第一章 绪论new

1、1结结 构构 力力 学学STRUCTURAL MECHANICS石家庄铁道学院 工程力学系主讲教师 刘 军2第一章第一章 绪绪 论论1-1 结构力学结构力学的内容和学习方法的内容和学习方法1-2 结构计算简图结构计算简图31-1 结构力学的内容和学习方法结构力学的内容和学习方法一一. . 结构的定义结构的定义 例如：房屋中的梁柱例如：房屋中的梁柱体系，桥梁，塔桅，水坝体系，桥梁，塔桅，水坝等等都是实际生活中常见等等都是实际生活中常见的工程结构的例子。的工程结构的例子。 建筑物或构筑物中承建筑物或构筑物中承受和传递荷载而起骨架作受和传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。用的部分称为结构。4雄伟的万

2、里长城雄伟的万里长城5天安门城楼天安门城楼6国家大剧院国家大剧院 7三峡大坝三峡大坝鸟巢施工鸟巢施工89印度泰姬陵印度泰姬陵10意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔11巴黎凯旋门巴黎凯旋门12埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔13吉隆坡石油双塔吉隆坡石油双塔14 公路公路桥梁桥梁15赵州桥赵州桥16青马大桥青马大桥17旧金山大桥旧金山大桥18迪拜塔施工迪拜塔施工19二二. . 结构分类结构分类1. 杆系结构杆系结构 结构力学结构力学钢结构中的钢结构中的梁柱体系梁柱体系由杆件长度由杆件长度 l 远大于横截面尺寸远大于横截面尺寸 b、h 的细长杆的细长杆所组成的结构体系。所组成的结构体系。从结构中从结构中构件的几何尺度

3、构件的几何尺度来区分来区分: :20埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔212. 板壳结构板壳结构 板壳力学板壳力学悉尼歌剧院悉尼歌剧院由构件的厚度远小于其长度和宽度的结构体系。22清华大礼堂清华大礼堂233. 实体结构实体结构 弹性力学弹性力学长、宽、高三个尺寸相近的结构体系。长、宽、高三个尺寸相近的结构体系。三峡大坝三峡大坝24 结构力学结构力学作为作为力学力学学科的学科的一个分支一个分支，其，其研究对象研究对象涉及涉及较为广泛较为广泛。 根据其涉及范围根据其涉及范围，通常将，通常将结构力学结构力学分为分为“狭义结狭义结构力学构力学”，“广义结构力学广义结构力学”和和“现代结构力学现代结构力学”。三三.

4、结构力学结构力学的的研究对象研究对象和和研究内容研究内容1. 研究对象研究对象25 狭义结构力学狭义结构力学 其其研究对象研究对象为由为由杆件所组成的体系杆件所组成的体系（即（即结构结构 structurestructure）。这种体系能承担外界荷载作）。这种体系能承担外界荷载作用，并起传力的骨架作用。又称为用，并起传力的骨架作用。又称为经典结构力学经典结构力学。 广义结构力学广义结构力学 其其研究对象研究对象为为可变形的物体可变形的物体。除可。除可变形杆件组成的体系外，还包括可变形的连续体变形杆件组成的体系外，还包括可变形的连续体( (平平板、实体、壳体等板、实体、壳体等) )。 现代结构力

5、学现代结构力学 将工程项目从论证到设计，从施工将工程项目从论证到设计，从施工到使用期内维护的整个过程作为大系统，研究到使用期内维护的整个过程作为大系统，研究大系统大系统中的各种各样力学问题中的各种各样力学问题。显然其研究对象范围更广。显然其研究对象范围更广。 根据根据本课程的特点本课程的特点以及以及面向面向2121世纪工程对人才的世纪工程对人才的需要需要，本课程本课程将以将以狭义结构力学为主狭义结构力学为主。262. 研究内容研究内容 进行进行平面杆件体系平面杆件体系的的几何构造分析几何构造分析；选取选取结构结构的合理形式的合理形式及及结构的计算简图。结构的计算简图。 研究和建立研究和建立结构

6、的强度结构的强度及及刚度刚度的的计算原理计算原理和和计算计算方法方法。 研究和建立研究和建立结构的稳定性，极限荷载结构的稳定性，极限荷载以及以及结构的结构的动力反应动力反应的的计算原理计算原理和和计算方法计算方法。27 强度强度计算计算在于保证在于保证结构物使用中的安全性结构物使用中的安全性，并符，并符合合经济性经济性要求。要求。 刚度刚度计算计算在于保证在于保证结构物不会产生过大的变形结构物不会产生过大的变形从从而影响使用。而影响使用。 稳定性计算稳定性计算在于保证在于保证结构不会产生失稳破坏结构不会产生失稳破坏。 几何构造分析几何构造分析主要是讨论主要是讨论几何不变体系的组成规几何不变体系

7、的组成规律律，因为只有，因为只有几何不变体系几何不变体系才能作为才能作为结构结构来使用。来使用。28 动力分析动力分析是研究是研究结构的动力特性以及在动荷载作结构的动力特性以及在动荷载作用下的动力反应用下的动力反应 结构所受到的地震力，结构的结构所受到的地震力，结构的位移，速度，加速度及动内力等位移，速度，加速度及动内力等。 极限荷载计算极限荷载计算是为了是为了充分发挥结构的承载能力充分发挥结构的承载能力，由讨论结构的弹性计算转变为塑性计算。由讨论结构的弹性计算转变为塑性计算。结构结构动力学动力学 工程实际工程实际中的中的结构结构林林总总，千差万别，总是比林林总总，千差万别，总是比较复杂的。较

8、复杂的。 完全按照完全按照原原结构结构的实际情况去进行的实际情况去进行力学分析力学分析将将是是很繁难的，也是不必要的很繁难的，也是不必要的。 因此，因此，在对结构进行分析计算之前，往往需要在对结构进行分析计算之前，往往需要将实际结构加以简化，反映其主要的受力和变形特点，将实际结构加以简化，反映其主要的受力和变形特点，忽略次要的影响因素，用一个简化的图形来代替实际忽略次要的影响因素，用一个简化的图形来代替实际结构，这种图形就称为结构，这种图形就称为结构的计算简图结构的计算简图。291-2 结构结构的的计算简图计算简图选取选取结构的计算简图结构的计算简图的的基本原则：基本原则： 从工程实际出发，从

9、工程实际出发，尽力反尽力反映实际结构的主要受力和映实际结构的主要受力和变形特点变形特点； 分清主次，分清主次，忽略次要的影响因素，以便简化计算忽略次要的影响因素，以便简化计算。 简化工作简化工作包括以下包括以下几个方面：几个方面： 结构结构体系体系的简化：的简化：将将空间结构空间结构简化为简化为平面结构。平面结构。 结构结构杆件杆件的简化：的简化：通常用通常用杆件杆件的的轴线轴线来来代替。代替。 结构结构构件材料构件材料的简化：的简化：连续，均匀，各向同性，线连续，均匀，各向同性，线弹性或弹塑性。弹性或弹塑性。 结构结构杆件之间连接杆件之间连接的简化的简化结点的简化。结点的简化。 结构结构与基

10、础之间连接与基础之间连接的简化的简化支座的简化。支座的简化。 结构结构所受荷载所受荷载的简化。的简化。31一一. . 支座支座和和支座反力支座反力1. 固定支座固定支座AB模型模型工程实例工程实例把结构与基础联结起来的装置称为把结构与基础联结起来的装置称为支座支座。 32简图：简图：特点：特点：1) 杆端截面杆端截面A不产生线位移和角位不产生线位移和角位移移；2) 杆端截面杆端截面A有反力矩以及沿有反力矩以及沿x、y方向的反力。方向的反力。xAFyAFAMAA332. . 固定铰支座固定铰支座特点：特点：1) 杆端截面杆端截面A无线位移，可以自由转动；无线位移，可以自由转动；2) 杆端截面杆端

11、截面A产生沿产生沿x、y方向的反力。方向的反力。模型模型AxAFyAFxAFyAFA343. . 辊轴支座辊轴支座特点：特点：1) 杆端杆端A产生垂直于链杆方向的线位移；产生垂直于链杆方向的线位移；2) 杆端杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。产生的支座反力沿链杆方向作用。AyAFA354. . 滑动支座滑动支座（定向支座）（定向支座）特点特点：1）杆端杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线无转角，不能产生沿链杆方向的线位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；2）杆端杆端A存在反力矩以及存在反力矩以及沿链杆方向的反力。沿链杆方向的反力。模型模型AyAFAMAy

12、 AFAMA36二二. 几种常见的几种常见的杆系结构杆系结构1. 梁梁1 1）单跨单跨梁梁超静定超静定梁梁 静定静定梁梁2 2）多跨多跨梁梁静定静定多跨梁多跨梁超静定超静定连续梁连续梁梁的特点：梁的特点： 梁的轴线通常为直线，梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截在竖向荷载作用下，截面存在弯矩、剪力和轴力。面存在弯矩、剪力和轴力。372. 刚架刚架静定静定刚架刚架超静定超静定刚架刚架刚架的特点：刚架的特点：1 1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆件连刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆件连结的结的结点结点多为多为刚结点刚结点；2 2）荷载作用下荷载作用下杆件杆件截面截面存在存在弯矩、剪力

13、和轴力。弯矩、剪力和轴力。383. 拱拱拉杆拉杆拱拱拉杆拉杆无铰无铰拱拱三铰三铰拱拱HFHFPFVFVF拱的特点：拱的特点：2) 2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。1)1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有水平拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有水平推力推力 （见图（见图) )；HF394. 桁架桁架和和组合结构组合结构静定静定桁架桁架超静定超静定桁架桁架组合组合结构结构40特点：特点：1)1) 桁架桁架由由直杆直杆组成，所有组成，所有结点都是铰结点结点都是铰结点，荷载作荷载作用于结点上，各杆只受用于结点上，各杆只受轴力轴力；2)2) 组合结

14、构组合结构则是由则是由梁式杆梁式杆和和链杆链杆组成，其组成，其中中梁式杆梁式杆以受弯为主以受弯为主，内力内力不仅有轴力，还有不仅有轴力，还有弯矩弯矩和剪力。和剪力。三三. 作用在结构上作用在结构上的的外荷载外荷载1. 按荷载按荷载作用时间的长短作用时间的长短可分为：可分为：恒载恒载永久作用在结构上的荷载。如自重等。永久作用在结构上的荷载。如自重等。活载活载荷载有时作用在结构上，有时又不作用在结荷载有时作用在结构上，有时又不作用在结构上。如：楼面活荷载，雪荷载。构上。如：楼面活荷载，雪荷载。412. 按荷载作用位置可分为：按荷载作用位置可分为：固定荷载固定荷载作用位置不变的荷载，如自重等。作用位

15、置不变的荷载，如自重等。移动荷载移动荷载荷载作用在结构上的位置是移动的，如荷载作用在结构上的位置是移动的，如吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。3. 按荷载作用的性质可分为：按荷载作用的性质可分为： 静荷载静荷载荷载的大小、方向、位置不随时间变荷载的大小、方向、位置不随时间变化或变化很缓慢的荷载。恒载都是静荷载。化或变化很缓慢的荷载。恒载都是静荷载。 动荷载动荷载 荷载的大小、方向随时间迅速荷载的大小、方向随时间迅速变化，变化，使结构产生显著振动，结构的使结构产生显著振动，结构的质量承受的加速度及惯质量承受的加速度及惯性力性力不能忽略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷不能忽略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷载和风荷载等都是载和风荷载等都是动力荷载动力荷载。42四四. 线性变形线性变形体系体系 若体系产生符合约束条件的微小连续变形，材料若体系产生符