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(三峡大学水利与环境学院水利水电工程四班 湖北 宜昌 443002)
摘 要:对于水利水电建筑工程专业的学生来说,专业基础课《结构力学》的学习十分重要,然而这门课程又是一门理论性很强的课程,因此,探讨如何学习《结构力学》,对学生深入理解掌握这门课具有重要的意义。文章从辅助学生深入理解和掌握这门课程的角度,较系统地探讨了这门课重要知识点的学习。
关键词:结构力学;专业基础;学习重点与要点
土木工程的一个特点,就是无论从最初的规划,具体的设计,直至施工、管理,无一不涉及到结构力学问题,“结构力学”是人们研究的对象,是根本,而对这个问题的研究,对结构力学问题的知识的学习,是人们的基本任务之一。因此,结构力学问题,是土木专业学生要学习的基本课程。
1 弯矩图的绘制
弯矩图是固体力学内力图的一种,内力图包括轴力图、剪力图和弯矩图,由于弯矩图在结构力学后期学习中起着重要作用,因此是学习的重点。
弯矩图的绘制分为截面法与叠加法。截面法主要使用“截”“取”“平”三个步骤,通俗易懂。然而当遇到多跨连续梁或复杂钢架,计算的工作量就非常大。叠加法则不存在这样问题。因此,学生应先学习好截面法,然后把叠加当做主要方法去学习,解决平常所遇到的问题。
常见荷载的弯矩图有:两端为铰支座的均布荷载和集中荷载弯矩图;一端固定一端自由的均布荷载和集中荷载弯矩图。其中铰节点处弯矩为零;如果是定向支座,杆中无外荷载时,剪力为零,弯矩不变。
叠加法绘制弯矩图的步骤:荷载分解;作分解荷载的弯矩图;叠加荷载共同作用下的弯矩图,相应的纵坐标代数相。
2 图乘法
(1)图乘法位移计算公式。
(2)应用图乘法的条件。包括:杆端的弯曲刚度EI为常数;杆端轴线为直线;各杆短的单位弯矩图(Mi)和荷载弯矩图(Mp)至少有一个直线图形。
(3)应用图乘法时常见图形的面积及形心位置如图1。
(4)图乘法求解步骤。画出结构在实际荷载作用下的弯矩图(荷载弯矩图)MP;根据所求位移选定相应的虚拟力状态,画出单位弯矩图M(注:M图不标单位);分段计算一个弯矩图形的面积A及其形心所对应的另一个弯矩图形的竖标yC;将A、yC代入图乘法公式计算所求位移。
3 力法
结构力学中的力是一种利用变形协调条件将超静定结构转化为静定结构的求超静定结构的方法。力法适用于计算三次超静定及以下的超静定结构,超过三次则用位移法较方便。因此,力法有一定的局限性。
(1)超静定次数的确定及注意要点。结构超静定次数等于力法中未知数的个数,掌握超静定次数的确定是学习力法的基础,但需注意:去除或切断一根链杆相当于去除一个约束;去除一个固定铰支座或去除一个单铰相当于去除两个约束;去除一个固定端支座或切断一根梁式杆相当于去除三个约束;将刚性联接变成单铰联接相当于去除一个约束。
注意要点:a.所去除的约束必须多余的,去除后所得体系不能是几何可变体系;b.必须去除所有多余约束。
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