东南大学结构力学第1章绪论.ppt

1-4 荷载的分类,1-2 结构的计算简图及简化要点,1-3 杆件的结构分类,1-1 结构力学研究的对象及任务,第一章 绪论,1-1 结构力学研究的对象及任务,结构的概念 建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构，简称为结构。,如：房屋结构、 桥梁结构、 水工结构、 特种结构。,房屋结构,广西大学图书馆,广西大学综合实验大楼,南宁国际会展中心,房屋结构,返 回,桥梁结构,赵州桥,桥梁结构,南宁邕宁大桥,南宁邕江三岸大桥,重庆长江大桥,虎门大桥,斜拉结构上海南浦大桥,桥梁结构,悬索结构-伦敦塔楼,桥梁结构,返 回,水工大坝结构,返 回,特种结构,冷却塔,薄壳结构,会展中心薄膜结构,特种结构,东方明珠电视塔,空间框架结构,金字塔砌体结构,返 回,结构的分类 杆件结构 由杆件组成的结构（横截面尺寸比长度小很多）。 如：梁、拱、桁架、刚架。 板壳结构 形状是平面或曲面的结构（厚度比长度和宽度小得多）。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。,杆件结构刚架大跨厂房,杆件结构桁架 南京长江大桥,薄壳结构-悉尼歌剧院,实体结构长、宽、厚三个方向尺寸相当。 如： 大坝、挡土墙。,三峡工程,某移动式医院,薄膜结构将薄膜材料通过一定方式使其内部产生拉应力，以形成某种空间结构形状作为覆盖结构，并能承受一定外荷载的空间结构形式。 其可分为张拉式薄膜结构(也称帐篷结构)又称预应力薄膜结构、充气式薄膜结构。,3、结构力学的研究对象及任务,理论力学研究刚体的运动，不考虑物体本身的变形。,材料力学、结构力学和弹性力学都是讨论结构及其构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题; 材料力学只研究单根杆件，结构力学以杆件结构为研究对象，弹性力学以实体结构和板壳结构为主要研究对象。,注：结构力学只研究杆件结构.,结构力学与理力、材力、弹力的任务基本相同，但研究对象和侧重点有所区别：,1) 结构力学的研究对象,2） 结构力学的任务,理论分析、实验研究和数值计算三方面。 要考虑下列三方面的条件：,讨论结构的组成规律和合理形式, 确定结构的计算简图。 讨论结构内力和变形的计算方法, 以进行结构的强度和刚度验算。 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的响应。,（1）力系的平衡条件及运动条件; （2）变形的几何连续条件; （3）应力与变形间的物理条件（本构方程）。,3） 结构力学的研究方法,4、课程教学中的能力培养,1. 分析能力,选择结构计算简图的能力 力系平衡分析和变形几何分析的能力 选择计算方法的能力,2. 计算能力,对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力; 对计算体系进行定量校核或定性判断的能力; 初步具有使用结构计算程序的能力。,3. 自学能力,复习已学的知识即精读教材； 摄取新的知识即阅读参考书; 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。,4. 表达能力,作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。,5、思考题,1. 杆件结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？,2. 结构力学、材料力学、弹性力学的研究对象的主要差别是什么？,3. 常见的雨伞、降落伞和气球各属于那种（张拉式薄膜结构充气式薄膜结构）薄膜结构？,计算简图可以代替某一实际结构用一个简化的简化图形。,一、确定计算简图的原则,（1） 从实际出发计算简图要反映结构的主要性能。,（2）分清主次,略去细节计算简图要便于计算。,二、 计算简图的简化要点,多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实际空间结构分解为平面结构。,1.结构体系的简化,1-2 结构的计算简图及简化要点,注意：有些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。,2. 杆件的简化,由于杆件的截面尺寸通常比杆件长度小得多，因此在计算简图中，用轴线代替实际杆件。,铰结点,注意：当截面尺寸增大时（如超过长度的14）,杆件用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。,3. 杆件间连接的简化杆件间的连接区简化为结点,(1) 铰结点：,杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有x 向和 y 向反力，但无弯矩。,(2) 刚结点：,杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有x和y 向反力，也有弯矩。,(3) 组合结点：,同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。,组合梁（加劲梁）,计算简图,组合结点,4. 结构与基础间连接的简化,(1) 滚轴支座：,可以水平移动和转动，不能竖向移动；具有竖向反力。,计算简图,滚轴支座,(2) 铰支座,铰支座,(3) 定向支座,(4) 固定支座,固定支座,5. 材料性质的简化,6. 荷载的简化,荷载按其分布情况可以简化为集中荷载和分布荷载。,在结构计算中，对组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。,例：厂房结构的简化,原结构,平面简化,屋顶计算简图,计算简图,例：桁架桥结构的简化,三、思考题,1. 什么是结构的计算简图?,2. 如何选择结构的计算简图?,3. 将下简化成计算简图。,2) 拱： 轴线为曲线，其力学特点是在竖向荷载作用下能产生水平推力。,1. 按几何形状分类,1) 梁：受弯构件，但在竖向荷载作用下不产生水平力；其轴线通常为直线（有时也为曲线）。,1-3 杆件结构的分类,3) 桁架：由多根直杆组成，且所有结点都是铰结点；其受力特点是各杆只受轴力。,5) 组合结构：由多根杆件组成， 其中含有组合结点;各杆中有的杆件可产生弯矩、剪力和轴力，有的则只产生轴力。,4) 刚架：也由直杆组成，但结点中含有刚结点；各杆均有可能产生弯矩、剪力和轴力，但主要以受弯为主。,2. 按计算特点分类,2) 超静定结构: 结构在任意荷载作用下，其反力和内力由平衡条件不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才能唯一确定。,1) 静定结构 ：结构在任意荷载作用下，其反力和内力可由平衡条件唯一确定。,思考题：识别下列杆系结构,梁,刚架,刚架,组合结构,桁架,拱,返 回,活载：在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变化的荷载。对结构的作用效应是不确定的。,一、荷载的概念,二、荷载的分类,1、按作用时间的长短分类,恒载：长期作用在结构上的不变荷载（如：结构构件的自重、土压力等）。对结构的作用效应是确定的。,荷载是主动作用于结构的外力。 例如，结构的自重、水压力、土压力、风载等，广义的荷载还包括使结构产生内力的其他因素（如：温度变化、基础沉陷、材料胀缩等）。,1-4 荷载的分类,移动荷载：在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷载，吊车荷载）。,2、按作用位置是否固定分类,固定荷载： 在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、风载、雪载）。,动力荷载： 随时间迅速变化，使结构产生显著振动，因而惯性力的影响不能忽略（如：冲击荷载、地震荷载等。车辆荷载、风荷载在通常的设计中视为静载, 但在特殊情况下按动载考虑）。,静力荷载： 数量、位置、大小等不随时间变化或变化极为缓慢，不使结构产生显著的振动，因而惯性力的影响可以忽略（如：恒载、雪载）。,3、按荷载作用的性质分类,4、按结构与荷载接触的情况分类,间接荷载（结点荷载） 荷载不是直接作用而是通过纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。,直接荷载 直接作用于结构上的荷载（纵梁上的荷载）。,三、思考题,1. 移动荷载与动力荷载的主要区别是什么?,2. 恒载和活载对结构的影响有何不同？,答：恒载对结构的作用效应是确定的，内力计算时只需要将恒载按固定荷载作用于结构上，再进行计算即可；活载对结构的作用效应是不确定的，由于活载的大小和位置是变化的，因此内力计算时应将活载作用于结构不同的位置分别计算，经比较找出对结构最不利的作用位置，再计算此时的内力。,杨弗康等编的结构力学,几点说明,主要教学参考书有 面向21世纪结构力学 I,龙驭球等编的结构力学教程I,李廉坤等编的结构力学,课程成绩组成,课堂讨论成绩 10分 平时作业成绩 20分 期末考试成绩 70分,小论文加分成绩,第一组：1班1-23, 第二组：1班24-46 第三组：2班1-22, 第四组: 2班23-44。,从下一次课开始，每次一组同学准备参加课堂讨论（被提问），其他同学自由参加。有作业的话也按组批改，也即每次只改一组。,两个班的同学分成4组：,平时作业可以讨论，但应该独立完成。作业抄袭的话扣一次作业