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定性结构力学在高职教育教学中的研究与实践(2)

时间:2013-08-31 10:16 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:周莹 点击次数:


  解题思路:
  ①绘制出单跨外伸梁在相同荷载和约束条件的弯矩图如图1(a)示,定性分析:在B支座左右截面处弯矩具有连续性,计算可得B支座截面为负弯矩,由口诀得出“均布荷载线,剪力斜直线,弯矩抛物线”(这是内力图满足荷载与内力之间的微分关系、增量关系和积分关系总结而得,也正是各因素之间相关决定的定性问题);AB跨中弯矩由叠加法可得MAB跨中=MB支座-M简支梁跨中=-■ql2+■q(4l)2=■ql2。
  ②绘制多跨静定梁在相同荷载作用下的弯矩图如图1(b)示,定性分析:在支座B左右截面处弯矩具有连续性,由计算可知B支座为负弯矩,C截面为杆件中的铰接点,不传递弯矩,且其上并无外力偶矩作用,故C截面弯矩为零。
  ③由以上定性分析的结果不难绘制出此超静定梁的内力图为如图1(c)示的大致形状。
  3.3 举例三“重因果,得结果”
  弯矩与曲率成正比,绘出变形曲线就可估算弯矩的分布规律。构件受力变形后的曲线一般有以下规律:在固定端处变形曲线与原构件轴线相切;在连续梁的中间支座处,支座两侧变形曲线的切线相同;在框架的刚节点处,变形后节点可以沿外荷载方向转动,但与节点相连杆件间的夹角不变;直接承受外荷载的构件变形较大,通过节点或支座相邻跨或相邻构件后,离荷载越远,则变形越小[3]。
  快速绘出结构受力变形后的曲线,可大致估计结构受力后的弯矩和侧移的变化规律,从而判断结构构件的截面上哪一侧受拉、哪一侧受压,用以判断施工图上钢筋布置是否正确。
  3.4 举例四 “查特例,看本质”
  如图2所示多层刚架结构,在柱线刚度不变的条件下分析梁的线刚度由0变为∞柱内力变化的过程和结构的变形特点。
  此时取其两种极限状态分析对比柱的内力及变形情况,就此可得出相应的结论[3]:
  ①两种状态下,结构可退化成图2(b)与图2(c)所示的两种简图,图2(c)中的结构计算简图出现柱端塑性为几何可变的结构,实际结构将倒塌;
  ②两种状态下,图2(b)中类似于弯曲变形,而图2(c)中却是典型的剪切变形。此题的训练不但可以帮助学生理解几何不变体系和可变体系的概念及后期所学框架结构中梁柱线刚度之比对于结构内力分布的影响,也便于理解框架结构和剪力墙结构变形的特点以及强柱弱梁的意义。
  3.5 举例五“由概念,判对错”
  定性判断是根据基本概念来判断结果的合理性,而不进行定量计算。
  ①由量纲分析判断计算结果的正确性,学习荷载时,根据材料的重度(KN/m3)及具体构件的受力分析,需要倒算成面荷载或线荷载,此时在给学生讲清原理之后,最后通过量纲分析即可检验计算结果的正确性。例如已知钢筋混凝土梁截面尺寸b*h,求沿梁长的线荷载标准值,首先给学生讲梁的自重为b*h*l*25(集中力,单位KN),再讲解沿梁长分布的每米荷载应为b*h*l*25/l=b*h*25(对照单位,KN/m,量纲正确);
  ②当参数变化时,检查目标值相应变化是否合理。例如在工程中常用到直线内插法求解某一目标值,学生们往往求解出的结果甚至不在参数所设定的两个端点值之内,这显然是不正确的;
  ③微观计算,宏观判断。例如完成了常见荷载作用下的简支静定理想桁架各杆件内力分析后,通过对比计算结果会发现,组成桁架的上弦均为压杆,下弦杆均为压杆,腹杆可能受压、受拉、也可能为零杆,宏观观察桁架也会发现,整体桁架在竖向荷载作用下,实际受力状态类似受弯构件,下侧纤维受拉,上侧纤维受压,位于梁腹内的纤维受力不具有单一性,在这样的指导思想下,学生能够很快的定性判断计算结果的正确与否,而这一点对今后学生力学现象的感知导向性培养具有现实意义。
  参考文献:
  [1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社,2007:79-102.
  [2]袁驷.一个基础,两座大厦—结构力学课程改革的思路与实践[J].力学与结构实践,1998(4):56-58.
  [3]李青松.定性结构力学在教学和工程中的意义[J].理工高教研究,2007(2):137-138.
  [4]王光远.论不确定性结构力学的发展[J].力学进展,2002(2):205-211.
  [5]龙驭球,包世华.结构力学Ⅰ-基本教程第2版[M].北京:高等教育出版社,2006.

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