結構力學第一章緒論課件

第1章緒論

主要內容

§1-1結構力學的學科內容和教學要求

§1-2結構的計算簡圖及簡化要點

§1-3荷載的類型

§1-4結構形式§1-1結構力學的學科內容和教學要求1）研究對象

結構力學——就是研究結構在荷載作用下，其內力和變形的計算問題。結構——就是構造物中起著承重作用的骨架，它由承重構件組成。土木工程及水利工程中常見的結構有：剛架、桁架、拱、水壩、墩式碼頭等，根據(jù)幾何形狀可以把它們分成三大類：桿系結構

板殼結構

實體結構

結構分類：按承重骨架：磚混結構、框架結構、桁架結構、鋼結構……

國家體育場的“鳥巢”是由一系列輻射式門式鋼桁架圍繞碗狀坐席區(qū)旋轉而成，結構科學簡潔，設計新穎獨特，為國際上極富特色的巨型建筑。它為2008年奧運會樹立了一座獨特的歷史性的標志性建筑。圖為國家體育場“鳥巢”夜景圖。

國家體育場的外觀即為建筑的結構，立面與結構達到了完美的統(tǒng)一。結構的組件相互支撐，形成了網(wǎng)絡狀的構架，它就象樹枝編織的鳥巢。鳥巢俯視圖

與“鳥巢”相映襯的是“水立方”———國家游泳中心。因其外觀酷似一個充滿了水泡的藍色方盒子而被稱為“水立方”.國家游泳中心是一座新穎別致的奧林匹克建筑，它將以冰晶狀的亮麗身姿，裝點景觀如畫的奧林匹克公園。水立方

1塊約1平方米的三角形“氣泡”(膜結構氣枕)終于成功安裝在了水立方的鋼結構上。此次安裝成功的氣枕沒有電腦效果圖上那么飽滿。是為了施工方便，安裝上去的氣枕全是未充氣的。安裝完一定區(qū)域后，將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線對氣枕充氣。整個充氣過程由電腦智能監(jiān)控，電腦將根據(jù)當時的氣壓、光照等條件使氣泡保持最佳狀態(tài)像這樣的“氣泡”，整個水立方共需要3000多個，表面覆蓋面積達到10萬平方米，堪稱世界之最。它們大小不一，形狀各異，最大一個約9平方米，最小的一個不足1平方米。水立方和鳥巢交相輝映、流光溢彩

1968年建造了雙層雙線鐵路、公路兩用橋，正橋長1577米，鐵路橋全長6772米，寬19.5米；工路橋全長4589，寬19.5米；公路引橋3012米，兩端接地部分建有22孔的豐富民族特色的雙曲拱橋。大橋建成后，天塹變通途。過去一列火車在此過江只能靠輪渡，要花2個小時?，F(xiàn)在3分鐘就可以通過。1984年，南京市有關部門將南京長江大橋定為金陵四十景之一，稱為“天塹飛虹”天塹飛虹臺灣101大樓，101層，508米高，地下5層，是目前世界最高大樓之一。其鋼材和水泥重量逾70萬噸，占地15081平方米。防強風及臺風方面：101設置了“調頻質量阻尼器（tunedmassdamper）”，是在88-92樓層掛置一個重達680噸的巨大鋼球，利用擺動來減緩建筑物的晃幅。彈簧

質量塊受控結構阻尼器防震措施方面：*101采用新式的“巨型結構（megastructure）”；*在大樓之四個外側分別各有二根巨柱，共八根；*每根柱截面約3×2.4米，自地下5樓貫通至地上90樓；*柱內灌入高強度混凝土，外以鋼板包覆----組合結構芝加哥市110層的西爾斯大廈

鋼結構楊浦大橋是黃浦江上的第二座大橋，于1993年10月竣工通車，她與南浦大橋遙相呼應，是內環(huán)線高架連接浦東與浦西的過江樞紐，總長為7654米，跨徑為602米，主橋長1172米、寬30.35米，共設6車道。楊浦大橋為雙塔雙索疊合梁斜拉橋.§1-1結構力學的學科內容和教學要求▲桿系結構——由若桿根桿件組成，桿件的幾何特征是：其長度遠遠大于桿件截面的寬度和高度?！鍤そY構——其厚度遠遠小于長度和寬度兩各尺寸的結構?！鴮嶓w結構——是指三個尺寸大約為同量級的結構

結構力學的研究對象是：桿系結構

北京石景山體育館位于長安街上、人民大會堂旁邊的“蛋”---國家大劇院

外觀內視三峽大壩薄膜充氣結構：只能承受拉力的面片材料。薄膜和加壓的氣體介質共同承受荷載。特點：重量輕，跨度大某體育館看臺挑棚薄膜結構建筑說明：

膜結構是一種富有生命力的輕型張力結構，自80年代以來在發(fā)達國家獲得極大發(fā)展。某體育場看臺挑棚的設計中采用了全張拉式的膜結構方案。整個挑棚由連成一體的34個傘形單元組成，每個單元由中央桅桿撐起，外緣固定在看臺梁的后端，內緣則張緊在巨大的內環(huán)上。氣吹起來的結構-------赫爾佐格和德梅隆在德國慕尼黑設計建造的體育館日本最初用于多功能全天候的體育場，約30,000平方米超大橢圓形屋頂，采用懸索加強的充氣膜結構。其雙向各配置14根共28根鋼索，在其上張拉著涂有特富龍的玻璃纖維布氣體§1-1結構力學的學科內容和教學要求

2）主要研究內容

▲

結構由荷載、支座移動、溫度變化、制造誤差引起的內力計算——稱為強度計算；

▲

結構由荷載、支座移動、溫度變化、制造誤差引起的變形及位移計算——稱為剛度計算；

▲

結構的穩(wěn)定計算；

▲

結構的組成規(guī)律及計算簡圖的選擇。

§1-1結構力學的主要內容和教學要求

3）結構力學與其它課程的關系理論力學和材料力學是結構力學的先修課程，專業(yè)課程（鋼筋混凝土、鋼結構、橋梁結構等）是結構力學的后續(xù)課程?！?-2結構的計算簡圖及簡化要點

在工程設計中對結構進行力學分析時，需要一個圖形，這個圖形與實際結構完全一樣，實際上是做不到的，因此必須對實際結構進行抽象和簡化，得到一個計算時所用的計算簡圖。抽象和簡化必須遵循以下原則：

1）正確反映結構的實際受力情況，使計算結果與實際情況比較吻合；2）略去次要因數(shù)，便于分析和計算。§1-2結構的計算簡圖1）桿件的簡化桿件可以用軸線來表示：

原因是：細長桿件可以近似采用平面假定，因此截面上的應力可以由截面上的內力來確定，而內力只與桿件的長度有關，與截面的寬度和高度無關。

桿件軸線§1-2結構的計算簡圖

2）結點的簡化桿件與桿件的連接點稱為：結點

結點的簡化分兩類：鉸結點和剛結點▲鉸結點幾何特征：各桿可以繞結點自由轉動。受力狀況：不會引起桿端彎矩。表示方法：§1-2結構的計算簡圖

例如：圖示木屋架的結點

▲剛結點幾何特征：各桿不能繞結點作相對轉動。受力狀況：由于結點能阻止桿件之間發(fā)生相對轉角，因此桿端有彎矩、剪力和軸力。

§1-2結構的計算簡圖表示方法：

例如：圖示現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架的結點

§1-2結構的計算簡圖3）支座的簡化

對平面結構一般可以簡化成以下三種形式：

▲

可動鉸支座

只能約束豎向運動的支座稱為：可動鉸支座表示方法：

例如：把梁放在柱頂上，不作任何處理，其支座就可簡化成可動鉸支座。

§1-2結構的計算簡圖▲固定鉸支座能約束豎向和水平運動的支座稱為：固定鉸支座表示方法：例如：把屋架放在柱頂上，并與柱頂?shù)念A埋件連接，這樣的支座可簡化成固定鉸支座?！?-2結構的計算簡圖▲

固定支座能約束豎向、水平和轉動的支座稱為：固定支座表示方法：例如：柱子與基礎完全現(xiàn)澆在一起，而且柱子的鋼筋插入基礎一定距離，那么柱子的支座就可簡化成固定支座。§1-2結構的計算簡圖4）結構簡化§1-3荷載的類型1）按分布分

▲面荷載如：風荷載、雪荷載、雨荷載、人群荷載、水壓力等

▲體荷載如：結構自重，溫度荷載等

▲集中荷載如：集中力、集中力矩等

2）按作用在結構上的時間分▲恒荷載如：結構自重和設備重量等▲活荷載如：人群荷載、雪荷載、雨荷載等▲移動荷載如：吊車荷載、汽車荷載、火車荷載§1-3荷載的類