第一章 緒論new課件

1、1結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 力力 學(xué)學(xué)STRUCTURAL MECHANICS石家莊鐵道學(xué)院 工程力學(xué)系主講教師 劉 軍2第一章第一章 緒緒 論論1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法1-2 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖31-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法一一. . 結(jié)構(gòu)的定義結(jié)構(gòu)的定義 例如：房屋中的梁柱例如：房屋中的梁柱體系，橋梁，塔桅，水壩體系，橋梁，塔桅，水壩等等都是實(shí)際生活中常見等等都是實(shí)際生活中常見的工程結(jié)構(gòu)的例子。的工程結(jié)構(gòu)的例子。 建筑物或構(gòu)筑物中承建筑物或構(gòu)筑物中承受和傳遞荷載而起骨架作受和傳遞荷載而起骨架作用的部分稱為結(jié)構(gòu)。用的部分稱為結(jié)構(gòu)。4雄偉的萬

2、里長城雄偉的萬里長城5天安門城樓天安門城樓6國家大劇院國家大劇院 7三峽大壩三峽大壩鳥巢施工鳥巢施工89印度泰姬陵印度泰姬陵10意大利比薩斜塔意大利比薩斜塔11巴黎凱旋門巴黎凱旋門12埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔13吉隆坡石油雙塔吉隆坡石油雙塔14 公路公路橋梁橋梁15趙州橋趙州橋16青馬大橋青馬大橋17舊金山大橋舊金山大橋18迪拜塔施工迪拜塔施工19二二. . 結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)分類1. 桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)鋼結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)中的梁柱體系梁柱體系由桿件長度由桿件長度 l 遠(yuǎn)大于橫截面尺寸遠(yuǎn)大于橫截面尺寸 b、h 的細(xì)長桿的細(xì)長桿所組成的結(jié)構(gòu)體系。所組成的結(jié)構(gòu)體系。從結(jié)構(gòu)中從結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的幾何尺度

3、構(gòu)件的幾何尺度來區(qū)分來區(qū)分: :20埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔212. 板殼結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu) 板殼力學(xué)板殼力學(xué)悉尼歌劇院悉尼歌劇院由構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其長度和寬度的結(jié)構(gòu)體系。22清華大禮堂清華大禮堂233. 實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu) 彈性力學(xué)彈性力學(xué)長、寬、高三個(gè)尺寸相近的結(jié)構(gòu)體系。長、寬、高三個(gè)尺寸相近的結(jié)構(gòu)體系。三峽大壩三峽大壩24 結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)作為作為力學(xué)力學(xué)學(xué)科的學(xué)科的一個(gè)分支一個(gè)分支，其，其研究對象研究對象涉及涉及較為廣泛較為廣泛。 根據(jù)其涉及范圍根據(jù)其涉及范圍，通常將，通常將結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)分為分為“狹義結(jié)狹義結(jié)構(gòu)力學(xué)構(gòu)力學(xué)”，“廣義結(jié)構(gòu)力學(xué)廣義結(jié)構(gòu)力學(xué)”和和“現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)”。三三.

4、結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)的的研究對象研究對象和和研究內(nèi)容研究內(nèi)容1. 研究對象研究對象25 狹義結(jié)構(gòu)力學(xué)狹義結(jié)構(gòu)力學(xué) 其其研究對象研究對象為由為由桿件所組成的體系桿件所組成的體系（即（即結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) structurestructure）。這種體系能承擔(dān)外界荷載作）。這種體系能承擔(dān)外界荷載作用，并起傳力的骨架作用。又稱為用，并起傳力的骨架作用。又稱為經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)。 廣義結(jié)構(gòu)力學(xué)廣義結(jié)構(gòu)力學(xué) 其其研究對象研究對象為為可變形的物體可變形的物體。除可。除可變形桿件組成的體系外，還包括可變形的連續(xù)體變形桿件組成的體系外，還包括可變形的連續(xù)體( (平平板、實(shí)體、殼體等板、實(shí)體、殼體等) )。 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力

5、學(xué)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué) 將工程項(xiàng)目從論證到設(shè)計(jì)，從施工將工程項(xiàng)目從論證到設(shè)計(jì)，從施工到使用期內(nèi)維護(hù)的整個(gè)過程作為大系統(tǒng)，研究到使用期內(nèi)維護(hù)的整個(gè)過程作為大系統(tǒng)，研究大系統(tǒng)大系統(tǒng)中的各種各樣力學(xué)問題中的各種各樣力學(xué)問題。顯然其研究對象范圍更廣。顯然其研究對象范圍更廣。 根據(jù)根據(jù)本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn)以及以及面向面向2121世紀(jì)工程對人才的世紀(jì)工程對人才的需要需要，本課程本課程將以將以狹義結(jié)構(gòu)力學(xué)為主狹義結(jié)構(gòu)力學(xué)為主。262. 研究內(nèi)容研究內(nèi)容 進(jìn)行進(jìn)行平面桿件體系平面桿件體系的的幾何構(gòu)造分析幾何構(gòu)造分析；選取選取結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理形式的合理形式及及結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖。結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖。 研究和建立研究和建立結(jié)構(gòu)

6、的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及及剛度剛度的的計(jì)算原理計(jì)算原理和和計(jì)算計(jì)算方法方法。 研究和建立研究和建立結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，極限荷載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，極限荷載以及以及結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)動力反應(yīng)的的計(jì)算原理計(jì)算原理和和計(jì)算方法計(jì)算方法。27 強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算在于保證在于保證結(jié)構(gòu)物使用中的安全性結(jié)構(gòu)物使用中的安全性，并符，并符合合經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性要求。要求。 剛度剛度計(jì)算計(jì)算在于保證在于保證結(jié)構(gòu)物不會產(chǎn)生過大的變形結(jié)構(gòu)物不會產(chǎn)生過大的變形從從而影響使用。而影響使用。 穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算在于保證在于保證結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生失穩(wěn)破壞結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。 幾何構(gòu)造分析幾何構(gòu)造分析主要是討論主要是討論幾何不變體系的組成規(guī)幾何不變體系

7、的組成規(guī)律律，因?yàn)橹挥?，因?yàn)橹挥袔缀尾蛔凅w系幾何不變體系才能作為才能作為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)來使用。來使用。28 動力分析動力分析是研究是研究結(jié)構(gòu)的動力特性以及在動荷載作結(jié)構(gòu)的動力特性以及在動荷載作用下的動力反應(yīng)用下的動力反應(yīng) 結(jié)構(gòu)所受到的地震力，結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)所受到的地震力，結(jié)構(gòu)的位移，速度，加速度及動內(nèi)力等位移，速度，加速度及動內(nèi)力等。 極限荷載計(jì)算極限荷載計(jì)算是為了是為了充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力，由討論結(jié)構(gòu)的彈性計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄杂?jì)算。由討論結(jié)構(gòu)的彈性計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄杂?jì)算。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)動力學(xué)動力學(xué) 工程實(shí)際工程實(shí)際中的中的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)林林總總，千差萬別，總是比林林總總，千差萬別，總是比較復(fù)雜的。較

8、復(fù)雜的。 完全按照完全按照原原結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況去進(jìn)行的實(shí)際情況去進(jìn)行力學(xué)分析力學(xué)分析將將是是很繁難的，也是不必要的很繁難的，也是不必要的。 因此，因此，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算之前，往往需要在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算之前，往往需要將實(shí)際結(jié)構(gòu)加以簡化，反映其主要的受力和變形特點(diǎn)，將實(shí)際結(jié)構(gòu)加以簡化，反映其主要的受力和變形特點(diǎn)，忽略次要的影響因素，用一個(gè)簡化的圖形來代替實(shí)際忽略次要的影響因素，用一個(gè)簡化的圖形來代替實(shí)際結(jié)構(gòu)，這種圖形就稱為結(jié)構(gòu)，這種圖形就稱為結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖。291-2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的的計(jì)算簡圖計(jì)算簡圖選取選取結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖的的基本原則：基本原則： 從工程實(shí)際出發(fā)，從

9、工程實(shí)際出發(fā)，盡力反盡力反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力和映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力和變形特點(diǎn)變形特點(diǎn)； 分清主次，分清主次，忽略次要的影響因素，以便簡化計(jì)算忽略次要的影響因素，以便簡化計(jì)算。 簡化工作簡化工作包括以下包括以下幾個(gè)方面：幾個(gè)方面： 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系體系的簡化：的簡化：將將空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)簡化為簡化為平面結(jié)構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)桿件桿件的簡化：的簡化：通常用通常用桿件桿件的的軸線軸線來來代替。代替。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料構(gòu)件材料的簡化：的簡化：連續(xù)，均勻，各向同性，線連續(xù)，均勻，各向同性，線彈性或彈塑性。彈性或彈塑性。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)桿件之間連接桿件之間連接的簡化的簡化結(jié)點(diǎn)的簡化。結(jié)點(diǎn)的簡化。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與基

10、礎(chǔ)之間連接與基礎(chǔ)之間連接的簡化的簡化支座的簡化。支座的簡化。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)所受荷載所受荷載的簡化。的簡化。31一一. . 支座支座和和支座反力支座反力1. 固定支座固定支座AB模型模型工程實(shí)例工程實(shí)例把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)起來的裝置稱為把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)起來的裝置稱為支座支座。 32簡圖：簡圖：特點(diǎn)：特點(diǎn)：1) 桿端截面桿端截面A不產(chǎn)生線位移和角位不產(chǎn)生線位移和角位移移；2) 桿端截面桿端截面A有反力矩以及沿有反力矩以及沿x、y方向的反力。方向的反力。xAFyAFAMAA332. . 固定鉸支座固定鉸支座特點(diǎn)：特點(diǎn)：1) 桿端截面桿端截面A無線位移，可以自由轉(zhuǎn)動；無線位移，可以自由轉(zhuǎn)動；2) 桿端截面桿端

11、截面A產(chǎn)生沿產(chǎn)生沿x、y方向的反力。方向的反力。模型模型AxAFyAFxAFyAFA343. . 輥軸支座輥軸支座特點(diǎn)：特點(diǎn)：1) 桿端桿端A產(chǎn)生垂直于鏈桿方向的線位移；產(chǎn)生垂直于鏈桿方向的線位移；2) 桿端桿端A產(chǎn)生的支座反力沿鏈桿方向作用。產(chǎn)生的支座反力沿鏈桿方向作用。AyAFA354. . 滑動支座滑動支座（定向支座）（定向支座）特點(diǎn)特點(diǎn)：1）桿端桿端A無轉(zhuǎn)角，不能產(chǎn)生沿鏈桿方向的線無轉(zhuǎn)角，不能產(chǎn)生沿鏈桿方向的線位移，可以產(chǎn)生垂直于鏈桿方向的線位移；位移，可以產(chǎn)生垂直于鏈桿方向的線位移；2）桿端桿端A存在反力矩以及存在反力矩以及沿鏈桿方向的反力。沿鏈桿方向的反力。模型模型AyAFAMAy

12、 AFAMA36二二. 幾種常見的幾種常見的桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)1. 梁梁1 1）單跨單跨梁梁超靜定超靜定梁梁 靜定靜定梁梁2 2）多跨多跨梁梁靜定靜定多跨梁多跨梁超靜定超靜定連續(xù)梁連續(xù)梁梁的特點(diǎn)：梁的特點(diǎn)： 梁的軸線通常為直線，梁的軸線通常為直線，在豎向荷載作用下，截在豎向荷載作用下，截面存在彎矩、剪力和軸力。面存在彎矩、剪力和軸力。372. 剛架剛架靜定靜定剛架剛架超靜定超靜定剛架剛架剛架的特點(diǎn)：剛架的特點(diǎn)：1 1）剛架通常由梁和柱等直桿組成，桿件與桿件連剛架通常由梁和柱等直桿組成，桿件與桿件連結(jié)的結(jié)的結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)多為多為剛結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)；2 2）荷載作用下荷載作用下桿件桿件截面截面存在存在彎矩、剪力

13、和軸力。彎矩、剪力和軸力。383. 拱拱拉桿拉桿拱拱拉桿拉桿無鉸無鉸拱拱三鉸三鉸拱拱HFHFPFVFVF拱的特點(diǎn)：拱的特點(diǎn)：2) 2) 拱軸截面的軸力較大，彎距和剪力較小。拱軸截面的軸力較大，彎距和剪力較小。1)1) 拱的軸線為曲線，在豎向荷載作用下支座有水平拱的軸線為曲線，在豎向荷載作用下支座有水平推力推力 （見圖（見圖) )；HF394. 桁架桁架和和組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)靜定靜定桁架桁架超靜定超靜定桁架桁架組合組合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)40特點(diǎn)：特點(diǎn)：1)1) 桁架桁架由由直桿直桿組成，所有組成，所有結(jié)點(diǎn)都是鉸結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)都是鉸結(jié)點(diǎn)，荷載作荷載作用于結(jié)點(diǎn)上，各桿只受用于結(jié)點(diǎn)上，各桿只受軸力軸力；2)2) 組合結(jié)

14、構(gòu)組合結(jié)構(gòu)則是由則是由梁式桿梁式桿和和鏈桿鏈桿組成，其組成，其中中梁式桿梁式桿以受彎為主以受彎為主，內(nèi)力內(nèi)力不僅有軸力，還有不僅有軸力，還有彎矩彎矩和剪力。和剪力。三三. 作用在結(jié)構(gòu)上作用在結(jié)構(gòu)上的的外荷載外荷載1. 按荷載按荷載作用時(shí)間的長短作用時(shí)間的長短可分為：可分為：恒載恒載永久作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。如自重等。永久作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。如自重等?；钶d活載荷載有時(shí)作用在結(jié)構(gòu)上，有時(shí)又不作用在結(jié)荷載有時(shí)作用在結(jié)構(gòu)上，有時(shí)又不作用在結(jié)構(gòu)上。如：樓面活荷載，雪荷載。構(gòu)上。如：樓面活荷載，雪荷載。412. 按荷載作用位置可分為：按荷載作用位置可分為：固定荷載固定荷載作用位置不變的荷載，如自重等。作用位

15、置不變的荷載，如自重等。移動荷載移動荷載荷載作用在結(jié)構(gòu)上的位置是移動的，如荷載作用在結(jié)構(gòu)上的位置是移動的，如吊車荷載、橋梁上的汽車和火車荷載。吊車荷載、橋梁上的汽車和火車荷載。3. 按荷載作用的性質(zhì)可分為：按荷載作用的性質(zhì)可分為： 靜荷載靜荷載荷載的大小、方向、位置不隨時(shí)間變荷載的大小、方向、位置不隨時(shí)間變化或變化很緩慢的荷載。恒載都是靜荷載?；蜃兓芫徛暮奢d。恒載都是靜荷載。 動荷載動荷載 荷載的大小、方向隨時(shí)間迅速荷載的大小、方向隨時(shí)間迅速變化，變化，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著振動，結(jié)構(gòu)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著振動，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量承受的加速度及慣質(zhì)量承受的加速度及慣性力性力不能忽略?；秃吮ǖ臎_擊波荷載、地震荷不能忽略?；秃吮ǖ臎_擊波荷載、地震荷載和風(fēng)荷載等都是載和風(fēng)荷載等都是動力荷載動力荷載。42四四. 線性變形線性變形體系體系 若體系產(chǎn)生符合約束條件的微小連續(xù)變形，材料若體系產(chǎn)生符