结构力学-高职建筑工程类

1、项目一建立结构的力学计算模型子项目一结构力学的研究对象和任务1. 能叙述结构力学的研究对象、研究内容及任务。 2. 会解释结构、强度、刚度、稳定性和合理组成的概念。 3. 能对结构进行分类。 4. 能够对工程结构进行简化并绘制其计算简图。 情景一 结构的计算简图学习能力目标项目表述 如图 1 1 所示，一根横梁两端支承于砖柱上，上面放一重物，考虑梁的自重，试绘制此结构的计算简图。 情景一 结构的计算简图学习进程 情景一 结构的计算简图知识链接1结构及其分类 结构按其几何特征可分为三大类： （1）杆件结构 由杆件组成的结构称为杆件结构。杆件的几何特征是它的截面尺寸远小于长度。梁（图 1 -2a）

2、、刚架（图 1 2b）、桁架（图 1 2c）都是杆件结构。情景一 结构的计算简图 图 1 - 2知识链接（2）薄壁板壳结构 由薄板（图 1 3a）或薄壳（图 1 3b）组成的结构称为薄壁板壳结构。薄壁板壳结构的几何特征是它的厚度远小于另两个方向尺寸。例如楼板、屋盖、薄膜结构等。 图 1 - 3 情景一 结构的计算简图知识链接（3）实体结构 长、宽、高三个方向的尺寸为同一量级的结构称为实体结构。例如桥墩、桥台、挡土墙、 重力坝等（图 1 4）。 图 1 - 4 情景一 结构的计算简图知识链接2研究对象和任务 结构力学的研究对象是杆件结构，研究它的强度、刚度、稳定性和合理组成的科学。 强度构件抵抗

3、破坏的能力。 稳定性构件保持直线平衡状态不变的能力。 合理组成几何组成合理，构造稳定。 刚度构件抵抗变形的能力。情景一 结构的计算简图知识链接结构力学的主要任务是： 研究结构的组成规律和合理形式。 研究结构在荷载等因素作用下的内力和变形的计算，进行结构强度和刚度的验算。 研究结构的稳定性计算，以及动荷载作用下结构的反应。情景一 结构的计算简图知识链接3. 结构的计算简图 工程中的实际结构都较复杂，完全按实际结构计算是不可能的，也是不必要的。因此需要利用力学知识、结构知识和工程实践经验，经过科学地抽象，体现反映实际受力、变形等规律的主要因素，忽略次要因素，将其合理简化为“力学建模”，得到便于力学

4、分析和计算的结构计算简图。 结构的简化原则是： 反映实际结构的主要性能，保证设计上需要的足够精度。 使计算尽可能简单。 情景一 结构的计算简图知识链接（1）体系的简化 一般结构实际上都是空间结构，各部分相互连接成为一个空间整体，以承受各个方向可能出现的荷载。但在多数情况下，常可以忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算得以简化。（2）荷载的简化 作用在结构上的荷载根据作用范围大小通常简化为集中荷载和均布荷载，荷载的作用点在杆件的轴线上。 （3）杆件的简化 杆件用其轴线（各截面形心的连线）表示，如图 1 5 所示。直杆简化为直线，曲杆简化为曲线，折杆简化为折线。情景一 结构的计算

5、简图情景一 结构的计算简图 图 1 - 5知识链接知识链接（4）结点的简化 铰结点。铰结点的约束特征是其所连各杆杆端可绕该结点相对转动，但不能相对移动，即结点处各杆之间的夹角可以改变。因此，铰结点只产生杆端剪力和轴力，而不产生弯矩，用小圆表示，如图 1 6 所示。 情景一 结构的计算简图知识链接（4）结点的简化 刚结点。刚结点的约束特征是其所连接的各杆端既不能产生相对转动，也不能产生相对位移，即各杆在结点处的夹角变形后保持不变，受荷载作用后各杆的杆端旋转同一角度，杆端除了产生轴力和剪力之外，还会产生弯矩，如图 1 7 所示。 情景一 结构的计算简图知识链接（4）结点的简化 组合结点。若同一结点

6、上，一部分杆间相互刚结，另一部分相互铰结，则称为组合结点或半铰结点。如图 1 8b 所示结点 A 为组合结点，杆 AB 和 AC 刚结，杆 AD 与它们铰结。 情景一 结构的计算简图知识链接（5）支座的简化 可动铰支座。 情景一 结构的计算简图知识链接（5）支座的简化 固定铰支座。 情景一 结构的计算简图知识链接情景一 结构的计算简图知识链接（5）支座的简化 固定支座 情景一 结构的计算简图知识链接（5）支座的简化 定向滑动支座 情景一 结构的计算简图项目实施案例 1 1如图 1 16a 所示一根横梁两端支承于砖柱上，上面放一重物，考虑梁的自重， 试绘制此结构的计算简图。 情景一 结构的计算简

7、图项目实施案例 1 2桁架结点计算简图的绘制。 情景一 结构的计算简图能力拓展案例 1 3图 1 18a 为装配式单层工业厂房，试绘制该横向平面单元的计算简图。 情景一 结构的计算简图能力拓展情景一 结构的计算简图1. 掌握刚体和变形固体的概念。 2. 知道变形固体的基本假设。 3. 能描述杆件的四种基本变形形式。 4. 能进行杆件结构的分类，了解每种结构的特点。 情景二 杠杆结构的分类学习能力目标如图 1 19 所示一公路桥，分析结构特点，绘制它的计算简图。情景二 杠杆结构的分类项目表述情景二 杠杆结构的分类学习进程知识链接1刚体、变形固体及其基本假设 刚体，它是一种理想的力学模型。 当分析

8、强度、刚度和稳定性问题时，变形成为一个主要的因素，此时应该将物体抽象为变形固体这一理想的力学模型。 结构力学的研究对象是杆件结构，变形主要是杆件发生在弹性变形范围之内的小变形。小变形是指构件的变形量远小于其原始尺寸的变形。因而在研究构件的平衡和运动时，可忽略变形量，仍按原始尺寸进行计算。 情景二 杠杆结构的分类知识链接如图 1 20 所示，计算固定端 A 的反力偶矩时，虽然因梁的弯曲引起了力作用点 B 的水平位移 ，但力 F 到 A 点的力臂仍可用原长 l 表示。 情景二 杠杆结构的分类知识链接为了研究问题的方便，我们对变形固体作如下假设： 连续性假设，即认为构成变形固体的物质无空隙地充满了固

9、体所占的几何空间。 均匀性假设，即认为变形固体内部各点处的力学性能完全相同。 各向同性假设，即认为变形固体在任意一点处沿各个方向都具有相同的力学性能。 情景二 杠杆结构的分类知识链接2杆件变形的基本形式 （1）轴向拉伸或压缩 杆在两端受到大小相等、方向相反、合力作用线与轴线重合的一对力作用时，杆将发生轴向伸长或缩短，使杆长度发生改变。 （2）剪切 在一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的横向外力作用下，杆件的横截面将沿外力作用方向发生相对错动。 情景二 杠杆结构的分类知识链接（3）扭转 当杆件两端受到一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴的两个外力偶作用时，杆件任意两个横截面间将发生相对转

10、动。 （4）弯曲 在一对大小相等、方向相反、作用在杆件的纵向对称面内的力偶作用下，杆的轴线由直线弯曲成曲线。受弯杆件是工程中最常见的构件。吊车梁、火车轮轴等的变形都是弯曲变形。 情景二 杠杆结构的分类知识链接3杆件结构的基本形式 杆件结构可分为平面杆件结构和空间杆件结构两类。平面杆件结构按其受力特性可分为： （1）梁 梁是一种以弯曲变形为主的构件，其轴线通常为直线。梁分单跨梁（图 1 22a、b）和多跨梁（图 1 22c、d）。情景二 杠杆结构的分类知识链接3杆件结构的基本形式 （2）拱 拱是轴线为曲线并且在竖向荷载作用下能产生水平反力的结构（图 1 23），这使得拱内弯 矩要比同跨度、同荷载

11、及支承情况相同的梁的弯矩小。 情景二 杠杆结构的分类知识链接3杆件结构的基本形式 （3）刚架 刚架是由直杆组成并具有刚结点的结构（图 1 24）。刚架中各杆的内力一般有弯矩、剪力和轴力，多以弯矩为主要内力。 情景二 杠杆结构的分类知识链接3杆件结构的基本形式 （4）桁架 桁架是由直杆组成，且所有结点都是铰结点的结构。当只承受结点荷载作用时，各杆只产生轴力（图 1 25）。 情景二 杠杆结构的分类知识链接3杆件结构的基本形式 （5）组合结构 组合结构是指由只承受轴向力的链杆和主要承受弯矩的梁式杆组合而成的结构，其特点是存在组合结点（图 1 26）情景二 杠杆结构的分类知识链接3杆件结构的基本形式

12、 （6）悬索结构 悬索结构的主要承重构件为悬挂于塔、柱上的缆索，索只受轴向拉力，可充分地发挥钢材的强度，且自重轻，跨越能力好，可跨越很长的距离，如悬索屋盖、悬索桥、斜拉桥等。情景二 杠杆结构的分类项目实施案例 1 4如图 1 28a 所示一公路桥，分析结构特点，绘制它的计算简图。 情景二 杠杆结构的分类试作如图 1 29 所示各结构的计算简图。 能力拓展情景二 杠杆结构的分类1. 能进行荷载的分类，了解其特点。 2. 能进行荷载的简化，绘制计算简图。 学习能力目标情景三 荷载的分类项目表述 对如图 1 30 所示梁的自重进行简化，绘制此结构的计算简图。情景三 荷载的分类学习进程 情景三 荷载的

13、分类知识链接1荷载 工程结构和构件在使用过程中均受到各种荷载的作用，我们把主动使物体产生运动或运动趋势的力称为主动力。如结构的自重、水压力、土压力等。而作用于结构上的主动力，称为荷载。此外，还有如温度变化、基础沉陷、材料收缩、制造误差等，这些因素也可以引起结构的内力和变形，从广义上来说，也可以称为荷载。情景三 荷载的分类知识链接2荷载的分类 （1）分布荷载与集中荷载 根据荷载作用区域的大小，可分为分布荷载与集中荷载。如果力的作用面积大，就称为分布荷载。如堆放在路面上的沙石、货物对于路基或地面的压力，建筑物承受的风压等都是分布荷载。集中荷载是当荷载作用区域很小时的近似简化。如火车车轮作用在钢轨上

14、的压力，面积较小的柱体传递到面积较大的基础上的压力等。 情景三 荷载的分类知识链接（2）恒载与活载 根据荷载作用时间的长短，可分为恒载与活载。恒载是长期作用在结构上的不变荷载，如结构自重、固定设备的重量、土压力等。活载是暂时作用于结构上、位置不固定的荷载，如施工时移动吊车的重量及结构所承受的列车、人群、风、雪等荷载。 情景三 荷载的分类知识链接（3）固定荷载与移动荷载 根据荷载作用位置有无变化，可分为固定荷载和移动荷载。固定荷载在结构上的作用位置是不变的，如恒载及某些活载，如结构自重、风、雪等。移动荷载其作用位置是移动的，如行驶的汽车、移动的人群等。 情景三 荷载的分类知识链接（4）静力荷载和动力荷载 根据荷载对结构所产生的动力效应大小，可分为静力荷载和动力荷载。静力荷载是指其大小、方向和位置不随时间变化或变化很缓慢的荷载，它不会使结构产生显著的加速度，因而可以略去惯性力的影响。