6.3 工程中常见超静定结构简介（课件）-《土木工程力学基础》同步精品课堂（高教版-第3版）

6.3 工程中常见超静定结构简介 土木工程力学基础 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 掌握超静定梁、超静定刚架、无铰拱的概念及特点；掌握超静定结构和静定结构之间的区别。 能力目标 使学生能够根据超静定结构力学特征，解决工程实例问题。 情感目标 培养学生自学能力、理解能力与表达能力，提升学生的学习兴趣，能够理论联系实际。 三维目标 构施工图，掌握图 知识点复习与回顾 ？ 1.静定多跨梁的组成及内力分析； 2.静定刚架的组成及内力分析； 3.三铰拱的组成及内力分析。 你了解什么是建筑结构？生活中你见过哪些常见的结构？ 问题引入——学会观察和总结 情境引入 1）、以小组为单位回答问题。 2）、每组派出代表回答老师提问 3）、学生分组相互评价 4）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 同学们结合所学内容，思考超静定结构可以划分为哪些类型呢？ 这些类型分别具有什么特点？适用于哪些工程呢？ 探索新知 一、超静定梁 超静定结构是具有多余约束的几何不变体系，其内力不能由静力平衡方程完全求得。下面简单介绍工程中常见的超静定结构。 （一）两端均为固定支座的梁 两端均为固定支座的梁是超静定梁，在竖直向下的荷载作用下（图6-35a），其变形曲线如图6-35b所示。可以判断：梁在两端产生上部受拉的弯矩；跨中区段产生下部受拉的弯矩。在均布线荷载作用下，其弯矩图是一条向下凸的二次抛物线（图6-35c）；在集中荷载的作用下（图6-35d），其弯矩图如图6-35e所示。弯矩图在集中荷载作用的截面发生转折，而在无荷载作用区的图形为水平直线或斜直线。 探索新知 探索新知 （二）连续梁 连续梁是超静定结构，对比简支梁（图 6-36a）和连续梁（图 6-36b）的弯矩图，可以发现超静定结构相对于静定结构，弯矩的最大值可以大幅度降低，但在杆件的中间支座处会产生负弯矩。 几何可变体系的实质就是由杆件组成的体系成为一个机构。如飞机的起落架（图 6-3）。 探索新知 连续梁是在高强度混凝土预应力梁的基础上发展起来的。 由于其抗拉、抗压强度的提高，使梁在外荷载作用下的弯曲变形，以及因温差等外因素造成的龟裂现象都得到极大改善，可以忽略温差等外因素对梁、柱的应力影响，故在基础平台坚固、沉降极小的情况下将梁柱（墩）固结在一起，形成超静定结构连续梁。 探索新知 随着交通运输特别是高等级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要求。而多伸缩缝的悬臂梁和T形刚构桥均难以满足这个要求，超静定结构连续梁桥以其整体性好、结构刚度大、变形小、抗震性能好、主梁变形挠曲线平缓、伸缩缝少等突出优点，使得行车平稳舒适，因而得到迅速发展。普通钢筋混凝土连续梁桥当跨度超过20 m时，跨中恒载弯矩和活载弯矩将迅速增大，致使梁的截面尺寸和自重显著增大，耗用大量材料，不经济，而且会产生较大裂缝，于是预应力混凝土连续梁桥得到广泛采用。预应力结构通过高强钢筋束对混凝土预压，不仅充分发挥了高强度材料的性能，还提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力，其适用跨度为60-150 m。 几何可变体系的实质就是由杆件组成的体系成为一个机构。如飞机的起落架（图 6-3）。 探索新知 港珠澳大桥是连接香港、珠海和澳门的跨海大桥，如图 6-37 所示。该桥于2018 年10月24日通车，总投资约 1 200 亿元，从设计到建成历时 14年，设计使用年限 120年，设计时速 100 km/h。港珠澳大桥全长 55 km，由6.7 km的海底沉管隧道，22.9 km的桥梁，逾20万m2的东、西各两个人工岛组成，集“隧、桥、岛”为一体，其中主跨460 m的“双塔钢箱梁斜拉桥”成为大桥标志。港珠澳大桥是世界建筑史上里程最长、施工难度最大的跨海大桥（截至2019年），被誉为人类史上的超级工程，创造了400多项专利，7项世界之最。 几何可变体系的实质就是由杆件组成的体系成为一个机构。如飞机的起落架（图 6-3）。 探索新知 平潭海峡公铁两用大桥（图6-38）是中国首座跨海公铁两用大桥，也是世界上最长的跨海公铁两用大桥。该桥全长16.34 km，由中铁大桥局设计与承建，由4万多建设者历时7年建设而成，于2020年底投入使用。平潭海峡公铁两用大桥工程是世界上公认建设难度最大的桥梁工程。该工程刷新了多项世界桥梁建设记录，填补了诸多中国乃至世界技术空白。 学习新知 二、超静定刚架 （一）受力特点 （二）工程实例 （一）受力特点 图6-39b所示的刚架是超静定刚架，对比三铰刚架（图6-39a）和超静定刚架（图6-39b）的弯矩图，可以发现超静定刚架的弯矩最大值约为三铰刚架最大弯矩的一半，但杆件在刚架平面内的上下（左右）两侧都会产生弯矩。 学习