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1、1,河北大学建筑工程学院力学教研室 牛晓燕,2,结构力学,课程简介 结构力学课程是土木工程专业的一门主要技术基础课程。其主要任务是掌握杆件结构的计算原理和计算方法，了解各类结构的受力性能，为学习后继专业课程以及进行结构设计和科学研究打好基础，培养结构分析与计算等方面的能力。,3,结构力学成绩评定方法,1、 “结构力学”为考试课程。期末考试成绩占70，平时成绩占30。 2、平时成绩由以下四部分组成： （1）作业及平时测验占15； （2）课堂笔记占5； （3）回答问题占5； （4）出勤、着装及遵守课堂记律等占5。,4,第一章 绪 论,5,1-1 结构力学的内容和学习方法,一、结构,建筑物或构筑物中
2、承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。如：房屋中的梁柱体系、桥梁、水坝等等都是工程结构的例子。,6,万里长城,7,天安门城楼,8,国家大剧院,9,三峡大坝,10,印度泰姬陵,11,意大利比萨斜塔,12,凯旋门,13,埃菲尔铁塔,14,吉隆坡石油双塔,15,桥梁,16,赵州桥,17,青马大桥,18,旧金山大桥,19,二、结构分类,1. 杆系结构,钢结构梁、柱,20,埃菲尔铁塔,21,2. 板壳结构,悉尼歌剧院,厚度远小于其长度和宽度的结构。,22,清华大礼堂,23,3. 实体结构,长、宽、高三个尺寸相近的结构。,三、结构力学研究的对象和内容,1. 研究对象,2. 研究内容,结构力学研究由细长
3、杆件组成的平面杆系结构，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。,平面杆件体系的几何构造分析；,讨论结构的强度、刚度、稳定性、动力反应以及结构极限荷载的计算原理和计算方法等。,24,强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并符合经济要求。,刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形从而影响使用。,稳定性验算在于保证结构不会产生失稳破坏。,几何构造分析主要是讨论几何不变体系的组成规律，因为只有几何不变体系才能作为结构来使用。,25,极限荷载的求解是为了充分发挥结构的承载能力，由讨论结构的弹性计算转变为塑性计算。,26,四、结构力学的发展,我国的木架建筑在新石器时代晚期就初具规模。 隋代建造的赵州桥，它那
4、造型艺术与结构功能的巧妙统一，结构形式与材料性能的巧妙结合，堪称一绝。 秦代时期的都江堰，设计精巧，规模宏伟，至今仍发挥着灌溉作用。 十九世纪前半期，形成了结构力学理论的初步基础，并从古典力学中划分出来，成为一门独立的学科。 十九世纪后半期，建立了关于结构变形和超静定结构的一般理论。 二十世纪初期，产生了位移法及其派生的各种渐进法和近 似法。 随着生产力的不断发展，塑性理论、结构稳定和结构动力学的计算理论也有了迅速的发展。 二十世纪中期，计算机用于结构力学，使结构力学为生产建设服务的能力有了量级上的变化。这种强有力的计算手段，使空间结构、 特殊结构、 结构抗震、 结构的弹塑性分析以及结构优化设
5、计的理论与方法得到了迅速的发展和应用。！,27,理论力学,28,材料力学,赵州桥,悉尼钢铁拱桥,小麦倒伏问题,吊车,测力平台,29,1-2 结构计算简图,一、选取结构的计算简图必要性、重要性： 将实际结构作适当地简化，忽略次要因素，显示其基本的 特点。这种代替实际结构的简化图形，称为结构的计算简图。 合理地选取结构的计算简图是结构计算中的一项极其重要 而又必须首先解决的问题。 二、选取结构的计算简图的原则： 1、能反映结构的实际受力特点，使计算结果接近实际情况。 2、忽略次要因素，便于分析计算。 三、影响计算简图选取的主要因素： 1、结构的重要性 ：重要结构精；次要结构粗； 2、设计阶段：初步
6、设计粗；技术设计精； 3、计算问题的性质：静力计算精； 动力计算粗； 4、计算工具：先进精； 简陋粗。,30,四、结构简化的几个主要方面 1、结构体系的简化 一般结构实际上都是空间结构，各部相连成为一空间整体， 以承受各方向可能出现的荷载。 在多数情况下，常忽略一些次要的空间约束，而将实际结 构分解为平面结构。 2、杆件的简化 杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆长 用结点间距表示，荷载作用于轴线上。 3、结点的简化 杆件间的连接区通常简化成为三种理想情况： （1）铰结点：约束各杆端不能相对移动，但可相对转动； 可以传递力，不能传递力矩。 （2）刚结点：连接各杆端既不能相对移动，又
7、不能相对 转动；既可以传递力，又可传递力矩。 （3）组合结点：是一些杆端为刚结，另一些杆端为铰 结。！,31,32,1-2 结构计算简图,一、支座和支座反力,1. 固定支座,A,B,模型,工程实例,把结构与基础联结起来的装置称为支座。,33,简图：,特点：,1) 杆端截面A不产生线位移和角位移；,2) 杆端截面A有反力矩以及沿x、y方向的反力。,34,2. 固定铰支座,特点：,1) 杆端截面A无线位移，可以自由转动；,2) 杆端截面A产生沿x、y方向的反力。,模型,35,3. 辊轴支座,特点：,1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移；,2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。,36,4. 滑
8、动支座（定向支座）,特点：,1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；,2）杆端A存在反力矩以及沿链杆方向的反力。,模型,37,二、几种杆系结构,1. 梁,1）单跨梁,2）多跨梁,梁的特点：,梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截面存在弯矩、剪力和轴力。,38,2. 刚架,静定刚架,超静定刚架,刚架的特点：,1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆件连结的结点多为刚结点；,2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。,39,3. 拱,拱的特点：,2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。,1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有水平推力 （见图)；,4
9、0,4. 桁架和组合结构,静定桁架,超静定桁架,组合结构,41,特点：,1) 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载作用于结点上，各杆只受轴力；,2) 组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其中梁式杆以受弯为主，内力不仅有轴力，还有弯矩和剪力。,三、 荷载,按荷载作用时间长短可分为：,恒载永久作用在结构上的荷载。如自重等。,活载荷载有时作用在结构上，有时又不作用在结构上。如：楼面活荷载，雪荷载。,42,2. 按荷载作用位置可分为：,固定荷载作用位置不变的荷载，如自重等。,移动荷载荷载作用在结构上的位置是移动的，如吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。,3. 按荷载作用的性质可分为：,静荷载荷载的大小、方向、位置不随时间变化或变化很缓慢的荷载。恒载都是静荷载。,动荷载 荷载的大小、方向随时间迅速变化，使结构产生显著振动，结构的质量承受的加速度及惯性力不能忽略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷载和风荷载等都是动力荷载。,43,四、线性变形体系,若体系产生符合约束条件的微小连续变形，材料服从虎克定理，则该体系称为线性变形体系，可以用叠加原理求结构的内力和变形。,1.微小连续变形,2.材料服从虎克定律,变形与杆件尺寸相比很小，结构变形后几何尺寸无变化，荷载位置及作用线不变，变形符合支座约束条件。,即应力应变满足关系式： 。,
