结构力学第1章绪论

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1、1-4 荷载的分类,1-2 杆件结构的计算简图,1-3 平面杆件结构的分类,1-1 杆件结构力学的研究对象和任务,第一章 绪论,1-1 杆件结构力学的研究对象和任务,结构的概念 在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并能承受荷载作用的构筑物称为工程结构(简称结构)。,如：房屋结构、 桥梁结构、 水工结构、 特种结构。,房屋结构,返 回,桥梁结构,赵州桥,桥梁结构,南宁邕宁大桥,南宁邕江三岸大桥,重庆长江大桥,虎门大桥,斜拉结构上海南浦大桥,桥梁结构,悬索结构-伦敦塔楼,桥梁结构,返 回,水工大坝结构,返 回,特种结构,冷却塔,薄壳结构,会展中心薄膜结构,特种结构,东方明珠电视塔,空间框架结

2、构,金字塔砌体结构,返 回,结构的分类 杆件结构 由杆件组成的结构（横截面尺寸比长度小很多）。 如：梁、拱、桁架、刚架。 板壳结构 形状是平面或曲面的结构（厚度比长度和宽度小得多）。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。,杆件结构桁架 南京长江大桥,板壳结构,实体结构长、宽、厚三个方向尺寸相当。 如： 大坝、挡土墙。,三峡工程,某移动式医院,薄膜结构将薄膜材料通过一定方式使其内部产生拉应力，以形成某种空间结构形状作为覆盖结构，并能承受一定外荷载的空间结构形式。 其可分为张拉式薄膜结构(也称帐篷结构)又称预应力薄膜结构、充气式薄膜结构。,3、结构力学的研究对象及任务,理论力学研究刚体的运动，不考虑物体

3、本身的变形。,材料力学、结构力学和弹性力学都是讨论结构及其构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题; 材料力学只研究单根杆件，结构力学以杆件结构为研究对象，弹性力学以实体结构和板壳结构为主要研究对象。,注：结构力学只研究杆件结构.,结构力学与理力、材力、弹力的任务基本相同，但研究对象和侧重点有所区别：,1) 结构力学的研究对象,2） 结构力学的任务,理论分析、实验研究和数值计算三方面。 要考虑下列三方面的条件：,讨论结构的组成规律和合理形式, 确定结构的计算简图。 讨论结构内力和变形的计算方法, 以进行结构的强度和刚度验算。 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的响应。,（1）力系的平衡条件及

4、运动条件; （2）变形的几何连续条件; （3）应力与变形间的物理条件（本构方程）。,3） 结构力学的研究方法,4、课程教学中的能力培养,1. 分析能力,选择结构计算简图的能力 力系平衡分析和变形几何分析的能力 选择计算方法的能力,2. 计算能力,对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力; 对计算体系进行定量校核或定性判断的能力; 初步具有使用结构计算程序的能力。,3. 自学能力,复习已学的知识即精读教材； 摄取新的知识即阅读参考书; 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。,4. 表达能力,作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。,5、思考题,1. 杆件结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？,

5、2. 结构力学、材料力学、弹性力学的研究对象的主要差别是什么？,3. 常见的雨伞、降落伞和气球各属于那种（张拉式薄膜结构充气式薄膜结构）薄膜结构？,计算简图可以代替某一实际结构的一个简化的图形。,一、确定计算简图的原则,（1） 从实际出发计算简图要反映结构的主要性能。,（2）分清主次,略去细节计算简图要便于计算。,二、计算简图的简化要点,多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实际空间结构分解为平面结构。,1.结构体系的简化,1-2 杆件结构的计算简图,注意：有些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。,2. 杆件的简化,由于杆件的截面尺寸通常比杆件长度小得多，因此在计算简图中，用轴线代

6、替实际杆件。,铰结点,注意：当截面尺寸增大时（如超过长度的14）,杆件用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。,3. 杆件间连接的简化杆件间的连接区简化为结点,(1) 铰结点：,杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有x 向和 y 向反力，但无弯矩。,(2) 刚结点：,杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有x和y 向反力，也有弯矩。,(3) 组合结点：,同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。,组合梁（加劲梁）,计算简图,组合结点,4. 结构与基础间连接的简化,(1)可动铰支座(滚轴支座)：,可以水平移动和转动，不能竖向移动；具有竖向反力。,计算简图,滚轴支座,可动铰支座,限制某些方

7、向位移，但不限制转动，其反力沿所限制的位移方向。,可动铰支座及反力,限制各方向位移，但不限制转动，其反力可用沿坐标的分量表示。,平面固定铰支座及反力,(2)固定铰支座：,铰支座,限制某些方向的位移和转动，而允许某一方向产生位移，其反力除所限制位移方向力外，还有支座反力偶。,定向支座及反力,(3) 定向支座,(4) 固定支座,限制全部位移(移动和转动)，其反力用沿坐标的分量和力偶来表示。,固定支座,5. 材料性质的简化,6. 荷载的简化,荷载按其分布情况可以简化为集中荷载和分布荷载。,在结构计算中，对组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。,例：厂房结构的简化

8、,原结构,平面简化,屋顶计算简图,计算简图,例：桁架桥结构的简化,三、思考题,1. 什么是结构的计算简图?,2. 如何选择结构的计算简图?,3. 将下简化成计算简图。,2) 拱： 轴线为曲线，其力学特点是在竖向荷载作用下能产生水平推力。,1. 按几何形状分类,1) 梁：受弯构件，但在竖向荷载作用下不产生水平力；其轴线通常为直线（有时也为曲线）。,1-3 杆件结构的分类,3) 桁架：由多根直杆组成，且所有结点都是铰结点；其受力特点是各杆只受轴力。,5) 组合结构：由多根杆件组成， 其中含有组合结点;各杆中有的杆件可产生弯矩、剪力和轴力，有的则只产生轴力。,4) 刚架：也由直杆组成，但结点中含有刚

9、结点；各杆均有可能产生弯矩、剪力和轴力，但主要以受弯为主。,2. 按计算特点分类,2) 超静定结构: 结构在任意荷载作用下，其反力和内力由平衡条件不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才能唯一确定。,1) 静定结构 ：结构在任意荷载作用下，其反力和内力可由平衡条件唯一确定。,思考题：识别下列杆系结构,梁,刚架,刚架,组合结构,桁架,拱,返 回,活载：在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变化的荷载。对结构的作用效应是不确定的。,一、荷载的概念,二、荷载的分类,1、按作用时间的长短分类,恒载：长期作用在结构上的不变荷载（如：结构构件的自重、土压力等）。对结构的作用效应是确定的。,荷载是主动作用于

10、结构的外力。 例如，结构的自重、水压力、土压力、风载等，广义的荷载还包括使结构产生内力的其他因素（如：温度变化、基础沉陷、材料胀缩等）。,1-4 荷载的分类,移动荷载：在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷载，吊车荷载）。,2、按作用位置是否固定分类,固定荷载： 在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、风载、雪载）。,动力荷载： 随时间迅速变化，使结构产生显著振动，因而惯性力的影响不能忽略（如：冲击荷载、地震荷载等。车辆荷载、风荷载在通常的设计中视为静载, 但在特殊情况下按动载考虑）。,静力荷载： 数量、位置、大小等不随时间变化或变化极为缓慢，不使结构产生显著的振动，因而惯性力的影响可以忽略（如

11、：恒载、雪载）。,3、按荷载作用的性质分类,4、按结构与荷载接触的情况分类,间接荷载（结点荷载） 荷载不是直接作用而是通过纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。,直接荷载 直接作用于结构上的荷载（纵梁上的荷载）。,三、思考题,1. 移动荷载与动力荷载的主要区别是什么?,2. 恒载和活载对结构的影响有何不同？,答：恒载对结构的作用效应是确定的，内力计算时只需要将恒载按固定荷载作用于结构上，再进行计算即可；活载对结构的作用效应是不确定的，由于活载的大小和位置是变化的，因此内力计算时应将活载作用于结构不同的位置分别计算，经比较找出对结构最不利的作用位置，再计算此时的内力。,杨弗康等编的结构力学,几点说明,主要教学参考书有 面向21世纪结构力学 I,李廉坤等编的结构力学,课程成绩组成,课堂讨论成绩 10分 平时作业成绩 20分 期末考试成绩 70分,平时作业可以讨论，但应该独立完成。作业抄袭的话扣一次作业成绩。,将不定期（可能通知也可能不通知）有一些小测验，既起到点名的作用，也是一次平时成绩。三次无故旷课取消考试资格，总成绩按0分登记。,无数经验证明，多做作业、勤思考总结才能较好掌握结构力学。不做作业是不可能掌握结构力学的！,