《结构力学(绪论)》word版.docx

第1章 绪论1.1结构力学的研究内容一、结构的概念建筑物和工程设施中，起主要受力、传力及支承作用的骨架部分。二、结构的分类 1、按构件的几何特征分为：杆系结构(空间或平面)；板壳(薄壁:薄板、薄壳)结构；实体结构。(1) 杆系结构：由杆件组成。几何特征：横截面长度图1.1 杆系结构 、板壳（薄壁：薄板、薄壳）结构几何特征：厚度长度和宽度图1.2 板壳结构、实体结构几何特征：任何一个方向的尺寸都不能被忽略掉 图1.3 实体结构2、按结构型式划分为：砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等；3、从建筑材料划分：砖石结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、组合结构等；4、从空间角度划分：平面结构、空间结构等；三、结构力学研究的对象理论力学：刚体材料力学：变形体(单个杆件：简支梁、悬臂梁、伸臂梁)结构力学：变形体(平面杆系结构：多跨梁、桁架、刚架、组合结构、拱)四、结构力学研究的内容 研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的内力(强度计算)；研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的变形(刚度计算)；分析平面杆系结构的稳定性；探讨平面杆系结构的组成规律及合理形式(几何构造分析)；结构力学应用举例说明：设计思路钢筋混凝土悬臂梁，只考虑自重，钢筋应该配在上部，还是下部？为什么？脚手架(超静定桁架)的设计1.2结构的计算简图1、 结构计算简图在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实际结构主要受力和变形特点的计算模型。二、结构计算简图的简化原则选取的原则是： 1、要从实际出发2、要分清主次既要尽可能正确反映结构的实际工作状态，又要尽可能使计算简化。计算简图不是唯一的：根据不同的要求和具体情况，对于同一实际结构也可选取不同的计算简图。例如：初步设计阶段，可选取比较粗略的计算简图，施工图设计阶段，则可选取较为精确的计算简图；用手算时，可选取较为简单的计算简图，用电算时，则可选取较为复杂的计算简图。三、实际杆件结构的简化1、杆件体系的简化实际工程结构都是空间结构，在大多数情况下，常可忽略一些次要的空间约束而将其分解为平面结构，使计算得到简化。本书主要讨论平面杆件结构的计算问题。2、杆件(几何形式)的简化无论是直杆或曲杆，均可以其轴线(截面形心的连线)代替杆件，而将杆轴线形成的几何轮廓来代替原结构。3、 约束的简化体系运动时可以独立改变的座标的数目，称为该体系的自由度。平面内一个点的自由度为2，如图1.15(a)所示；平面内一个刚片的自由度为3。刚片：体系的几何组成分析不考虑材料的应变，任一杆件(或体系中一几何不变部分)均可看为一个刚体，一个平面刚体称为一个刚片。图1.4 自由度减少自由度的装置称为约束(或联系)。可以减少1个自由度的装置是1个约束。约束分内部约束和外部约束。支座为外部约束，节(结)点为内部约束。支座的简化：(1) 活(滑)动铰支座(轴支座、辊轴支座)(2) 固定铰支座(不动铰支座)(3) 固定支座(4) 定向支座(滑动支座，双链杆支座)(5) 弹性支座其约束力的个数和方向如下图所示： 连接结点的简化结构中的结点也称之为内部约束，可简化为链杆、铰结点、刚结点、组合结点。(链杆) 一个链杆可以提供一个约束。(2) 铰结点：其变形特征和受力特点是，汇交于结点的各杆端可以绕结点自由转动；在铰结点处，只能承受和传递力，而不能传递力偶，如下图所示。(c) (d)图1.11 铰结点连接两个杆的铰结点叫做单铰(提供2个约束），连接两个及以上杆件的铰结点叫做复铰(连接n个刚片的复铰可折算成(n-1)个单铰，提供2(n-1)个约束)。(2) 刚结点：其变形特征和受力特点是：汇交于结点的各杆端之间不能发生相对转动；刚结点处不但能承受和传递力，而且能承受和传递力偶。连接两个杆的刚结点叫做单刚结点(提供3个约束)，连接两个及以上杆件的刚结点叫做复刚节点，连接n个刚片的复刚结可折算成(n-1)个单刚结，提供3(n-1)个约束）。图1.12 刚结点(3) 组合结点(又称不完全铰结点或半铰结点)：在同一结点上，部分刚结，部分铰结。 图1.13 组合结点5、材料性质的简化一般均假设为连续、均匀, 各向同性、弹性。6、荷载的简化集中荷载：次梁主梁(kN)；柱自重线荷载：梁的自重(kN/m)面荷载：板的自重(kN/m2)1.3平面杆系结构的分类不同的分类方法：一、按结构坐标维度分类平面杆系结构、空间杆系结构二、按计算特性分类1、静定结构：其杆件内力(包括反力)可由平衡条件惟一确定。 2、超静定结构：其杆件内力(包括反力)仅由平衡条件还不能惟一确定，而必须同时考虑变形条件才能惟一确定。三、按结构的受力和变形特性分类 (1) 梁-梁是一种受弯构件，一般水平(或斜向)放置，其轴线通常为直线。可能单跨、多跨。内力一般有弯矩和剪力，以弯矩为主。 (2) 刚架-不同方向的杆件用结点(至少有一刚结点)连接构成，结点多为刚结点。刚架杆件内力一般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。所以又叫梁式构件。(3) 桁架-由若干直杆在两端用铰结点连接构成。桁架杆件在结点荷载作用下，承受轴向变形，是轴向拉、压构件，只受轴力，均为二力杆。(4) 拱-拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平反力(推力)。这使得拱内弯矩和剪力比同跨度、同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。 (5) 组合结构-由梁式杆和桁架杆构成。常见的组合结构：排架。(6) 悬索结构-悬索结构通常以仅能承受拉力的柔性缆索作为主要受力构件。1.4荷载分类一、按作用时间长短分类恒载：永久作用在结构上。如结构自重、永久设备重量。活载：暂时作用在结构上。如人群、风、雪(在结构上可占有任意位置的可动荷载)及车辆、吊车(在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷载)。二、按作用位置是否变化固定荷载移动荷载三、按作用性质(是否考虑惯性力影响)静力荷载：荷载由零加至最后值的加载过程中，结构始终保持静力平衡，即可忽略惯性力的影响。动力荷载：要考虑惯性力影响，如地震作用。四、按与结构的接触情况：直接荷载、间接荷载注：1、荷载(直接作用)：作用在结构上的主动力。2、某些非荷