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钢结构建筑中各构件在结构力学中所起的作用

来源:北京博泰钢结构工程有限公司 发布时间:2019/8/10 10:58:42

结构 建筑 是把固体构件组织在一起的承力的系统。那么,紧接着的一个问题_是, 结构 建筑 中常见的是些什么构件呢?

常见的构件是这样三类:

1、绳、柱、杆、梁这种沿一个方向伸长,其他两个维度很小的条状构件

2、板、壳是一个维度很小,两个维度比较大的,即比较薄能够覆盖_面积的构件

3、块体构件,即构件的三个维度大小相去不远的构件。

我们后面会了解这样分类的道理,这是从结构分析的角度来考虑的,不同类的构件的力学分析形成了不同的结构力学学科。

类构件可以简化为:仅仅以构件的长度为参数来定位构件上点的位置,也_是说在复杂的情况下可以用常微分方程来描述它们的待求力学量

类构件可以简化为:以两个参数来定位构件上点的位置,一般求解它_需要和二维偏微分方程或偏微分方程组打交道

类块体结构:需要与三维空间的偏微分方程组打交道了

对应于这三类构件,形成了三类不同的结构力学学科。通常的材料力学和杆系结构力学处理的是 类构件和由这些构件组成的系统;板壳理论是专门针对 类构件形成的力学分支学科;而对 类构件的问题_需要弹性力学、塑性力学等专门的学科来解决了。

 

  一 类构件中,常见的_是柱和梁,它们在几千年的古建筑中已经形成定式,所谓横梁竖柱。_是说在结构中横向布置,承受重力所引起的弯曲作用的称为梁,屋脊的主梁称为栋。梁与柱的受力特点不同,柱是受沿着柱的轴向方向的外力的构件,而梁所受的外力是垂直于轴向的。从受力特点来看,帆船上的桅杆、汽车的底盘、在大风作用下的高耸的烟筒、飞机的机翼、漂浮在有波浪起伏的水面上受浮力作用的大船、起重机的吊臂等等,都可以看作梁。由于有的梁并不是由一根密实的同一材料组成的杆状固体,而是由许多不同的构件组成的结构体系,这样的梁也称为组合梁或复合梁。

如果构件只能承受拉力,不能承受弯曲,也不能承受压力,这种构件_称为绳索,一般吊桥的主要承力构件_是悬挂在支座塔上的两条钢索。它们是柔软不承受压力和弯曲的构件。

类构件中用得为广泛的_是板。板是其中面是一张平面的构件,所以又称为平板。通常钢材、木材为了使用方便都事先加工成板材。板如果是承受垂直于板面的荷载的,_称为板,如果只承受平面内的载荷,即载荷作用方向处于中间平面内,在民用建筑中这种构件称为剪力墙。民用建筑的楼板、飞机的蒙皮、轮船的甲板等都是用的是板构件。

     随着结构的进步,愈来愈多的薄壳结构被各行各业采用。汽车的外壳、大型储油罐、火箭和导弹的主体结构、飞机的机身与船舶的外壳、大型汽轮机的外壳、水塔、化工的反应釜、锅炉、储气罐、薄壳屋顶等等,都是薄壳结构。近兴起的充气薄膜结构,其实也可以算作一种特别的薄壳结构它是每一个局部都只能承受张力而不能承受压力的结构。在自然界也有许多薄壳结构,据了解,为了减少鸡蛋的运输与包装过程中的损耗,对于鸡蛋壳在撞击时的强度问题,_有一些单位在进行理论和实验研究。

在半个世纪以前,对于一般的块体结构几乎还没有有效的应力分析手段。已有的手段无非是在设计时做一个模型在近似受力的情况下,通过测量模型的变形来得到可参考的结果。在结构运行时,布置一些测点,来观测它的变形。这样的手段既费时又费力,效果还很不理想。完全不能适应日益复杂的结构系统的分析要求。

山穷水复疑无路,柳暗花明又一村。在计算机普及之后,大约在上世纪六十年代开始,人们发展了一种“有限单元法”去分析_结构包括梁板壳的应力与变形。基本思想是把结构假想地剖分为很多单元体,对每个单元设置若干未知量采取近似地表达式表述其变形,然后根据外力、单元的材料性质、单元之间的连接和平衡条件得到一组规模很大的方程组,未知量个数可以达到数万乃至数百万,用计算机求解这些方程组,便可以得到这个块体结构的变形与应力分布。按照这种思想编制的通用和专用软件很快地形成了一个有相当规模的产业,用这种软件在设计之前对各种设计方案进行计算,已经成为设计的重要的环节。有限单元法的产生与发展可以说是在计算机时代的结构力学,在它的指引下,结构设计变得愈来愈合理、结构的功能愈来愈强大、结构设计的工作量愈来愈减小,空前加速和_了结构工程的发展。

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