結(jié)構(gòu)力學(xué)之緒論講義

§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖和簡化要點(diǎn)§1-3桿件結(jié)構(gòu)的分類§1-4荷載的分類第一章緒論1、了解結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)；2、了解選取結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的重要性和基本原則；3、熟悉常見支座與結(jié)點(diǎn)的計(jì)算簡圖及其特性；4、了解結(jié)構(gòu)及荷載的分類。通過本章的學(xué)習(xí)，同學(xué)們應(yīng)該知道、了解以下四個(gè)方面的內(nèi)容：一、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)力學(xué)1、結(jié)構(gòu)按照合理的方式用建筑材料組成的能承受一定荷載作用的物體或體系，稱為“建筑結(jié)構(gòu)”，簡稱為“結(jié)構(gòu)”?；蛘哒f，結(jié)構(gòu)是建筑物的承重骨架(承重系統(tǒng))。結(jié)構(gòu)的作用：起承受和傳遞荷載的作用。從幾何角度來看，結(jié)構(gòu)一般分為三類：即桿系(件)結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)(薄壁結(jié)構(gòu))、實(shí)體(塊體)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程主要介紹的是桿系結(jié)構(gòu)。§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法古代建筑工程結(jié)構(gòu)雅典神廟巴黎凱旋門

上海金貿(mào)大廈鋼結(jié)構(gòu)88層高420m（曾名列亞洲第一、世界第三）古羅馬半圓拱建筑隋朝河北趙州橋世界第一拱(鋼結(jié)構(gòu)跨徑550m)美在其中韻律、力量之美水利工程中的拱壩桁架梁板殼結(jié)構(gòu)柱2、結(jié)構(gòu)力學(xué)(1)結(jié)構(gòu)力力學(xué)是固體力學(xué)的的一個(gè)分支；(2)結(jié)構(gòu)力力學(xué)是以結(jié)構(gòu)(建建筑結(jié)構(gòu))為研究究對象的。力學(xué)：固體力學(xué)、流體體力學(xué)、空氣動(dòng)力力學(xué)等。固體力學(xué)：理論力學(xué)、材料料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性性力學(xué)、巖體力學(xué)學(xué)、斷裂力學(xué)………。二、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任任務(wù)和內(nèi)容1、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任任務(wù)(1)研究結(jié)構(gòu)構(gòu)的組成規(guī)律和合理形式，合理選擇計(jì)算簡簡圖。組成規(guī)律：保證結(jié)構(gòu)各部分分之間不發(fā)生相對對運(yùn)動(dòng)，使結(jié)構(gòu)能能承受荷載，并且且能夠維持平衡。。合理形式：有效利用材料，，使其性能得以充充分發(fā)揮。(2)研究在靜荷載作用下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形的計(jì)算原理和方法法；(3)研究在動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)(動(dòng)內(nèi)力、動(dòng)位移)的計(jì)算原理和方方法；(4)研究在靜荷載作用下，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的計(jì)算原理和方法法；(5)研究在靜荷載作用下，結(jié)構(gòu)的極限承載力的計(jì)算原理和方法法；2、結(jié)構(gòu)力學(xué)的研研究目的(1)判斷結(jié)構(gòu)構(gòu)能否承受荷載；；結(jié)構(gòu)是否具有幾幾何不變性；能設(shè)設(shè)計(jì)出“受力合理理、傳力簡捷”的的結(jié)構(gòu)。(2)內(nèi)力和變形的計(jì)算，便于結(jié)構(gòu)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)具有充分但非保保守的安全性(強(qiáng)度儲備)，保證結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生的變形在允許的的范圍之內(nèi)。(3)結(jié)構(gòu)具有有一定的剛度，才才能保證其穩(wěn)定性性，在動(dòng)荷載的作作用下才不致發(fā)生生過大的振動(dòng)。對于強(qiáng)度、剛度和和穩(wěn)定性問題，不不僅設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)構(gòu)時(shí)需要討論，對對于已經(jīng)建成的建建筑物結(jié)構(gòu)當(dāng)承受受前所未預(yù)計(jì)的荷荷載時(shí)也必須進(jìn)行行核算，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)是否能承擔(dān)這種種荷載、是否需要要加固以及提出加加固方案等可以說以上是結(jié)構(gòu)承載力的計(jì)算。3、結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)內(nèi)容(1)承載能力力的計(jì)算(結(jié)構(gòu)選選定后)；內(nèi)力分析：N(軸力)、Q(剪力)、M(彎矩)；變形計(jì)算：在彈性范圍內(nèi)；；(2)動(dòng)力反應(yīng)應(yīng)：動(dòng)荷載作用下下的動(dòng)內(nèi)力和動(dòng)位位移(電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、、地震等)；(3)穩(wěn)定分析析、塑性分析：結(jié)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)入塑性性階段以后的問題題；(4)桿系結(jié)構(gòu)構(gòu)的矩陣位移分析析：適合電算的方方法。4、結(jié)構(gòu)力學(xué)與其其它學(xué)科的關(guān)系結(jié)構(gòu)力學(xué)是理論力力學(xué)、材料力學(xué)的的后續(xù)課程、屬于于專業(yè)(技術(shù))基基礎(chǔ)課。在后續(xù)課課程中，結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)除與彈性力學(xué)性性質(zhì)相近外，又為為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)、鋼木結(jié)構(gòu)、水水工結(jié)構(gòu)等專業(yè)課課提供力學(xué)基礎(chǔ)。。各學(xué)科的任務(wù)：理論力學(xué)→討論物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律；材料力學(xué)(結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué))是研究單根桿件(桿系結(jié)構(gòu)、實(shí)體結(jié)構(gòu)和板殼結(jié)結(jié)構(gòu))的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的計(jì)算原理和計(jì)算算方法。三、學(xué)習(xí)方法和注注意事項(xiàng)首先，要充分認(rèn)識識到結(jié)構(gòu)力學(xué)課程程對本專業(yè)的重要要性。1、學(xué)習(xí)方法(1)一定注意意分析方法和解題題思路，從具體問問題的算法中學(xué)習(xí)習(xí)分析問題的一般般方法。如：從“已知→未知”；“整體→局部→整體”的方法。(2)認(rèn)真聽課課、做好筆記，提提高聽課效果。(3)多練，必必須獨(dú)立、高質(zhì)量量的完成所布置的的作業(yè)。在對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行行力學(xué)分析時(shí)，通通過簡化和假設(shè)，，略去某些次要因因素，保留其主要要特征，把實(shí)際結(jié)結(jié)構(gòu)簡化成一個(gè)用用作力學(xué)分析的結(jié)結(jié)構(gòu)圖形，這個(gè)圖圖形就稱為結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖。可以說，計(jì)算簡圖圖的提出主要是為為了便于研究問題題或者說是為了使使問題的研究成為為可能。從這個(gè)意意義上來講，結(jié)構(gòu)構(gòu)的計(jì)算簡圖是實(shí)實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要特特點(diǎn)、主要矛盾的的抽象。一、計(jì)算簡圖的選選取原則：1、從實(shí)際出發(fā)計(jì)算簡圖必須能反反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的主主要受力特性，確確保計(jì)算結(jié)果可靠靠；2、分清主次，略去細(xì)細(xì)節(jié)在滿足計(jì)算精精度要求的條件下下，計(jì)算簡圖應(yīng)當(dāng)盡量量簡單，便于計(jì)算算。§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算算簡圖和簡化要點(diǎn)點(diǎn)二、計(jì)算簡圖的簡簡化要點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)體系的簡簡化空間結(jié)構(gòu)→平平面結(jié)構(gòu)，便于計(jì)算。平面結(jié)構(gòu)：實(shí)際結(jié)構(gòu)都是空空間結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)當(dāng)組成結(jié)構(gòu)的所有有桿件的軸線都位位于某一平面內(nèi)，，并且荷載也作用用在同一平面內(nèi)時(shí)時(shí)，這種結(jié)構(gòu)稱為為平面結(jié)構(gòu)。注意：(1)雖然桿桿件結(jié)構(gòu)是按平面面結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的的，但只是按實(shí)用用而且實(shí)際上認(rèn)可可的近似程度進(jìn)行行簡化的；(2)有些空間間結(jié)構(gòu)是無法進(jìn)行行簡化的，或簡化化后近似程度差距距太大，對于這種種結(jié)構(gòu)必須按空間間結(jié)構(gòu)來研究。2、桿件的簡化通常桿件的截面尺尺寸比其長度小得得多，而截面上的的應(yīng)力又可以根據(jù)據(jù)截面的內(nèi)力來確確定，所以用桿件的軸線代替替桿件，略去截面的形狀狀、尺寸等因素。。軸線桿件各截面諸形心心的連線；結(jié)點(diǎn)桿件之間的連連接區(qū)；桿長結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的的尺寸。注意：當(dāng)截面的尺寸>1/4桿長時(shí)，若用軸線表示示則引起較大的誤誤差。3、結(jié)點(diǎn)的簡化化按照各種連接的約約束效用及其力學(xué)學(xué)特性進(jìn)行區(qū)分，，平面桿件結(jié)構(gòu)的的常見的結(jié)點(diǎn)類型型有：鉸接點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)、混合結(jié)點(diǎn)、定向結(jié)點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)彈性結(jié)點(diǎn)。特點(diǎn)：①不傳遞(承承受)彎矩→鉸鉸處彎矩為零；；②被連接的桿件件只能相對轉(zhuǎn)動(dòng)，，不能相對平移。。注意：這樣的鉸結(jié)點(diǎn)實(shí)實(shí)際上并不存在，，一般建筑結(jié)構(gòu)連連接處都能承受一一定的彎矩，但是是當(dāng)結(jié)點(diǎn)處的彎矩矩小到可以忽略的的時(shí)候，就認(rèn)為可可以簡化成鉸結(jié)點(diǎn)點(diǎn)(雙向鉸)。由于理想鉸結(jié)點(diǎn)與與實(shí)際結(jié)點(diǎn)之間存存在差距，所以有有附加內(nèi)力(次內(nèi)力或次應(yīng)力)。通常可以忽略附加加內(nèi)力，當(dāng)不能忽忽略時(shí)，可以參考考有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)計(jì)算。(2)剛結(jié)點(diǎn)(單剛結(jié)點(diǎn)、復(fù)剛結(jié)點(diǎn))：剛性連接點(diǎn)。。(1)鉸結(jié)點(diǎn)(單鉸結(jié)點(diǎn)、復(fù)鉸結(jié)點(diǎn))：光滑無摩擦的的理想鉸。特點(diǎn)：①可可以承受和和傳遞力、、力矩；②被連接接的桿件間間無相對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和平移移→變形后后桿件之間間的夾角不不變。特點(diǎn)：兼有上述述兩種結(jié)點(diǎn)點(diǎn)的特性。。①上面兩個(gè)桿桿件之間是是剛結(jié)在一一起的；②上面兩個(gè)桿桿件作為一一個(gè)整體同同下面的桿桿件鉸結(jié)在在一起。(4)定向結(jié)點(diǎn)：包括剪移定向結(jié)結(jié)點(diǎn)和軸移定向結(jié)結(jié)點(diǎn)。剪移定向結(jié)結(jié)點(diǎn)：是指允許許剪切平移移的定向結(jié)結(jié)點(diǎn)。(3)混合結(jié)點(diǎn)(不完全鉸結(jié)結(jié)點(diǎn))：鉸結(jié)點(diǎn)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)點(diǎn)的混合。。剪移定向結(jié)點(diǎn)軸移定向結(jié)點(diǎn)軸移定向結(jié)結(jié)點(diǎn)：是指允許許軸向平移移的定向結(jié)結(jié)點(diǎn)。特點(diǎn)：①可可以承受和和傳遞力矩矩；②被連接接的桿件間間無相對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)但可以以相對平移移→變形后后桿件之間間的夾角不不變。特點(diǎn)：①有有支反力矩矩M、水平支反力力X和豎向支反反力Y；②不允許許豎向位移移和水平位位移，可有有一定轉(zhuǎn)角角彈性變形形。5、材料性性質(zhì)的簡化化在土木、水水利工程中中結(jié)構(gòu)所用用的建筑材材料通常為為鋼、混凝凝土、磚、、石、木料料等。在結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算中中，對這些些材料一般般都假設(shè)為為連續(xù)的、均勻的、各向同性的的、完全彈性或彈塑性的。6、荷載的的簡化結(jié)構(gòu)承受的的荷載：體積力和表面力。體積力：結(jié)構(gòu)的自自重或慣性性力等；表面力：是由其它它物體通過過接觸面而而傳給結(jié)構(gòu)構(gòu)的作用力力，如土壓壓力、車輛輛的輪壓力力等。在桿件結(jié)構(gòu)構(gòu)中把桿件件簡化為軸軸線，因此此不管是體體積力還是是表面力都都可以簡化化為作用在在桿件軸線線上的力。。荷載按其分分布情況可可簡化為集中荷載和分布荷載。例1-1和和例1-2(P8)見見圖1-1和圖1-2。圖1-1圖1-2§1-3桿桿件結(jié)結(jié)構(gòu)的分類類結(jié)構(gòu)的分類類實(shí)際上是是指結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算簡圖的的分類。桿件結(jié)構(gòu)通通常可分為為下列幾類類：(1)梁：(圖1-3a)是一種受受彎構(gòu)件，，其軸線通通常為直線線。梁可以以是單跨的的或多跨的的。圖1-3(a)(2)拱：拱(圖1-3b)的軸線為為曲線，其其力學(xué)特點(diǎn)點(diǎn)是在豎向向荷載作用用下有水平平支座反力力(推力)。圖1-3(b)按計(jì)算特性性分為靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)。靜定結(jié)構(gòu)：桿件的內(nèi)內(nèi)力(包括括反力)可可由平衡條條件唯一確確定；超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)：桿件的內(nèi)內(nèi)力(包括括反力)由由平衡條件件還不能唯唯一確定，，而必須同同時(shí)考慮變變形條件才才能唯一確確定?！?-4荷荷載的的分類荷載：主動(dòng)作用于于結(jié)構(gòu)的外外力(自重重、水壓力力和土壓力力)。廣義荷載還包括溫度度變化、基基礎(chǔ)沉陷、、材料收縮縮等。荷載的確定定是結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)中極為為重要的工工作。荷載載如果估計(jì)計(jì)過大，則則設(shè)計(jì)的結(jié)結(jié)構(gòu)會(huì)過于于笨重，造造成浪費(fèi)；；荷載如果果估計(jì)過低低，則設(shè)計(jì)計(jì)的結(jié)構(gòu)將將不夠安全全。荷載可以根根據(jù)不同特特征進(jìn)行分分類：根據(jù)荷載作作用時(shí)間的的久暫分為為恒載和活載。恒載：長期作用在在結(jié)構(gòu)上的的不變荷載載(結(jié)構(gòu)的的自重或土土壓力)。。活載：是在建筑物物施工和使使用期間可可能存在的的可變荷載載(樓面荷荷載、屋面面荷載、吊吊車荷載、、雪載和風(fēng)風(fēng)載等)。。按作用的位置置分為固定荷載和移動(dòng)荷載。固定荷載：恒載和部分活活載(如雪載載、風(fēng)載)；；移動(dòng)荷載：有些活載如吊吊車梁上的吊吊車荷載、公公路橋梁上的的汽車荷載，，在結(jié)構(gòu)上的的位置是移動(dòng)動(dòng)的，這種荷荷載叫做移動(dòng)動(dòng)荷載。根據(jù)荷載作用用的性質(zhì)分為為靜力荷載和動(dòng)力荷載。靜力荷載：數(shù)量、方向和和位置不隨時(shí)時(shí)間變化或變變化極為緩慢慢，不使結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生顯著的的加速度，因因而慣性力的的影響可以忽忽略。(自重重、部分活載載)動(dòng)力荷載：是隨時(shí)間迅迅速變化或在在短暫時(shí)段內(nèi)內(nèi)突然作用或或消失的荷載載。它使結(jié)構(gòu)構(gòu)