结构力学课件832911197

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1、结构力学结构力学 (Structural Mechanics)(Structural Mechanics) 授课人：赵荣国授课人：赵荣国 土木工程与力学学院土木工程与力学学院 * * 结构力学结构力学 2 2 说说 明明 主主 讲：讲： 赵荣国赵荣国 学学 时：时： 8888学时，共计学时，共计5.55.5个学分，本学期讲授个学分，本学期讲授 上册上册6464学时，下学期讲授下册学时，下学期讲授下册2424学时。学时。 教学用书：教学用书： 龙驭球、包世华 编结构力学教程I、 II高等教育出版社，2001。 参考教材：参考教材： 1.杨弗康等主编结构力学高等教育 出版社，1998。 2.包世华

2、主编结构力学武汉工业大 学出版社，2000。 3.王焕定等编著结构力学高等教育 出版社，2000。 * * 结构力学结构力学 3 3 参考书目：参考书目：1.1.雷钟和雷钟和江爱川江爱川郝静明编著郝静明编著结构结构 力学解疑力学解疑清华大学出版社，清华大学出版社，1996 1996 。 2.2.赵更新编著赵更新编著结构力学辅导结构力学辅导- -概念概念 方方 法法 解题解题中国水利水电出版社，中国水利水电出版社，20012001 。 3.3.关群主编关群主编结构力学学习辅导结构力学学习辅导中国中国 科学技术大学出版社，科学技术大学出版社，20002000。 作作 业：业：每位同学准备2个作业本

3、，轮换使用。 到时不交的，过期不予批阅。 联系方式：联系方式：58293214（O）或13762248387（M）。 * * 结构力学结构力学 4 4 第一章第一章 绪绪 论论 (Intrduction)(Intrduction) * * 结构力学结构力学 5 5 目目 录录 (contents)(contents) 1-1 结构力学简介 1-2 结构的计算简图及简化要点 1-3 杆件结构的分类 1-4 荷载的分类 - - * * 结构力学结构力学 6 6 基本要求 了解：了解： 结构力学的发展历史、研究对象和研究任 务，与其它课程的关系及常见杆件结构的 分类。 掌握：掌握： 结构计算简图的概

4、念和确定结构计算简图 的原则；杆件结构的支座、结点类型和特 点及荷载分类。 * * 结构力学结构力学 7 7 1-1 1-1 结构力学简介结构力学简介 1-1-1 1-1-1 结构力学发展简史结构力学发展简史 溯源古代工程实践 在建筑结构方面： 早在六千年前，我们祖先就已经建造了木框架结构房屋 （木构件分为桩、柱、梁、板，采用榫卯联接），逐渐 告别利用天然结构巢居和穴居的原始状态。（根据浙江 余姚河姆渡新石器时代遗址考古） 三千年前周礼中的考工记就已经记载了各种建 筑的形式和制式。 在汉代王延寿的鲁灵光殿赋中曾出现“结构”这一 专有名词。 * * 结构力学结构力学 8 8 在水工结构方面： 公

5、元前256-251年秦朝修建的岷江水利枢纽工程都江堰创 造了用竹笼装卵石堆砌的堤坝结构，使用至今，其结构 之简单，规模之宏伟，堪称世界之最。 在桥梁结构方面： 公元605-617年隋朝修建的河北赵县安济桥（也称赵州桥 ）为敞肩石拱桥，造型优美、结构合理。 宋代的广东潮州广济桥（开关活动式）。 福建泉州万安桥（即洛阳桥，筏形基础，砺房胶固）， 其独特结构型式在世界上都绝无仅有。 古埃及人的金字塔、古希腊人的女神庙和古罗马人在建 筑物中广泛采用半圆拱形。 * * 结构力学结构力学 9 9 都江堰水利枢纽工程 * * 结构力学结构力学 1010 隋朝河北赵州桥 * * 结构力学结构力学 1111 雅

6、典神庙 * * 结构力学结构力学 1212 古罗马半圆拱建筑 * * 结构力学结构力学 1313 从“萌芽”到“独立” 15至16世纪，欧洲文艺复兴时期，科学事业有了转机，力学 在欧洲萌芽。 17世纪，人们才开始研究材料强度，尝试用解析法来求构 件的安全尺寸。（伽利略考查了固定端悬臂梁的承载能力 的问题，雅可比伯努利关于梁的研究结果就是现今人们常 用的伯努利梁理论。） 18世纪的工业革命更促进了单根构件强度和稳定性研究。 进入19世纪后，大型厂房、船舶、堤坝、铁路桥梁的兴建 ，提出更为复杂的结构计算问题，促进了板壳理论形成， 以及桁架、连续梁、拱、吊桥、弹性地基梁、挡土墙等计 算理论的诞生，奠

7、定了结构分析的理论基础。 19世纪中叶，结构力学（也称结构理论）实际上已从力学 中独立出来成为一门学科。 * * 结构力学结构力学 1414 近代的发展与飞跃 19世纪末，随着钢结构广泛应用，进一步推动结构分析理 论的发展，建立了利用能量原理计算结构位移和应用力法 计算超静定结构的一般理论，但主要的发展是桁架分析。 20世纪初，随钢筋混凝土框架结构型式的出现，又诞生了 与高次超静定结构相适应的新的计算理论和方法，如位移 法和力矩分配法。 20世纪中叶还发展了考虑塑性的结构计算理论、结构稳定 计算和结构动力学计算理论。 1945年电子计算机的问世和广泛应用使结构分析如虎添翼， 计算能力跃上一个新

8、的台阶，出现以计算机为工具的结构 矩阵分析法（即杆件系统的有限单元法）。 目前结构力学已进入有史以来发展最快的时期，其应用范 围之广、应用水平之高已达到前所未有的程度。 * * 结构力学结构力学 1515 1-1-2 1-1-2 结构以及结构的类型结构以及结构的类型 在土木工程中 ，由建筑材料按照 一定的方式组成并 能承受或传递荷载 起骨架作用的部分 称为工程结构(简称 结构 Structure)。 柱 吊车梁 折线形屋架 素混凝土垫层 杯形基础 图图1-11-1 * * 结构力学结构力学 1616 从几何角度来看，结构可分为三种类型从几何角度来看，结构可分为三种类型 杆件结构杆件结构 (St

9、ructure of bar system)(Structure of bar system) 这类结构 是由杆件所组成。例如如图1-2所示 梁、拱、桁架 、刚架是杆件 结构的典型形 式。 图图 1-21-2 * * 结构力学结构力学 1717 它的厚 度要比长度 和宽度小得 多，房屋中 的楼板和壳 体屋盖。 板壳结构板壳结构 (Plate and shell structures)(Plate and shell structures) 这类结构 也称薄壁结构。 图图 1-31-3 * * 结构力学结构力学 1818 实体结构实体结构 (Massive (Massive structure)

10、structure) 这类结构的长、 宽、厚三个尺度大小相仿。 例如堤坝 、挡土墙 、块式基 础等均属 实体结构 。 图图 1-41-4 挡土墙挡土墙 * * 结构力学结构力学 1919 1-1-3 1-1-3 结构力学及其研究对象结构力学及其研究对象 结构力学是力学学科的一个分支，是研究结 构在荷载和外界因素作用下的力学响应结构的 受力和变形的学科。 * * 结构力学结构力学 2020 结构力学研究对象涉及较广，根据所涉及范围 ，通常将结构力学分为“狭义结构力学”、“广义结构 力学”和“现代结构力学”。 狭义结构力学 其研究对象为由杆件所组成的体系 。这种体系能承担外界荷载作用 ，并起传力骨

11、架作用，又称为经经 典结构力学典结构力学。 * * 结构力学结构力学 2121 广义结构力学广义结构力学 其所研究的对象为可变形的物体。除 可变形杆件组成的体系外，还包括可 变形的连续体 (平板、块体、壳体等) 。 现代结构力学现代结构力学 将工程项目从论证到设计，从施工到 使用期内维护的整个过程作为大系统 ，研究大系统中的各种各样力学问题 。显然其研究对象范围更广。 我们将以狭义结构力学为主。 * * 结构力学结构力学 2222 学 科研究对象研究任务 理论力学质点、刚体物体机械运动的一般规律 材料力学单根杆件 变形体的强度、刚 度、稳定性和动力反应 结构力学杆件结构 弹性力学 板壳、实体结

12、构 相关各力学课程的比较相关各力学课程的比较 * * 结构力学结构力学 2323 1-1-4 1-1-4 结构力学的任务及其研究手段结构力学的任务及其研究手段 具体任务是：具体任务是： 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构 计算简图的合理选择。 讨论结构内力和变形的计算方法，以便进行 结构强度和刚度的验算。 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下结 构 的反应。 * * 结构力学结构力学 2424 结构力学问题的研究手段包含理论分析、实 验研究和数值计算三个方面。实验研究方法的内 容在实验力学和结构检验课程中讨论，理论分析 和数值计算方面的内容在结构力学课程中讨论。 * * 结构力学结构力学

13、2525 1-1-5 1-1-5 结构力学结构力学基本假设基本假设 线 弹 性 假 设 1. 结构体连续 2. 满足胡克定理 3. 外部作用撤消，则结构回复 原无应力状态 适用定理 1. 1. 解的唯一性定理解的唯一性定理，即变形与外部 作用力 之间有一一对应关系 2. 2. 叠加原理叠加原理 3. 3. 互等定理互等定理 * * 结构力学结构力学 2626 1-1-6 1-1-6 结构力学的学习方法结构力学的学习方法 学习时要注意结构力学与其他课程的联系。 学习时要注意理论联系实际。 学习时要注意分析方法与解题思路。 学习时要注意多练。(作业要整洁、清晰、严 谨） * * 结构力学结构力学

14、2727 1-2 1-2 结构的计算简图及简化要点结构的计算简图及简化要点 1-2-1 1-2-1 工程实例工程实例 高层建筑、 大型水利工程、 桥梁结构、 大跨结构 高耸结构、核电站结构、体育馆结构。 * * 结构力学结构力学 2828 框架结构悬索桥（悬索） 体育馆（板、壳结构） 结构复杂 * * 结构力学结构力学 2929 上海杨浦斜拉桥 世界第一拱卢浦大桥 上 海 金 茂 大 厦 结构复杂 * * 结构力学结构力学 3030 1-2-2 1-2-2 结构计算简图的概念结构计算简图的概念 实际工程是很复杂的，如果不作任何简化，分 析计算将十分困难。因此，在分析计算之前，先要 完成力学建模

15、，得到结构计算简图的工作。 * * 结构力学结构力学 3131 力学建模力学建模 利用力学知识、结构知识和工程实践 经验，经过科学的抽象，并根据实际 受力、变形规律等主要因素，对实际 结构进行合理的简化。 计算简图计算简图 用以代替实际结构的，可以用于分析 计算的简化图形。 * * 结构力学结构力学 3232 确定计算简图的原则确定计算简图的原则 尽可能符合实际尽可能符合实际 计算简图应尽可能反映实际 结构的受力、变形等特性。 尽可能简单尽可能简单 忽略次要因素，尽量使分析过程 简单。 * * 结构力学结构力学 3333 1-2-3 1-2-3 结构体系的简化结构体系的简化 一般结构实际上都是空间结构，各部分相互连 接成为一个空间整体，以承受各个方向可能出现的 荷载。但在多数情况下，常可以忽略一些次要的空 间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算得以 简化。 本课程主要讨论平面结构的计算问题。本课程主要讨论平面结构的计算问题。 * * 结构力学结构力学 3434 1-2