结构力学第1章绪论

1、广西大广西大学学建筑力学-结构力学任课老师：高贝贝任课老师：高贝贝 1-4 1-4 荷载的分类荷载的分类 1-2 1-2 杆件结构的计算简图杆件结构的计算简图 1-3 1-3 平面杆件结构的分类平面杆件结构的分类 1-1 1-1 杆件结构力学的研究对象和任务杆件结构力学的研究对象和任务第一章第一章 绪论绪论1-1 1-1 杆件结构力学的研究对象和任务杆件结构力学的研究对象和任务结构的概念结构的概念在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并能承受荷载作用的构筑物称为工程结构并能承受荷载作用的构筑物称为工程结构(简称结简称结构构)。如：房屋结构、如：房屋

2、结构、 桥梁结构、桥梁结构、 水工结构、水工结构、 特种结构。特种结构。房房屋屋结结构构返返 回回桥梁结构桥梁结构赵州桥赵州桥桥梁结构桥梁结构南宁邕宁大桥南宁邕宁大桥南宁邕江三岸大桥南宁邕江三岸大桥重庆长江大桥重庆长江大桥虎门大桥虎门大桥斜拉结构斜拉结构上海南浦大桥上海南浦大桥桥梁结构桥梁结构悬索结构悬索结构-伦敦塔楼伦敦塔楼桥梁结构桥梁结构返返 回回水工水工大坝大坝结构结构返返 回回特种结构特种结构冷却塔冷却塔薄壳结构薄壳结构会展中心会展中心薄膜结构薄膜结构特种结构特种结构东东方方明明珠珠电电视视塔塔空间框架结构空间框架结构金字塔金字塔砌体结构砌体结构返返 回回结构的分类结构的分类杆件结构杆

3、件结构 由杆件组成的结构（横截面尺寸比由杆件组成的结构（横截面尺寸比长度小很多）。长度小很多）。 如：如：梁、拱、梁、拱、桁架桁架、刚架、刚架。板壳结构板壳结构 形状是平面或曲面的结构（厚度比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、长度和宽度小得多）。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。壳体屋盖。杆件结构桁架杆件结构桁架南京长江大桥南京长江大桥板壳结构板壳结构实体结构实体结构长、宽、厚三个方向尺寸相当。长、宽、厚三个方向尺寸相当。如：如： 大坝、挡土墙。大坝、挡土墙。三峡工程三峡工程某移动式医院某移动式医院 薄膜结构薄膜结构将薄膜材料通过一定方式使其内部产将薄膜材料

4、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，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。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其可分为张拉式薄膜结构(也称帐篷结构也称帐篷结构)又称预应又称预应力薄膜结构、充气式薄膜结构。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、结构力学的研究对象及任务 l 理论力学研究刚体的运动，不考虑物体本身的变形。理论力学研究刚体的运动，不考虑物体本身的变形。l 材料力学、结构力学和弹性力学都是讨论结构及其材料力学、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

5、反应等问题构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题; l材料力学只研究单根杆件，结构力学以杆件结构为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，弹性力学以实体结构和板壳结构为主要研究对象。研究对象。注：结构力学只研究杆件结构注：结构力学只研究杆件结构.l 结构力学与理力、材力、弹力的任务基本相结构力学与理力、材力、弹力的任务基本相同，但研究对象和侧重点有所区别：同，但研究对象和侧重点有所区别：1) 1) 结构力学的研究对象结构力学的研究对象2 2） 结构力学的任务结构力学的任务理论分析、实验研究和数值计算三方面。理论分析、实验研究和数值计算

6、三方面。 要考要考虑下列三方面的条件：虑下列三方面的条件： 讨论结构的组成规律和合理形式讨论结构的组成规律和合理形式, , 确定结构的计算简图。确定结构的计算简图。 讨论结构内力和变形的计算方法讨论结构内力和变形的计算方法, , 以进行结构的强度和刚以进行结构的强度和刚度验算。度验算。 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的响应。讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的响应。（1 1）力系的平衡条件及运动条件）力系的平衡条件及运动条件; ;（2 2）变形的几何连续条件）变形的几何连续条件; ;（3 3）应力与变形间的物理条件（本构方程）。）应力与变形间的物理条件（本构方程）。3 3） 结构力学的

7、研究方法结构力学的研究方法4、课程教学中的能力培养、课程教学中的能力培养1. 1. 分析能力分析能力 选择结构计算简图的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选择计算方法的能力2. 2. 计算能力计算能力 对各种结构进行计算或确定计算步骤的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。初步具有使用结构计算程序的能力。3. 3. 自学能力自学能力 复习已学的知识复习已学的知识即精读教材；即精读教材； 摄取新的知识

8、摄取新的知识即阅读参考书即阅读参考书; 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。理解、分析、概括、整理、运用所学知识。4. 4. 表达能力表达能力 作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。5、思考题、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？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？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？膜、结构充气

9、式薄膜结构）薄膜结构？计算简图计算简图可以代替某一实际结构的一个简化可以代替某一实际结构的一个简化的图形。的图形。一、确定计算简图的原则一、确定计算简图的原则（1） 从实际出发从实际出发计算简图要反映结构的主要性能。计算简图要反映结构的主要性能。（2）分清主次分清主次, ,略去细节略去细节计算简图要便于计算。计算简图要便于计算。二、计算简图的简化要点二、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。实际空间结构分解为平面结构。1.1.结构体系的简化结构体系的简化1-2 杆件结构的计算简图杆件结构的计算简图F注

10、意：注意：有些结构具有明显的空有些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平间特征而不宜简化成平面结构。面结构。EIEI(代 屋 架 杆 ）2. 2. 杆件的简化杆件的简化 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。此在计算简图中，用轴线代替实际杆件。铰结点铰结点 注意：注意：当截面尺寸增大时（如超过长度的当截面尺寸增大时（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。杆件用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。3. 3. 杆件间连接的简化杆件间连接的简化杆件间的连接区简杆件间的连接区简化为结点化为结点(1)

11、 (1) 铰结点：铰结点： 杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有有x 向和向和 y 向反力，但无弯矩。向反力，但无弯矩。(2) (2) 刚结点：刚结点： 杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有既有x和和y 向反力，也有弯矩。向反力，也有弯矩。(3) (3) 组合结点：组合结点： 同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。组合梁（加劲梁）组合梁（加劲梁）计算简图计算简图组合结点组合结点4. 4. 结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化(1)(1)可动铰支

12、座可动铰支座( (滚轴支座滚轴支座) )： 可以水平移动和转动，不能竖向移动；具有竖可以水平移动和转动，不能竖向移动；具有竖向反力。向反力。滚轴支座FyDCABFy CFy AFy BFy DFx A计算简图计算简图滚轴支座滚轴支座限制某些方向位移，但不限制转动，其反力限制某些方向位移，但不限制转动，其反力沿所限制的位移方向。沿所限制的位移方向。xyAAxFyxxyAAyF限制各方向限制各方向位移，但不位移，但不限制转动，限制转动，其反力可用其反力可用沿坐标的分沿坐标的分量表示。量表示。xyAAxFAyF 平面固定铰支座及反力平面固定铰支座及反力yx(2)(2)固定铰支座：固定铰支座：FxFy

13、FxFy或沥 青 麻 刀屋架柱焊缝预埋钢板铰支座铰支座限制某些方向的位移和转动，而允许某一限制某些方向的位移和转动，而允许某一方向产生位移，其反力除所限制位移方向力外，方向产生位移，其反力除所限制位移方向力外，还有支座反力偶。还有支座反力偶。xyAxAyAxFxAAMyxyAyFAMA定向支座及反力定向支座及反力(3) (3) 定向支座定向支座(4) (4) 固定支座固定支座MFy细 石 混 凝 土限制全部位移限制全部位移(移动和转动移动和转动)，其反力用沿，其反力用沿坐标的分量和力偶来表示。坐标的分量和力偶来表示。FyMFx固定支座固定支座5. 5. 材料性质的简化材料性质的简化6. 6.

14、荷载的简化荷载的简化 荷载按其分布情况可以简化为集中荷载和分荷载按其分布情况可以简化为集中荷载和分布荷载。布荷载。 在结构计算中，对组成各构件的材料一般都在结构计算中，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、完全假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。弹性或弹塑性的。例：厂房结构的简化原结构原结构平面简化平面简化屋顶计算简图屋顶计算简图计算简图计算简图例：桁架桥结构的简化结点原型结点原型计算简图计算简图桁架桥模型桁架桥模型横截面横截面荷载化简荷载化简三、思考题三、思考题1. 什么是结构的计算简图什么是结构的计算简图? ?2. 如何选择结构的计算简图如何选择结构的

15、计算简图? ?3. 将下简化成计算简图。将下简化成计算简图。ABEFCDABCDEF2) 拱拱： 轴线为曲线，其力学特点是在竖向荷载作用下轴线为曲线，其力学特点是在竖向荷载作用下能产生水平推力。能产生水平推力。 1. 1. 按几何形状分类按几何形状分类1) 梁梁：受弯构件，但在竖向荷载作用下不产生水平力；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）。其轴线通常为直线（有时也为曲线）。 1-3 1-3 杆件结构的分类杆件结构的分类3) 桁架桁架：由多根直杆组成，且所有结点都是铰结点；：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。其受力特点是各杆只

16、受轴力。5) 组合结构组合结构：由多根杆件组成，：由多根杆件组成， 其中含有组合结其中含有组合结点点;各杆中有的杆件可产生弯矩、剪力和轴力，有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。的则只产生轴力。4) 刚架刚架：也由直杆组成，但结点中含有刚结点；各：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，但主要以受杆均有可能产生弯矩、剪力和轴力，但主要以受弯为主。弯为主。2. 2. 按计算特点分类按计算特点分类 2) 超静定结构超静定结构: 结构在任意荷载作用下，其反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，而必须同时力和内力由平衡条件不能唯一确定

17、，而必须同时考虑变形条件才能唯一确定。考虑变形条件才能唯一确定。1) 静定结构静定结构 ：结构在任意荷载作用下，其反力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。和内力可由平衡条件唯一确定。思考题：识别下列杆系结构思考题：识别下列杆系结构梁梁刚架刚架刚架刚架组合结构组合结构桁架桁架拱拱返返 回回活载活载：在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变化的荷载。生变化的荷载。对结构的作用效应是不确定的。对结构的作用效应是不确定的。一、荷载的概念一、荷载的概念二、荷载的分类二、荷载的分类1 1、按作用时间的长短分类、按作用时间的长短分类恒载恒载：长期作

18、用在结构上的不变荷载（如：结构构件的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）。自重、土压力等）。对结构的作用效应是确定的。对结构的作用效应是确定的。 荷载荷载是主动作用于结构的外力。是主动作用于结构的外力。 例如，结构的例如，结构的自重、自重、水压力、土压力、风载水压力、土压力、风载等，广义的荷载还包括使结构产等，广义的荷载还包括使结构产生内力的其他因素（如：生内力的其他因素（如：温度变化、基础沉陷、材料胀温度变化、基础沉陷、材料胀缩缩等）。等）。1-4 1-4 荷载的分类荷载的分类 移动荷载：移动荷载：在结构上的作用位置是移动的（如：汽在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷

19、载，吊车荷载）。车荷载，吊车荷载）。2 2、按作用位置是否固定分类、按作用位置是否固定分类 固定荷载固定荷载： 在结构上的作用位置是固定的（如：恒在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、风载、雪载）。载、风载、雪载）。 动力荷载：动力荷载： 随时间迅速变化，使结构产生显著振动，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震荷载等。车辆荷载、风荷载在通常的设计中视为静载为静载, 但在特殊情况下按动载考虑）。但在特殊情况下按动载考虑）。静力荷载：静力荷载： 数量、位置、大小等不随时间变化或变数量、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）。性力的影响可以忽略（如：恒载、雪载）。3 3、按荷载作用的性质分类、按荷载作用的性质分类 4 4、按结构与荷载接触的情况分类、按结构与荷载接触的情况分类 间接荷载（结点荷载）间接荷载（结点荷载） 荷载不是直接作荷载不是直接作用而是通过纵横梁系间接地作用于结构用而是