目录

  • 1 课程导言
    • 1.1 课程导言
  • 2 绪论
    • 2.1 结构力学的研究对象和任务
      • 2.1.1 结构力学课程内容整体说明
    • 2.2 强度、刚度、稳定性
  • 3 机动分析
    • 3.1 章节导言
    • 3.2 平面体系的机动分析
    • 3.3 平面体系的计算自由度
    • 3.4 几何不变体系的基本组成规则
    • 3.5 瞬变体系
    • 3.6 机动分析实例分析
  • 4 静定梁和刚架
    • 4.1 章节导言——梁的前世今生
    • 4.2 单跨静定梁的概念
      • 4.2.1 微分关系
      • 4.2.2 区段叠加法
    • 4.3 多跨静定梁
    • 4.4 不求或少求反力绘制梁弯矩图
    • 4.5 静定平面刚架
    • 4.6 快速绘制刚架弯矩图技巧说明
    • 4.7 刚架绘制举例
    • 4.8 静定结构的特性
  • 5 静定拱
    • 5.1 章节导言——拱结构漫谈
    • 5.2 三铰拱的计算
  • 6 静定桁架
    • 6.1 章节导言——桁架结构的产生
    • 6.2 桁架的基本概念
    • 6.3 桁架介绍
    • 6.4 结点法
    • 6.5 零杆判定
    • 6.6 截面法
    • 6.7 联合运用
    • 6.8 组合结构
  • 7 结构位移计算
    • 7.1 章节导言——位移计算的目的
    • 7.2 变形体的虚功原理
    • 7.3 单位荷载法
    • 7.4 荷载作用下的结构位移计算
    • 7.5 图乘法
    • 7.6 温度变形位移计算
    • 7.7 支座移动位移计算
    • 7.8 线弹性结构的互等定理
  • 8 力法
    • 8.1 章节导言——力法的概念
    • 8.2 超静定次数
    • 8.3 力法典型方程
    • 8.4 力法的基本解题步骤
    • 8.5 对称性的利用-1
    • 8.6 对称性的利用-2
    • 8.7 超静定结构位移计算
    • 8.8 超静定结构的特性
  • 9 位移法
    • 9.1 章节导言——位移法概念
    • 9.2 等截面直杆的转角位移方程
      • 9.2.1 概述--位移法思路
      • 9.2.2 位移法符号规定
    • 9.3 基本未知量和基本结构
    • 9.4 位移法的基本解题步骤
  • 10 影响线及其应用
    • 10.1 章节导言
    • 10.2 影响线的概念
    • 10.3 影响线的静力法
    • 10.4 影响线的机动法
    • 10.5 间接荷载影响线
    • 10.6 多跨静定梁影响线
    • 10.7 影响线的应用
    • 10.8 最不利荷载位置
    • 10.9 包络图及桥梁荷载实验
章节导言——桁架结构的产生

万能的桁架,无限的变化



今天从桁架的历史发展说起,介绍三角桁架、梁桁架、空腹桁架、空间桁架等形式,以及相应的经典案例。

三 角 桁 架

早在两千年前,人类的祖先就发现了三角形的稳定性原理,并发明了三角桁架,广泛应用在古代住房的木制屋盖中。三角桁架与梁、拱一样,是古代建筑实现跨越的最主要方法。


三角桁架的基本原理



三角桁架形状与简支梁跨中受集中荷载的弯矩图一致,它比梁结构的效率更高,且不会像拱那样对支座产生推力。







早期的三角桁架只有2根斜置上弦杆和1根水平下弦杆。而后,人们根据经验,尝试在三角形内部对应弦杆中间点的位置,增加了3根腹杆,演化出单柱式屋架(KingPost Truss)和双柱式屋架(QueenPost Truss) 两种基本形式。



最早采用King PostTruss建造的铸铁桥,1793年


单柱式和双柱式屋架在相当漫长的历史中并没有太大变化。直到19世纪中叶,各种现代桁架形式相继出现,比如豪威桁架(Howe)、芬克桁架(Fink)、华伦桁架(Warren)、普拉特桁架(Pratt)等。桁架材料也不再局限于木材,越来越多的采用了铁或钢。



                                                                  三角桁架的基本形式和演化


在大跨度结构中,现存记录最早的是1818年由贝塔克鲁设计建造的莫斯科马术体育馆。建筑物长宽为160x50m,大跨度木质三角桁架的跨度沿短边50米方向,间距5.8米布置。其跨度远远超过同时期的常规建筑,三角桁架内部嵌入了三层梯形桁架,以抵抗巨大且不均匀的雪荷载。



莫斯科马术体育馆,贝塔克鲁,1818年


上弦杆呈现变截面,符合轴压力的变化趋势。超长的下弦杆承受了巨大的拉力,由2根木材分上下两层齿接叠合。各榀桁架之间也布置了许多联系构件,通过螺栓紧密连接形成一个稳定的整体。200年前的桁架设计,无处不体现出设计师的创造力。



梁 桁 架

梁桁架又称为平行弦桁架,是19世纪中叶突然出现的一种形式。当时正值美国西部大开发,对铁路桥梁的需求急速增加。木桥是当时桥梁的主流,多采用来源于欧洲的传统拱桥技术。

拱桥在均匀荷载下的承载力很大,但在火车的移动不均匀荷载下则产生很大变形。因此木桥普遍采用拱桥和增强刚架结合的形式。经过多次实践发现,只要把补强刚架做得足够坚固,甚至可以省去拱。于是各种新式的桁架纷纷出现,梁桁架的时代从此开始了。



从”拱桥+增强刚架”到平行弦桁架的演化





平行弦桁架钢桥, 下承式





平行弦桁架钢桥,上承式

                

Bollman Truss Railroad, BridgeWendel Bollman,1869年



随着力的平衡理论、解析方法和图解方法的研究,到19世纪80年代,工程师们已经掌握了简洁实用的桁架设计方法。同时,材料也在不断的进步,工程师将铸铁用于受压杆,锻铁用于受拉杆,而后又以性能更好的钢材替代。越来越多的大跨度桁架结构出现,尤其是在桥梁领域。



外白渡桥,1908年



位于上海的外白渡桥是中国的第一座全钢结构铆接桥梁,于1908年1月20日落成通车。该桥为下承式简支钢桁架,两孔跨经组合各52.12米,桥面铺设电车轨道。

                                                                                外白渡桥


南京长江大桥,1969年建成,主桥为带承托的钢桁架连续梁桥,全桥长6000米,上层为公路,下层为铁路。“一桥飞架南北,天堑变通途。”作为中国第一座自主设计和建造的现代化桥梁,南京长江大桥不仅是中国技术成就的象征,更是承载了一代中国人的记忆。


                       南京长江大桥

我们自己建的第一座长江桥,到底有多难,请看纪录片《中铁大桥局四公司 南京长江大桥纪录片12.7》

https://v.qq.com/x/page/n08142au59q.html

参考文献:

1. 建筑结构的奥秘,川口卫著,王小盾陈志华译

2. wikipedia.org/wiki/Trus

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