第一章結構力學緒論

1、結構力學返 回退 出20:041-1 結構力學研究的對象及任務結構力學研究的對象及任務1-2 荷載的分類荷載的分類1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖1-5 結構的分類結構的分類1-4 支座和結點的類型支座和結點的類型第一章第一章 緒論緒論結構力學返 回退 出20:04鋼結構鋼結構8888層高層高420m420m（曾名列（曾名列亞洲第一、亞洲第一、世界第三）世界第三）上海金貿(mào)大廈上海金貿(mào)大廈1-1 結構力學的研究對象及任務結構力學的研究對象及任務如：如：房屋結構、房屋結構、 橋梁結構橋梁結構、特種結構等。特種結構等。大壩結構大壩結構、 建筑物和工程設施中建筑物和工程設施中承受、傳遞荷載承受、傳

2、遞荷載而起而起骨架作用骨架作用的部分的部分稱為工程結構，簡稱為稱為工程結構，簡稱為結構結構。 1. 結構結構世界第一拱世界第一拱(鋼結構跨徑鋼結構跨徑550m)斜拉橋斜拉橋水利工程的拱壩水利工程的拱壩中國民航飛機高速列車宇宙飛船結構力學返 回退 出20:042. 2. 結構力學的研究對象結構力學的研究對象結構力學結構力學: : 結構結構+ +力學力學幾門力學課程研究對象比較幾門力學課程研究對象比較: : 材料力學材料力學: : 研究單個桿件研究單個桿件; ;彈性力學彈性力學: 研究桿件（更精確）、板、殼、及塊研究桿件（更精確）、板、殼、及塊體等非桿狀結構。體等非桿狀結構。結構力學結構力學: :

3、 研究由桿件系統(tǒng)研究由桿件系統(tǒng)（Framed StructureFramed Structure）組組成的工程結構成的工程結構, , 即即 桿系結構桿系結構 ; ;理論力學理論力學: : 研究質點，質點系，剛體研究質點，質點系，剛體; ;1-1 結構力學的研究對象及任務結構力學的研究對象及任務結構力學返 回退 出20:043. 3. 結構力學的研究任務結構力學的研究任務 (2) (2) 研究結構在荷載等因素作用下的內(nèi)力（研究結構在荷載等因素作用下的內(nèi)力（強度強度）及位移）及位移（剛度剛度）計算。）計算。 強度強度結構在外力作用下是否會破壞的問題。結構在外力作用下是否會破壞的問題。 （如：橋在火

4、車作用下的內(nèi)力計算問題）。（如：橋在火車作用下的內(nèi)力計算問題）。 剛度剛度結構在外力作用下變形是否滿足規(guī)定值。結構在外力作用下變形是否滿足規(guī)定值。 （如：橋在火車作用下的位移、撓度、轉角計算）。（如：橋在火車作用下的位移、撓度、轉角計算）。( (3) 3) 研究結構的研究結構的穩(wěn)定性穩(wěn)定性及及動力荷載作用動力荷載作用下的反應。下的反應。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性受壓構件在軸向壓力作下，能否保持其受壓構件在軸向壓力作下，能否保持其直線平衡狀態(tài)。桿件如受壓后變彎直線平衡狀態(tài)。桿件如受壓后變彎失穩(wěn)失穩(wěn) (1) (1) 研究結構的組成規(guī)則和合理形式。研究結構的組成規(guī)則和合理形式。 1-1 結構力學的研究對象及任務

5、結構力學的研究對象及任務結構力學返 回退 出20:04 理論分析理論分析、實驗研究實驗研究和和數(shù)值計算數(shù)值計算三方面。三方面。 結結構力學的計算方法眾多，但所有方法都要考慮下構力學的計算方法眾多，但所有方法都要考慮下列三方面的條件：列三方面的條件：（1）力系的平衡條件及運動條件）力系的平衡條件及運動條件;（2）變形的幾何連續(xù)條件）變形的幾何連續(xù)條件;（3）應力與變形間的物理條件（或稱為本構方程）。）應力與變形間的物理條件（或稱為本構方程）。4. 結構力學的研究方法結構力學的研究方法1-1 結構力學的研究對象及任務結構力學的研究對象及任務結構力學返 回退 出20:04荷載：荷載： 作用在結構上的

6、作用在結構上的主動力主動力。 例如，結構的自重、水壓力、土壓力、風載等，例如，結構的自重、水壓力、土壓力、風載等， 在建筑物施工和使用期間，大小、位置會發(fā)生變在建筑物施工和使用期間，大小、位置會發(fā)生變化的荷載?；暮奢d。1、按作用時間的長短分類、按作用時間的長短分類 長期作用在結構上的不變荷載（如：結構構件的自長期作用在結構上的不變荷載（如：結構構件的自重、土壓力等）。重、土壓力等）。 思考：思考：恒載和活載對結構的影響有何不同？恒載和活載對結構的影響有何不同？活載：活載：恒載：恒載： 廣義荷載廣義荷載: 還包括使結構產(chǎn)生內(nèi)力的其他因素。還包括使結構產(chǎn)生內(nèi)力的其他因素。 例如，溫度變化、基礎沉

7、陷、材料脹縮等。例如，溫度變化、基礎沉陷、材料脹縮等。1-2 荷載的分類荷載的分類結構力學返 回退 出20:04在結構上的作用位置是移動的（如：在結構上的作用位置是移動的（如：汽車荷汽車荷載載，吊車荷載吊車荷載）。）。2 、按作用位置是否固定分類按作用位置是否固定分類 在結構上的作用位置是固定的（如：恒載、在結構上的作用位置是固定的（如：恒載、 風載、雪載）。風載、雪載）。 固定荷載固定荷載： 移動荷載移動荷載：1-2 荷載的分類荷載的分類3、按荷載作用的性質分類、按荷載作用的性質分類 數(shù)量、位置、大小等不隨時間變化或變化極數(shù)量、位置、大小等不隨時間變化或變化極為緩慢，不使結構產(chǎn)生顯著的振動，

8、因而為緩慢，不使結構產(chǎn)生顯著的振動，因而慣性力慣性力的影響的影響可以可以忽略忽略（如：恒載、雪載）。（如：恒載、雪載）。靜力荷載：靜力荷載：結構力學返 回退 出20:04 隨時間迅速變化，使結構產(chǎn)生顯著振動，因隨時間迅速變化，使結構產(chǎn)生顯著振動，因而而慣性力的影響不能忽略慣性力的影響不能忽略（如：沖擊荷載、地震荷載（如：沖擊荷載、地震荷載等。車輛荷載、風荷載在通常的設計中視為靜載等。車輛荷載、風荷載在通常的設計中視為靜載, 但在但在特殊情況下按動載考慮）。特殊情況下按動載考慮）。動力荷載：動力荷載： 1-2 荷載的分類荷載的分類4、按結構與荷載接觸的情況、按結構與荷載接觸的情況分類分類 荷載不

9、是直接作用而是通過荷載不是直接作用而是通過縱橫梁系間接地作用于結構（主梁上的荷載）。縱橫梁系間接地作用于結構（主梁上的荷載）。 直接作用于結構上的荷載（縱梁上的荷載）。直接作用于結構上的荷載（縱梁上的荷載）。 直接荷載：直接荷載： 間接荷載（結點荷載）：間接荷載（結點荷載）：DEBAC主 梁縱 梁橫 梁 (節(jié) 點 )F=1結構力學返 回退 出20:04 1、計算簡圖：、計算簡圖： 將一個具體的工程結構物用一個簡化的將一個具體的工程結構物用一個簡化的受力圖形來表示。受力圖形來表示。選擇計算簡圖時，要它能反映工程結構物的如下特征：選擇計算簡圖時，要它能反映工程結構物的如下特征： 1 1受力特性受力

10、特性（荷載的大小、方向、作用位置）；（荷載的大小、方向、作用位置）； 2 2幾何特性幾何特性（構件的軸線、形狀、長度）；（構件的軸線、形狀、長度）； 3 3支承特性支承特性（支座的約束反力性質、桿件連接形式）。（支座的約束反力性質、桿件連接形式）。選取計算簡圖的原則：選取計算簡圖的原則：（1 1）正確反映實際結構的受力情況和主要性能。）正確反映實際結構的受力情況和主要性能。（2 2）略去次要因素，便于分析和計算。）略去次要因素，便于分析和計算。選取計算簡圖時應考慮的因素：選取計算簡圖時應考慮的因素：（1 1）結構的重要性；）結構的重要性； （2 2）設計階段；）設計階段；（3 3）計算問題的性

11、質；（）計算問題的性質；（4 4）計算工具。）計算工具。1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖結構力學返 回退 出20:04 對實際結構體系主要進行如下的簡化：對實際結構體系主要進行如下的簡化：(1) 結構整體的簡化（如分解為平面結構）；結構整體的簡化（如分解為平面結構）； (2) 桿件的簡化（桿軸表示，荷載作用桿軸）；桿件的簡化（桿軸表示，荷載作用桿軸）； (3) 桿件間連接的簡化（鉸結點、剛結點）；桿件間連接的簡化（鉸結點、剛結點）； (4) 結構與基礎間連接的簡化（支座表示）；結構與基礎間連接的簡化（支座表示）； (5) 荷載的簡化（集中荷載、分布荷載）；荷載的簡化（集中荷載、分布荷載）；

12、 (6) 材料性質的簡化。材料性質的簡化。 2、簡化方法、簡化方法1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖結構力學返 回退 出20:04(1) 結構整體的簡化（如分解為平面結構）；結構整體的簡化（如分解為平面結構）； 多數(shù)情況下，可以忽略一些次要的空間約束，將多數(shù)情況下，可以忽略一些次要的空間約束，將實際空間結構分解為平面結構。實際空間結構分解為平面結構。EIEI(代屋架桿）F 注意：注意：有些結有些結構具有明顯的空間構具有明顯的空間特征而不宜簡化成特征而不宜簡化成平面結構。平面結構。1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖 2、簡化方法、簡化方法結構力學返 回退 出20:04 (2) 桿件的簡化（桿

13、軸表示，荷載作用桿軸）；桿件的簡化（桿軸表示，荷載作用桿軸）； 由于桿件的截面尺寸通常比桿件長度小得多，因此在由于桿件的截面尺寸通常比桿件長度小得多，因此在計算簡圖中，用軸線代替實際桿件。計算簡圖中，用軸線代替實際桿件。 注意：注意：當截面尺寸增大時（如超過長度的當截面尺寸增大時（如超過長度的14）,桿件桿件用其軸線表示的簡化，將引起較大的誤差。用其軸線表示的簡化，將引起較大的誤差。為什么可以？請思考！為什么可以？請思考！1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖 2、簡化方法、簡化方法結構力學返 回退 出20:04 (5) 荷載的簡化（集中荷載、分布荷載）；荷載的簡化（集中荷載、分布荷載）； (6

14、) 材料性質的簡化。材料性質的簡化。 在結構計算中，對組成各構件的材料一般都假設為連在結構計算中，對組成各構件的材料一般都假設為連續(xù)的、均勻的、各向同性的、完全彈性或彈塑性的。續(xù)的、均勻的、各向同性的、完全彈性或彈塑性的。 (3) 桿件間連接的簡化（鉸結點、剛結點等）；桿件間連接的簡化（鉸結點、剛結點等）； (4) 結構與基礎間連接的簡化（支座表示）；結構與基礎間連接的簡化（支座表示）；1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖 2、簡化方法、簡化方法結構力學返 回退 出20:043、簡化實例、簡化實例1-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖結構力學返 回退 出20:041-3 結構的計算簡圖結構的計算

15、簡圖3、簡化實例、簡化實例結構力學返 回退 出20:041-3 結構的計算簡圖結構的計算簡圖3、簡化實例、簡化實例結構力學返 回退 出20:041-4 支座和結點的類型支座和結點的類型一、支座一、支座：把結構與基礎聯(lián)系起來的裝置。：把結構與基礎聯(lián)系起來的裝置。1.1. 活動鉸支座活動鉸支座( (Roller supportRoller support) )AVA滾軸支座FyDCABFyCFyAFyBFyDFxA計算簡圖計算簡圖結構力學返 回退 出20:04 2. 固定鉸支座固定鉸支座(Hinge support)AVAHA瀝青麻刀FxFyFxFy或屋架柱焊縫預埋鋼板1-4 支座和結點的類型支座

16、和結點的類型 結構力學返 回退 出20:043. 固定端固定端(Fixed support)AMAVAHA細石混凝土FyMFx1-4 支座和結點的類型支座和結點的類型結構力學返 回退 出20:044. 滑動支座滑動支座(Fixed support)MFy1-4 支座和結點的類型支座和結點的類型結構力學返 回退 出20:04二、二、結點結點：結構中桿件相互聯(lián)結的地方：結構中桿件相互聯(lián)結的地方。1. 鉸結點鉸結點( (Hinge joint) ) 桿件間不能相對平動，但可以相對轉動；結點具有桿件間不能相對平動，但可以相對轉動；結點具有x 向向和和 y 向反力，但無彎矩。向反力，但無彎矩。1-4 支

17、座和結點的類型支座和結點的類型結構力學返 回退 出20:042. 剛結點剛結點( (Rigid joint) ) 桿件間不能相對平動，也不能相對轉動；結點處既有桿件間不能相對平動，也不能相對轉動；結點處既有x和和y 向反力，也有彎矩。向反力，也有彎矩。1-4 支座和結點的類型支座和結點的類型結構力學返 回退 出20:043. 組合結點組合結點 同一結點處，有些桿件為剛結，有些為鉸接。同一結點處，有些桿件為剛結，有些為鉸接。 組合梁組合梁（加勁梁）（加勁梁）1-4 支座和結點的類型支座和結點的類型結構力學返 回退 出20:04 （1）桿件結構）桿件結構由桿件組成的結構（桿件的幾何特征由桿件組成的

18、結構（桿件的幾何特征是橫截面尺寸比長度小很多）。如：梁、拱、桁架、剛架。是橫截面尺寸比長度小很多）。如：梁、拱、桁架、剛架。 （2）板殼結構）板殼結構結構的形狀是平面或曲面，它的厚度比結構的形狀是平面或曲面，它的厚度比長度和寬度小得多。如：樓板、地下連續(xù)墻、殼體屋蓋。長度和寬度小得多。如：樓板、地下連續(xù)墻、殼體屋蓋。1. 從幾何角度分類從幾何角度分類 （3）實體結構）實體結構長、寬、厚三個方向尺寸相當。如長、寬、厚三個方向尺寸相當。如: 大壩、大壩、擋土擋土墻墻。1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:042. 按受力特性的不同分類按受力特性的不同分類 (1) 梁梁(Beam)是

19、一種受彎桿，軸線為直線，有單跨是一種受彎桿，軸線為直線，有單跨與多跨的。與多跨的。1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:04(2) 拱拱(Arch)：軸線是曲線，豎向荷載作用下產(chǎn)生水平：軸線是曲線，豎向荷載作用下產(chǎn)生水平支承推力。支承推力。1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:04(3) 剛架剛架(Frame)：由直桿組成，并具有剛結點。：由直桿組成，并具有剛結點。 ( bending, shearing and tension or compression） 主要以受彎為主。主要以受彎為主。 多跨多跨多層多層空間空間剛架剛架1-5 結構的分類結構的分類結構力學

20、返 回退 出20:04(4) 桁架桁架(Truss): 所有結點均為鉸結點，各桿僅受軸力所有結點均為鉸結點，各桿僅受軸力。 1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:04(5) 組合結構組合結構(Composite structure): 桁架與梁或剛架組桁架與梁或剛架組合在一起。合在一起。1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:04(6) 懸索結構懸索結構(cable-suspended structure) 1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:043. 按桿件系統(tǒng)的軸線是否在同一平面內(nèi)按桿件系統(tǒng)的軸線是否在同一平面內(nèi)分類分類平面內(nèi)，外力也作用在任

21、意面一平桿件系統(tǒng)的軸系不在同空間結構平面內(nèi)內(nèi)，且外力也作用在該平面桿件系統(tǒng)的軸系在同一平面結構 : ) ( : ) (structurespacestructureplane4. 按內(nèi)力是否靜定分類按內(nèi)力是否靜定分類)mindet(:)mindet(:ate systemer instaticallyate systemer statically還需要變形條件超靜定結構條件求出內(nèi)、反力可由靜力平衡靜定結構1-5 結構的分類結構的分類結構力學返 回退 出20:04本章重點本章重點一、與相關課的關系一、與相關課的關系1 1、“理力理力”、“材力材力”是是“結構力學結構力學”的先修課。的先修課。（1

22、 1）“理力理力”為為“結力結力”提供基本的力學原理。提供基本的力學原理。 （2 2）“材力材力”以研究單根桿件為主，以研究單根桿件為主，“彈力彈力”以研以研究實體結構與薄壁結構為主，究實體結構與薄壁結構為主，“結構力學結構力學”研究的是桿研究的是桿系結構。系結構。 2 2、“鋼結構鋼結構”、“鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構”、“磚石結磚石結構構”、“結構抗震結構抗震”等是等是“結力結力”的后繼課。的后繼課。3 3、“結力結力”的特點的特點（1 1）系統(tǒng)性：一環(huán)套一環(huán)，連鎖反應。）系統(tǒng)性：一環(huán)套一環(huán)，連鎖反應。（2 2）靈活性：一題多解，殊途同歸。）靈活性：一題多解，殊途同歸。結構力學返 回退

23、出20:04二、二、 如何選擇結構的計算簡圖如何選擇結構的計算簡圖三、三、 各種結點，支座的計算簡圖形式各種結點，支座的計算簡圖形式四、四、 通過結構力學的學習，通過結構力學的學習，逐步培養(yǎng)如下能力逐步培養(yǎng)如下能力1. 1. 分析能力分析能力 （1 1）選擇結構計算簡圖的能力）選擇結構計算簡圖的能力 （2 2）力系平衡分析和變形幾何分析的能力，是結構）力系平衡分析和變形幾何分析的能力，是結構分析的兩個看家本領，要在反復運用中加以融會貫通，逐分析的兩個看家本領，要在反復運用中加以融會貫通，逐步提高，力求達到正確、熟練、靈活運用的水平。步提高，力求達到正確、熟練、靈活運用的水平。 （3 3）選擇計算方法的能力）選擇計算方法的能力方法眾多，要了解各方法眾多，要了解各種方法的特點和最適用的場合，具有根據(jù)具體問題選擇恰種方法的特點和最適用的場合，具有根據(jù)具體問題選擇恰當計算方法的能力。當計算方法的能力。本章重點本章重點結構力學返 回退 出20:042. 計算能