束方式的影响利用这两个规则的要点是规则中的三个要素（1）刚片及刚片数（2）约束、约束数及约束的方式（3）结论两个刚片用三个链杆相连的情况：（1）当三个链杆平行并且长度相等时，是几何可变体系；（2）当三个链杆平行但长度不全相等时，是几何瞬变体系；(a)(b)(3)当三个链杆的一端铰接于一点时，是几何可变体系；(4)当三个链杆的延长线（或轴线搭接）交于一点时

7、，是几何瞬变体系。(a)(b)三个刚片用三个单铰两两相连的情况：当三个单铰在一条直线上时，是几何瞬变体系。见图2-1-3。例2-3-1第三节体系几何组成分析示例分析：(a)(b)例2-3-2分析：（a）(b)例2-3-3(a)分析图(a)（b）（c）(d)(f)分析图(d)：（e）1、通过本题中的两例可知，当上部体系和大地之间的联系符合两刚片规则时，体系几何组成分析的结论只与上部体系的几何组成有关。因此，当符合此条件时，可仅分析上部体系。说明：2、(a)所示体系先去掉与大地的支座约束后，对上部体系可依次去掉二元体213、453、563后，体系简化成一铰

8、接三角形，所以原体系是无多余约束的几何不变体系。3、利用二元体简化体系时，加二元体时，从大地开