结构力学知识点总结.docx

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结构力学知识点总结

1.关于∞点和∞线的下列四点结论：

（1）每个方向有一个∞点（即该方向各平行线的交点）。

（2）不同方向上有不同的∞点。

（3）各∞点都在同一直线上，此直线称为∞线。

（4）各有限远点都不在∞线上。

2.多余约束与非多余约束是相对的，多余约束一般不是唯一指定的。

一个体系中有多个约束时，应当分清多余约束和非多余约束，只有非多余约束才对体系的自由度有影响。

3.W>0,缺少足够约束，体系几何可变。

W=0,具备成为几何不变体系所要求

的最少约束数目。

W<0，体系具有多余约束。

4.一刚片与一结点用两根不共线的链杆相连组成的体系内部几何不变且无多余约束。

两个刚片用一个铰和一根不通过此铰的链杆相联，组成无多余约束的几何不变体系。

两个刚片用三根不全平行也不交于同一点的链杆相联，组成无多余约束的几何不变体系。

三个刚片用不在同一直线上的三个单铰两两相连，组成无多余约束的几何不变体系。

5.二元体规律：

在一个体系上增加或拆除二元体，不改变原体系的几何构造性质。

6.形成瞬铰（虚铰）的两链杆必须连接相同的两刚片。

7.w=s-n，W=0,但布置不当几何可变。

自由度W>0时，体系一定是可变的。

但W≤0仅是体系几何不变的必要条件。

S=0,体系几何不变。

dx

8..轴力FN--拉力为正；

剪力FQ--绕隔离体顺时针方向转动者为正；

弯矩M--使梁的下侧纤维受拉者为正。

弯矩图--习惯绘在杆件受拉的一侧，不需标正负号；

轴力和剪力图--可绘在杆件的任一侧，但需标明正负号。

9.剪力图上某点处的切线斜率等于该点处荷载集度q的大小；

弯矩图上某点处的切线斜率等于该点处剪力的大小。

10.梁上任意两截面的剪力差等于两截面间载荷图所包围的面积；

梁上任意两截面的弯矩差等于两截面间剪力图所包围的面积。

11.分布力q（y）=0时（无分布载荷），剪力图为一条水平线；弯矩图为一条斜直线。

分布力q（y）=常数时，剪力图为一条斜直线；弯矩图为一条二次曲线。

12.只有两杆汇交的刚结点，若结点上无外力偶作用，则两杆端弯矩必大小相等，且同侧受拉。

13.对称结构受正对称荷载作用,内力和反力均为对称（K行结点不受荷载情况）。

对称结构受反对称荷载作用,内力和反力均为反对称。

14.三铰拱支反、内力计算公式（竖向荷载、两趾等高）

15.拱轴上内力有以下3个特点：

不管是在均布荷载下还是在集中荷载下，拱的三个内力图都是曲线图形。

在有竖向集中力作用点两侧截面，轴力图和剪力图都有突变，突变值等于相应简支梁的剪力分别在拱的轴力和剪力方向上的投影。

有集中力偶作用点两侧截面，弯矩图有突变，突变值仍等于所作用的集中力偶。

16.隔离体的形式、约束力

结点：

桁架的结点法、刚架计算中已知Q求N时取结点为单元。

杆件：

多跨静定梁的计算、刚架计算中已知M求Q时取杆件为单元。

杆件体系：

桁架的截面法取杆件体系为单元。

17.约束力的数目是由所截断的约束的性质决定的。

截断链杆只有未知轴力；在平面结构中，截断梁式杆，未知力有轴力、剪力和弯矩；在铰处截断，有水平和竖向未知力。

18.选择截取单元的次序;

①主从结构,先算附属部分,后算基本部分;

②简单桁架,按去除二元体的次序截取结点;

③联合桁架,先用截面法求出连接杆的轴力,再计算其它杆。

19.虚功法的特点：

1、将平衡问题归结为几何问题求解；

2、直接建立荷载与未知力之间的关系，而不需求其它未知力。

20.应用虚功原理求静定结构某一约束力X的方法：

1）撤除与X相应的约束。

使静定结构变成具有一个自由度的机构，使原来的约束力X变成主动力。

2）沿X方向虚设单位虚位移。

作出机构可能发生的刚体虚位移图；利用几何关系求出其它主动力对应的虚位移。

3）建立虚功方程，求未知力。

21.临界荷载判别式

22.虚力原理：

虚功原理的关键是位移与力系是独立无关的。

因此，可以把位移看成是虚设的，也可以把力系看成是虚设的，本部分正是把力系看作是虚设的，求刚体体系的位移。

步骤：

1.在拟求位移的方向上虚设单位荷载，利用平衡条件求支反力。

2.利用虚力原理列出虚力方程进行求解，由于是在所求位移处设置单位荷载，因此，这种解法又称单位荷载法。

23.虚位移原理:

一个力系平衡的充分必要条件是:

对任意协调位移,虚功方程成立；

虚力原理:

一个位移是协调的充分必要条件是:

对任意平衡力系,虚功方程成立。

24.支座位移时静定结构的位移计算

（1）沿所求位移方向加单位力，求出虚反力；

（2）建立虚功方程

（3）解方程得定出方向。

25.

式中，R为虚拟状态中由单位荷载引起的与支座位移相应的支座反力，c为实际状态中与相应的已知的支座位移。

为反力虚功总和，当与c方向一致时，其乘积取正；相反时，取负。

须注意，式中S前面的负号，系原来推导公式时所得，不可漏掉。

26.结构位移计算的一般公式

当截面B同时产生三种相对位移时，在i－i方向所产生的位移D，即是三者的叠加，有：

27.

这里的积分号表示沿杆件长度积分，总和号表示对结构中各杆求和。

其中最后一项表示给定支座位移Ck的影响。

结构位移计算的一般公式还可用变形体的虚功原理导出：

外虚功＝内虚功。

28.变形体虚功原理：

各微段内力在应变上所作的内虚功总和Wi，等于荷载在位移上以及支座反力在支座位移上所作的外虚功总和We。

内虚功：

29.荷载作用下的位移计算公式

外虚功：

30.各类结构的位移计算公式

（1）梁与刚架：

由于梁和刚架是以弯曲为主要变形

（2）桁架：

桁架中杆件只受轴力作用，且每根杆件的截面面积、轴力均为常数

（3）组合结构：

桁梁混合结构中，一些杆件以弯曲为主，一些杆件只受轴力

（4）拱：

对于拱结构，当压力线与拱轴线相近时，应考虑弯曲变形和轴向变形

31.剪切变形和轴向变形引起的位移与弯曲变形引起的位移相比可以忽略不计。

32.图乘法应用条件：

a）EI=常数；等截面直杆；b）两个弯矩图至少有一个是直线。

c）竖标yC应取自直线图中，对应另一图形的形心处。

面积A与竖标yC在杆的同侧，AyC取正号，否则取负号。

33.当图乘法的适用条件不满足时的处理方法

a）曲杆或EI=EI（x）时，只能用积分法求位移；

b）b）当EI分段为常数或M、Mp均非直线时，应分段图乘再叠加。

35.应用图乘法时的几个具体问题

1.如果两个图形都是直线图形,则标距可任取自其中一个图形。

2,如果一个图形为曲线，另一个图形为折线，则应分段考虑。

3.如图形较复杂，可分解为简单图形。

36.静

37.定结构温度变形的特征静定结构当温度发生变化时，各杆件均能自由变形（但不产生内力），同样可采用单位荷载法。

温度沿杆长度均匀分布，杆件不可能出现剪切变形（即微段dη=0），同时注意到实际状态的支座位移为零。

38.温度引起位移公式

dq和du为实际温度状态下，因材料热胀冷缩所引起的各微段的弯曲变形和轴向变形。

只要能求出dq和du的表达式，即可利用上式求得结构的位移。

39.

温度引起的变形代入公式

上下边缘温差

a为材料的温度线膨胀系数.

图面积

图面积

温度以升高为正，轴力以拉为正

38.桁架的杆件长度因制造误差而与设计长度不符时，由此引起的位移计算与温度变化时相类似。

设各杆长度的误差为Dl（伸长为正，缩短为负），则位移计算公式为

40.超静定结构特征：

超静定结构则是有多余约束的几何不变体系；

超静定结构的支座反力和截面内力不能完全由静力平衡条件唯一地加以确定。

41.确定结构超静定次数最直接的方法是解除多余约束法，即将原结构的多余约束移去，使其成为一个（或几个）静定结构，则所解除的多余约束数目就是原结构的超静定次数。

42.1）移去一根支杆或切断一根链杆，相当于解除一个约束。

2）移去一个不动铰支座或切开一个单铰，相当于解除两个约束。

3）移去一个固定支座或切断一根梁式杆，相当于解除三个约束。

4）将固定支座改为不动铰支座或将梁式杆中某截面改为铰结，相当于解除一个转动约束。

43.力法的计算步骤

1）确定基本未知量数目。

力法基本未知量数=结构的多余约束数=结构的超静定次数

2）选择力法基本体系。

（去多余约束）

3）建立力法基本方程。

4）求系数和自由项。

（图乘法，互乘，自乘）

5）将系数和自由项代入力法方程，解方程，求多余未知力。

6）

作内力图：

叠加法计算控制截面的内力值。

7）校核。

44.力法的基本原理是：

以结构中的多余未知力为基本未知量；根据基本体系上解除多余约束处的位移应与原结构的已知位移相等的变形条件，建立力法的基本方程，从而求得多余未知力；最后，在基本结构上，应用叠加原理作原结构的内力图。

45.

n次超静定结构的力法典型方程

方程的物理意义：

基本结构在全部多余末知力和荷载共同作用下,沿每个多余末知力方向的位移,应与原结构中对应位移相等。

46.

荷载作用下的平面结构，这些位移的计算式可写为

47.超静定桁架

48.

其中：

力法典型方程为：

49.超静定组合结构用力法计算时，一般可将桁杆作为多余约束切断而得到其静定的基本体系。

计算系数和自由项时，对桁杆应考虑轴向变形的影响；对梁式杆只考虑弯曲变形的影响，而忽略其剪切变形和轴向变形的影响。

50.

求系数和自由项

51.无弯矩状态的判别

前提条件：

结点荷载；不计轴向变形。

1、刚结点变成铰结点后，体系仍然几何不变的情况；

2、刚结点变成铰结点后，体系几何可变。

但是，添链杆的不变体系在给定荷载下无内力的情况。

51.对称性

结构的几何形状、支承情况以及杆件的刚度三者之一有任何一个不满足对称条件时，就不能称超静定结构是对称结构。

52.对称的未知力产生的内力图和变形图是对称的；

反对称的未知力产生的内力图和变形图是反对称的。

故正对称图形和反对称图形相乘的结果为零。

53.对称结构在正对称荷载作用下，反对称多余力为零（只考虑正对称多余力），其内力和位移都是正对称的；在反对称荷载作用下，对称多余力为零（只考虑反对称多余力）,其内力和位移都是反对称的。

54.在支座移动、温度变化等非荷载因素作用下，对于超静定结构，由于存在多余约束，在非荷载因素作用下，一般会产生内力，这种内力称为自内力。

55.

56.力法计算自内力时，其基本原理和分析步骤与荷载作用时相同，只是具体计算时，有以下三个特点：

第一，力法方程中的自由项是由支座移动或温度变化等因素引起基本结构多余未知力方向上的位移Dic或Dit等。

第二，对支座移动问题，力法方程右端项不一定为零。

而是Di=Ci（Ci，表示原结构在Xi方向的实际位移）

第三，计算最后内力的叠加公式不完全相同。

由于基本结构（是静定结构）上支座移动、温度变化时均不引起内力，因此内力全是由多余未知力引起的。

最后弯矩叠加公式为

57.支座移动时的内力计算

计算支座移动引起n次超静定结构的内力时，力法方程中第i个方程的一般形式可写为

58.一般来说，凡是与多余未知力相应的支座位移参数都出现在力法典型方程的右边项中，而其它的支座位移参数都出现在左边的自由项中。

59.

称为杆件的线刚度。

在支座位移时，超静定结构将产生内力和反力，其内力和反力与各杆件刚度的绝对值成正比。

60.温度变化时的内力计算

在温度变化时，n次超静定结构的力法方程中，第i个方程的一般形式为

61.杆件制作误差（或材料收缩与徐变）时的自由项计算公式

62.超静定结构的位移计算

单位荷