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1、结 构 力 学结 构 力 学 教材:结构力学(第三版)上册 李廉锟主编 高等教育出版社 主讲教师:王新华 教材:结构力学(第三版)上册 李廉锟主编 高等教育出版社 主讲教师:王新华 第一章绪论第一章绪论 1-1结构力学的研究对象和任务结构力学的研究对象和任务 、结构的概念：结构是在建筑物和构筑物中，起 主要受力、传力及支承作用的部分。 、结构的分类（按构件的几何特征）：杆件结构 （空间或平面）、薄壁结构（薄板、薄壳）、实 体结构。 、结构的概念：结构是在建筑物和构筑物中，起 主要受力、传力及支承作用的部分。 、结构的分类（按构件的几何特征）：杆件结构 （空间或平面）、薄壁结构（薄板、薄壳）、实
2、 体结构。 、课程研究的对象：平面杆件结构。 、课程的任务： 结构的组成规律、合理形式； 结构在外因作用下的强度、刚度和稳定性（即平 、课程研究的对象：平面杆件结构。 、课程的任务： 结构的组成规律、合理形式； 结构在外因作用下的强度、刚度和稳定性（即平 面杆件结构在各种外因作用下的内力、位移的计算面杆件结构在各种外因作用下的内力、位移的计算 原理和计算方法原理和计算方法。暂不涉及稳定问题）。 、结构计算简图的概念 、结构计算简图的简化原则是： ）计算简图要能反映实际结构的主要受力和变 。暂不涉及稳定问题）。 、结构计算简图的概念 、结构计算简图的简化原则是： ）计算简图要能反映实际结构的主要
3、受力和变 形特点形特点，即要使计算结果安全可靠； ）便于计算 ，即要使计算结果安全可靠； ）便于计算，即计算简图的简化程度要与计算 手段以及对结果的要求相一致。 ，即计算简图的简化程度要与计算 手段以及对结果的要求相一致。 1-2结构计算简图结构计算简图 、结构计算简图的几个要点： 空间杆件结构的平面简化 杆件构件的简化：以杆件的轴线代替杆件； 杆件之间连接的简化 、结构计算简图的几个要点： 空间杆件结构的平面简化 杆件构件的简化：以杆件的轴线代替杆件； 杆件之间连接的简化：理想结点代替杆件与杆 件之间的连接。 ）铰结点 ：理想结点代替杆件与杆 件之间的连接。 ）铰结点： 汇交于一点的杆端是用
4、一个完全无磨擦的光滑铰 连结。铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动， 即各杆端之间的夹角可任意改变。 ）刚结点 ： 汇交于一点的杆端是用一个完全无磨擦的光滑铰 连结。铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动， 即各杆端之间的夹角可任意改变。 ）刚结点： 汇交于一点的杆端是用一个完全不变形的刚性结 点连结，形成一个整体。刚结点所连各杆端相互之 间的夹角不能改变。 ）组合结点（半铰) ： 汇交于一点的杆端是用一个完全不变形的刚性结 点连结，形成一个整体。刚结点所连各杆端相互之 间的夹角不能改变。 ）组合结点（半铰)： 刚结点与铰结点的组合体。 ： 刚结点与铰结点的组合体。 结构与支承物连接的简化结构与
5、支承物连接的简化： 以理想支座代替结构与其支承物（一般是大地） 之间的连结 。 ）活动铰支座： 允许沿支座链杆垂直方向的微小移动。沿支座链 杆方向产生约束力。 ）固定铰支座： 允许饶固定铰铰心的微小转动。过铰心产生任意 方向的约束力（分解成水平和竖直方向的两个力）。 ）固定支座： 不允许有任何方向的移动和转动，产生水平、竖 直及限制转动的约束力。 ： 以理想支座代替结构与其支承物（一般是大地） 之间的连结 。 ）活动铰支座： 允许沿支座链杆垂直方向的微小移动。沿支座链 杆方向产生约束力。 ）固定铰支座： 允许饶固定铰铰心的微小转动。过铰心产生任意 方向的约束力（分解成水平和竖直方向的两个力）。
6、 ）固定支座： 不允许有任何方向的移动和转动，产生水平、竖 直及限制转动的约束力。 1-3杆件结构的分类杆件结构的分类 1、按结构的受力特点分类： 梁：由水平（或斜向）放置杆件构成。梁构件主 、按结构的受力特点分类： 梁：由水平（或斜向）放置杆件构成。梁构件主 要承受弯曲变形，是受弯构件要承受弯曲变形，是受弯构件。 刚架：不同方向的杆件用结点（一般都有刚结点 。 刚架：不同方向的杆件用结点（一般都有刚结点） 连接构成。刚架杆件以受弯为主， ） 连接构成。刚架杆件以受弯为主，所以又叫梁式构所以又叫梁式构 件件。 桁架：由若干直杆在两端用铰结点连接构成。桁 。 桁架：由若干直杆在两端用铰结点连接构
7、成。桁 架杆件主要承受轴向变形，是拉压构件架杆件主要承受轴向变形，是拉压构件。 组合结构：由梁式构件和拉压构件构成。 拱：一般由曲杆构成。在竖向荷载作用下有水 平支座反力。 。 组合结构：由梁式构件和拉压构件构成。 拱：一般由曲杆构成。在竖向荷载作用下有水 平支座反力。 2、按计算方法分类： 静定结构 、按计算方法分类： 静定结构,超静定结构。超静定结构。 1-4荷载分类荷载分类 、按作用时间分类： 恒载：永久作用在结构上。如结构自重、永久 设备重量。 活载：暂时作用在结构上。如人群、风、雪 （在结构上可占有任意位置的可动荷载 、按作用时间分类： 恒载：永久作用在结构上。如结构自重、永久 设备
8、重量。 活载：暂时作用在结构上。如人群、风、雪 （在结构上可占有任意位置的可动荷载）及车辆、 吊车（在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷 ）及车辆、 吊车（在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷 载载）。 、按作用性质分类： 静力荷载：荷载由零加至最后值，且在加载过 程中结构始终保持静力平衡，即可忽略惯性力的影 响。 动力荷载：荷载（大小、方向、作用线）随时 间迅速变化，并使结构发生不容忽视的惯性力。 、按与结构的接触分类：直接荷载，间接荷载。 ）。 、按作用性质分类： 静力荷载：荷载由零加至最后值，且在加载过 程中结构始终保持静力平衡，即可忽略惯性力的影 响。 动力荷载：荷载（大小、方向、
9、作用线）随时 间迅速变化，并使结构发生不容忽视的惯性力。 、按与结构的接触分类：直接荷载，间接荷载。 第二章 平面体系的几何组成分析 2-1概述 第二章 平面体系的几何组成分析 2-1概述 平面杆件结构，是由若干根杆件构成的能支承荷 载的平面杆件体系，而任一杆件体系却不一定能作 为结构。 本节内容：研究结构的组成规律和合理形式。 前提条件：不考虑结构受力后由于材料的应变而 平面杆件结构，是由若干根杆件构成的能支承荷 载的平面杆件体系，而任一杆件体系却不一定能作 为结构。 本节内容：研究结构的组成规律和合理形式。 前提条件：不考虑结构受力后由于材料的应变而 产生的微小变形，即把组成结构的每根杆件
10、都看作产生的微小变形，即把组成结构的每根杆件都看作 完全不变形的刚性杆件完全不变形的刚性杆件。 一、术语简介（图-1-1） 、 几何不变体系：在荷载作用下能保持其几何 形状和位置都不改变的体系称之。 、几何可变体系：在荷载作用下不能保持其几何 形状和位置都不改变的体系称之。 。 一、术语简介（图-1-1） 、 几何不变体系：在荷载作用下能保持其几何 形状和位置都不改变的体系称之。 、几何可变体系：在荷载作用下不能保持其几何 形状和位置都不改变的体系称之。 、刚片：假想的一个在平面内完全不变形的刚性 物体叫作刚片。在平面杆件体系中，一根直杆、折 杆或曲杆都可以视为刚片，并且由这些构件组成的 几何
11、不变体系也可视为刚片。 刚片中任一两点间的距离保持不变，既由刚片中 任意两点间的一条直线的位置可确定刚片中任一点 的位置。所以可由刚片中的一条直线代表刚片。 、刚片：假想的一个在平面内完全不变形的刚性 物体叫作刚片。在平面杆件体系中，一根直杆、折 杆或曲杆都可以视为刚片，并且由这些构件组成的 几何不变体系也可视为刚片。 刚片中任一两点间的距离保持不变，既由刚片中 任意两点间的一条直线的位置可确定刚片中任一点 的位置。所以可由刚片中的一条直线代表刚片。 二、研究体系几何组成的任务和目的： 、研究结构的基本组成规则，用及判定体系是否 可作为结构以及选取结构的合理形式。 、根据结构的几何组成，选择相
12、应的计算方法和 计算途径。 二、研究体系几何组成的任务和目的： 、研究结构的基本组成规则，用及判定体系是否 可作为结构以及选取结构的合理形式。 、根据结构的几何组成，选择相应的计算方法和 计算途径。 2-2平面体系的自由度2-2平面体系的自由度 一、 自由度的概念 体系可独立运动的方式称为该体系的自由度。 或表示体系位置的独立坐标数。 平面体系的自由度 一、 自由度的概念 体系可独立运动的方式称为该体系的自由度。 或表示体系位置的独立坐标数。 平面体系的自由度：用以确定平面体系在平面：用以确定平面体系在平面 内位置的独立坐标数内位置的独立坐标数。 （图2-2-2）上所示，为平面内一根链杆， 其
13、一端和大地相连，显然相对于大地来说这根链 杆在平面内只有一种运动方式，即作绕点转动， 所以该体系只有一个自由度。同时又可看到，如果 用链杆与水平坐标的夹角 图2-2-2）上所示，为平面内一根链杆， 其一端和大地相连，显然相对于大地来说这根链 杆在平面内只有一种运动方式，即作绕点转动， 所以该体系只有一个自由度。同时又可看到，如果 用链杆与水平坐标的夹角作为表示该体系运动 方式的参变量，即表示该体系运动中任一时刻的位 置，表示体系位置的参变量数与体系的自由度数也 是相等的。所以，该体系的自由度数为个。 平面内最简体系的自由度数： 一个点：在平面内运动完全不受限制的一个点有 作为表示该体系运动 方
14、式的参变量，即表示该体系运动中任一时刻的位 置，表示体系位置的参变量数与体系的自由度数也 是相等的。所以，该体系的自由度数为个。 平面内最简体系的自由度数： 一个点：在平面内运动完全不受限制的一个点有 个自由度个自由度。 一个刚片：在平面内运动完全不受限制的一个刚 。 一个刚片：在平面内运动完全不受限制的一个刚 片有个自由度片有个自由度。（图-2-1）。（图-2-1） 二、约束概念 当对体系添加了某些装置后，限制了体系的某些 方向的运动，使体系原有的自由度数减少，就说这 些装置是加在体系上的约束。约束，是能减少体系 二、约束概念 当对体系添加了某些装置后，限制了体系的某些 方向的运动，使体系原
15、有的自由度数减少，就说这 些装置是加在体系上的约束。约束，是能减少体系 自由度数的装置自由度数的装置。 、单约束（见图-2-2） 连接两个物体（刚片或点）的约束叫单约束。 ）单链杆（链杆）（上图） 一根单链杆或一个可动铰（一根支座链杆）具 有个约束。 ）单铰（下图） 一个单铰或一个固定铰支座（两个支座链杆） 具有两个约束。 ）单刚结点 一个单刚结点或一个固定支座具有个约束。 、单约束（见图-2-2） 连接两个物体（刚片或点）的约束叫单约束。 ）单链杆（链杆）（上图） 一根单链杆或一个可动铰（一根支座链杆）具 有个约束。 ）单铰（下图） 一个单铰或一个固定铰支座（两个支座链杆） 具有两个约束。
16、）单刚结点 一个单刚结点或一个固定支座具有个约束。 、复约束 连接个（含个）以上物体的约束叫复约束。 ）复链杆：若一个复链杆上连接了个结点，则 该复链杆具有(2N-3)个约束，等于(2N-3)个链杆的 作用。 ）复铰：若一个复铰上连接了个刚片，则该复 铰具有2(N-1)个约束，等于(N-1)个单铰的作用。 、复约束 连接个（含个）以上物体的约束叫复约束。 ）复链杆：若一个复链杆上连接了个结点，则 该复链杆具有(2N-3)个约束，等于(2N-3)个链杆的 作用。 ）复铰：若一个复铰上连接了个刚片，则该复 铰具有2(N-1)个约束，等于(N-1)个单铰的作用。 彭怀林-1 三、多余约束 在体系上加上或撤除某一约束并不改变原体系的 自由度数，则该约束就是多余约束。 三、多余约束 在体系上加上或撤除某一约束并不改变原体系的 自由度数，则该约束就是多余约束。 2-3平面体系的几何组成分析2-3平面体系的几何组成分析 一、几何不变体系的简单组成规则 规则一（两刚片规则）：（图2-3-1） 两个刚片用不全交于一点也不全平行的三根链杆 相连，组成无多余约束的几何不变体系。 或：两个刚片用一个单铰
