结构力学 主讲：张瑞军.PPT

1、机械设计专业重要的专业基础课，一 方面它以高等数学、理论力学、材料力 学等课程为基础；另一方面，它又是钢 结构、混凝土机械、工程起重机结构等 专业课的基础。 2、该程不仅为后续课程提供必需的基础 知识和计算方法，而且在课程设计、毕 业设计的过程中也要反复用到，在整个 课程体系中处于承上启下的核心地位。 3、课程学习有一定的难度，精讲多练 ！ 共同将该课学好！返返 回回 前 言 返返 回回 11 杆件结构力学的研究对象和任务 12 杆件结构的计算简图 13 杆件结构的类型 14 荷载的分类 11 杆件结构力学的研究对象和任务 返返 回回 学 科研究对象研究任务 理论力学质点、刚体 物体机械运动的一般规律 材料力学单根杆件 结构力学杆件结构 弹性力学 板壳、实体结构 变形体的强度、刚度 和稳定性 各力学课程的比较： 1. 结构承受荷裁的建筑物和构筑物或其中的某 些承重构件。如房屋、桥梁、水池、挡土墙等。 2.结构的种类 1）按几何特征分 杆件结构-长度远大于其他两尺寸（宽、高） 薄壁结构-厚度远小于其他两尺寸 实体结构-三个方向的尺寸大约为同一量级 2）按空间特征分 平面杆件结构-所有杆件的轴线及荷载位于同一平面内 空间杆件结构其他 v 结构力学的研究对象研究由杆件组成的体系。 返返 回回 返返 回回 3. 结构力学的具体任务： (1) 研究荷载等因素在结构中所产生的内力（强度计算）； (2)计算荷载等因素所产生的变形（刚度计算）； (3)分析结构的稳定性（稳定性计算）； (4)探讨结构的组成规律及合理形式。 进行强度、稳定性计算的目的，在于保证结构满足安全和经济的要求。 计算刚度的目的，在于保证结构不至于发生过大的变形，以至于影响正常 使用。 研究组成规律目的，在于保证结构各部分，不至于发生相对的刚体运动， 而能承受荷载维持平衡。 探讨结构合理的形式，是为了有效地利用材料，使其性能得到充分发挥。 返返 回回 返返 回回 返返 回回 返返 回回 返返 回回 返返 回回 12 杆件结构的计算简图 能表现结构的主要特点,略去次要因素 的原结构的简化图形。 简化的内容 1.杆件的简化; 2.荷载的简化； 3.支座和结点的简化。 例如: 计算简图: q P 返返 回回 返返 回回 一、杆件的简化 根据杆件受力后的变形特点，由材料力学可知 ，各种杆件在计算简图中均用其轴线来代替。等截 面直杆的轴线是一直线，曲杆是一曲线。一根变截 面杆件也都近似地以一条直线或曲线来代替。 返返 回回 二、支座的简化和分类 活动铰支座 只能阻止结构上 A点沿垂直于制作平面 方向的移动 固定铰支座 不允许结构上A点 发生任何方向的线移 动 A FAy A FAy FAx 返返 回回 固定支座 不允许发生任何 移动和转动。 A FAyMA FAx 返返 回回 （4）定向支座 约束X方向的移动和 转动 M Fy 返返 回回 (1) 铰支座(2) 滚轴支座(3) 固定支座 Y X Y Y X M （4）定向支座 M Y 三.结点的简化 1）铰结点：约束各杆端不能相对移动，但可 相对转动；可以传递力，不能传递力矩。 返返 回回 2）刚结点：连接各杆端既不能相对移动， 又不能相对转动；既可以传递力，又可传递 力矩。 返返 回回 返返 回回 3）组合结点：是一些杆端为刚结，另一些杆端 为铰结。铰结点和刚结点在一起形成。 组合结点处的铰称为不完全铰 返返 回回 四.计算简图示例 桁架式组合吊车梁 横梁AB和竖杆CD由钢筋混凝土组成 斜杆AD、BD则为16Mn圆钢 吊车梁两端由柱子上的牛腿支撑 1、支座简化 吊车梁的两端 2、结点简化 AB-整体钢筋混凝土梁-取为连续梁 CD 、AD、 BD、主要承受轴力-两端可看作铰接 C为组合结点 3、杆件 用各杆的轴线代替 返返 回回 计算简图示例 此计算简图 （1）保证了主梁AB的受力性能（F 、N、M） （2）其余三杆，保留了主要为轴力 特点，忽略了较小的弯矩和剪力 （3）支座保留了主要的竖向支承作 用，忽略了微弱的转动约束作用 返返 回回 选取计算简图应遵循的原则 （1）尽可能反映实际结构的主要 工作性能，以使计算结果精确可靠 ； （2）必须抓住主要矛盾，忽略某 些次要因素，力求计算简便； 科学抽象-事物内在规律恰当选 取计算简图 v粗略计算简图 v精确计算简图 13 杆件结构的类型 按几何特征分类: 1.杆件结构 2.薄壁结构 梁 板 壳 返返 回回 3.实体结构 例如：水坝、地基、挡土墙 返返 回回 返返 回回 杆件结构的分类： 1.梁 2.桁架 3.拱4.刚架5.组合结构 平面结构和空间结构 RA RB 返返 回回 平面结构： 空间结构： 杆件结构又分为: 梁是一种受弯杆件，其轴线通常为直线。梁 又分为单跨梁和多跨梁。 拱： 刚架： 拱的轴线为曲 线且在竖向荷载作用下会 产生水平反力，其弯矩比 相应梁的弯矩为小。 由梁和柱组 成，各杆件主要受弯。主要 是刚结点，也可有部分铰接 点或组合结点。 梁： 返返 回回 这是由桁架和 梁或桁架和刚架等组合在一起的 结构。在这种结构中，有些杆件 只承受轴力，而另一些杆件则同 时承受弯矩、剪力和轴力。 由直杆组成，但所 有结点均为铰结点，在集中结点 荷载作用下，各杆只产生轴力。 桁架： 组合结构： 返返 回回 桁架特点：理想铰、平直杆、力结点 14 荷载的分类 1.荷载：指作用在结构上的主动力。 如：自重、荷重、风载、雪载等。 2.荷载的分类 按作用时间久暂 恒载(长期且不变), 如自重、土压力等。 活载(暂时且可变)，如车辆、人群、风、雪等。 按作用位置是否变化 固定荷载(位置不变)，包括恒载及某些活载。 移动荷载(位置可变)，如：移动的活载等。 按作用性质 静力荷载(荷载的大小、方向和位置不随时间变 化或变化很缓慢动力效应小)。 动力荷载(动力效应大冲击荷载、风及地震产 生的随机荷载等)。 返返 回回 返返 回回 按荷载作用的范围 分布荷载 集