结构力学（上册）课件 第1章 绪论

西南交通大学土木工程学院StructuralMechanics西南交通大学土木工程学院主讲：罗永坤Introduction第一章绪论第1节结构力学的研究对象和任务

第2节结构的计算简图

第3节结构的分类

第4节荷载的分类第一章绪论§1结构力学的对象和任务1.结构定义

2.结构力学研究对象

3.结构力学任务

任务之一组成规则

任务之二内力位移计算

任务之三动力稳定

4.结构力学基本要求

5.结构力学的学习方法§1结构力学的对象和任务在工程中用以担负预定任务、支承或传递荷载而起骨架作用的部分,都可称为结构。1.结构的定义某教学楼结构？建筑？§1结构力学的对象和任务在工程中用以担负预定任务、支承或传递荷载而起骨架作用的部分,都可称为结构。1.结构的定义在建结构结构？建筑？§1结构力学的对象和任务在工程中用以担负预定任务、支承或传递荷载而起骨架作用的部分,都可称为结构。1.结构的定义钢结构厂房建筑？结构？施工中的钢结构§1结构力学的对象和任务工程结构实例桥梁1.结构的定义南浦大桥拉萨河大桥§1结构力学的对象和任务工程结构实例桥梁1.结构的定义大贝尔特桥金门大桥§1结构力学的对象和任务工程结构实例1.结构的定义钱塘江大桥浪江大桥§1结构力学的对象和任务工程结构实例房屋1.结构的定义鸟巢黄鹤楼§1结构力学的对象和任务工程结构实例1.结构的定义阿拉伯塔悉尼歌剧院§1结构力学的对象和任务工程结构实例1.结构的定义台北101大厦天坛祈年殿§1结构力学的对象和任务工程结构实例隧道1.结构的定义§1结构力学的对象和任务工程结构实例塔架1.结构的定义诶菲尔铁塔§1结构力学的对象和任务工程结构实例大坝1.结构的定义二滩拱坝三峡大坝§1结构力学的对象和任务工程结构实例挡土墙1.结构的定义黄鹤楼§1结构力学的对象和任务工程结构实例索结构1.结构的定义金沙索穹顶FAST索网结构直径500米，采用短程线网格划分

§1结构力学的对象和任务工程结构实例膜结构1.结构的定义景观海南岛琼海博鳌论坛会址§1结构力学的对象和任务结构按其形态分为：杆件结构、薄壁结构和实体结构。2.结构力学的研究对象杆件结构§1结构力学的对象和任务结构按其形态分为：杆件结构、薄壁结构和实体结构。2.结构力学的研究对象薄壁结构实体结构§1结构力学的对象和任务3.结构力学的任务①讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简图的合理选择。

根据力学原理，研究在外力和其它外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的组成规律。具体包括以下几个方面：§1结构力学的对象和任务3.结构力学的任务①讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简图的合理选择。②讨论结构在外载荷作用下内力和位移等的计算方法，进行结构的强度和刚度的验算。③讨论结构的稳定性及在动力荷载作用下的结构反应。4.结构力学的基本要求基本部分1.绪论2.平面体系几何构造分析3.静定结构内力分析：静定梁、静定刚架、静定桁架、静定拱、静定组合结构4.结构位移计算5.力法6.位移法7.渐近法8.影响线及其应用(1）结构力学主要内容§1结构力学的对象和任务专题部分9.结构矩阵分析10.结构的动力计算11.结构的极限荷载12.结构的稳定计算4.结构力学的基本要求(1）结构力学主要内容§1结构力学的对象和任务1.绪论2.平面体系几何构造分析3.静定结构内力分析静定组合结构4.结构位移计算5.力法6.位移法7.渐近法结构力学(AI）4.结构力学的基本要求(1）结构力学主要内容§1结构力学的对象和任务8.影响线及其应用9.结构矩阵分析10.结构的动力计算结构力学(AⅡ）4.结构力学的基本要求(1）结构力学主要内容§1结构力学的对象和任务(2)结构力学的能力培养⑴.分析能力：计算简图静力平衡结构变形方法选择⑵.计算能力：结构计算结果判断程序使用⑶.自学能力：选择资料学习理解掌握应用⑷.表达能力：语言表达书面表达4.结构力学的基本要求§1结构力学的对象和任务§1结构力学的对象和任务5.结构力学的学习方法⑴我们要学好结构力学结构力学是土木工程各学科专业基础课，是土木工程人员必要的素养。⑵我们能学好结构力学

第1节结构力学的研究对象和任务

第2节结构的计算简图

第3节结构的分类

第4节荷载的分类

第一章绪论§2结构的计算简图1.结构简化的原则与内容⑴定义：用一个简化的图形来代替实际结构的计算模型，这种图形称为结构的计算简图。§2结构的计算简图1.结构简化的原则与内容⑵简化原则结果准确：尽可能反映实际结构的性能。便于计算：分清主次,略去细节。§2结构的计算简图1.结构简化的原则与内容⑶简化内容结构体系的简化杆件的简化杆件间连接的简化结构与基础间连接的简化材料性质的简化荷载的简化§2结构的计算简图2.结构体系的简化

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，可忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算简化。示例：忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算简化。§2结构的计算简图2.结构体系的简化示例：忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算简化。§2结构的计算简图2.结构体系的简化示例：忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算简化。§2结构的计算简图2.结构体系的简化3.杆件的简化杆件用其轴线表示：杆件的截面尺寸(宽度、厚度)通常比长度小得多，因此，在计算简图中，杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆长用结点间的距离表示，而荷载的作用点也转移到轴线上。§2结构的计算简图杆件用其轴线表示。3.杆件的简化§2结构的计算简图4.杆件间连接的简化—结点结点的定义：杆件间的连接区简化为结点。通常将结点归纳为铰结点和刚结点。

铰结点的特点：被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动，即可传递力，但不能传递力矩。§2结构的计算简图

铰结点的特点：被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动，即可传递力，但不能传递力矩。4.杆件间连接的简化—结点§2结构的计算简图

铰结点的特点：被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动，即可传递力，但不能传递力矩。4.杆件间连接的简化—结点§2结构的计算简图结点的定义：杆件间的连接区简化为结点。通常将结点归纳为铰结点和刚结点。

刚结点的特点：被连接的杆件在连接处既不能相对移动,又不能相对转动.刚结点可以传递力,也可以传递力矩。4.杆件间连接的简化—结点§2结构的计算简图

刚结点的特点：被连接的杆件在连接处既不能相对移动,又不能相对转动.刚结点可以传递力,也可以传递力矩。4.杆件间连接的简化—结点§2结构的计算简图5.结构与基础间连接的简化—支座支座的定义：结构与基础的连接区简化为支座。§2结构的计算简图常见支座按其受力特征,一般简化为以下四种情形。(1)滚轴支座(活动铰支座)

滚轴支座：被支承的部分可以转动和水平移动,不能竖向移动,所提供的反力只有竖向反力。计算简图5.结构与基础间连接的简化—支座§2结构的计算简图常见支座按其受力特征,一般简化为以下四种情形。⑵铰支座(固定铰支座)铰支座：被支承的部分可以转动,不能移动,能提供两个反力,在计算简图中用两根相交的支杆表示。计算简图5.结构与基础间连接的简化—支座§2结构的计算简图常见支座按其受力特征,一般简化为以下四种情形。⑶定向支座(滑动支座)定向支座：被支承的部分不能转动，但可沿一个方向平行滑动,能提供反力矩和反力，在计算简图中用两根平行链杆表示。计算简图5.结构与基础间连接的简化—支座§2结构的计算简图常见支座按其受力特征,一般简化为以下四种情形。⑷固定支座固定支座：被支承的部分完全被固定,不能竖向和水平移动,也不能转动，提供三个反力。计算简图5.结构与基础间连接的简化—支座§2结构的计算简图6.材料性质的简化

在土木、水利工程中结构所用的建筑材料通常为钢、混凝土、砖、石、木料等。钢材混凝土

§2结构的计算简图

在结构计算中,为了简化,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、完全弹性或弹塑性的。

上述假设对于金属材料在一定受力范围内是符合的。对于混凝土、钢筋混凝土、砖、石等材料则带有一定程度的近似性。至于木材,因其顺纹与横纹方向的物理性质不同,故应用这些假设时须予注意。

在本课程中，假定材料处于线弹性阶段，变形为小变形。6.材料性质的简化§2结构的计算简图7.荷载的简化

结构承受的荷载可分为体积力和表面力两大类。体积力指的是结构的自重或惯性力等。表面力则是由其它物体通过接触面而传给结构的作用力,如土压力、车辆的轮压力等。§2结构的计算简图第1节结构力学的研究对象和任务

第2节结构的计算简图

第3节杆件结构的分类

第4节荷载的分类

第一章绪论§3

杆件结构的分类结构的分类实际上是指结构计算简图的分类2.杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类(2）杆件结构按空间位置分类1.结构按照构件的几何特征，结构可分为：

杆件结构薄壁结构实体结构§3

杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类梁拱刚架桁架悬索结构组合结构梁梁是一种受弯杆件，其轴线通常为直线。§3

杆件结构的分类（1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类拱：拱的轴线为曲线且在竖向作用下会产生水平反力，这使得拱内弯矩比跨度、荷载相同的梁的弯矩为小。§3

杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类刚架由直杆组成并具有刚结点。§3

杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类桁架由直杆组成，但所有结点均为铰结点，当只受到作用于结点的集中荷载时，各杆只产生轴力。§3

杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类组合结构是由桁架和梁或桁架与刚架组合在一起的结构，其中有些杆件只承受轴力，另一些杆件则同时还承受弯矩和剪力。§3

杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类悬索结构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(索)材强度，且自重轻，可跨越很大的跨度，如悬索屋盖、悬索桥、斜拉桥。§3

杆件结构的分类(1）杆件结构按计算简图分类：2.杆件结构的分类平面结构§3

杆件结构的分类2.杆件结构的分类(2）杆件结构按空间位置分类：平面结构空间结构空间结构(2）杆件结构按空间位置分类：§3

杆件结构的分类2.杆件结构的分类(2）杆件结构按空间位置分类：平面结构空间结构静定结构：若在任意荷载作用下，结构的全部反力和内力都可以由静力平衡条件确定，这样的结构称为静定结构。超静定结构：若只靠平衡条件不能确定全部反力和内力，还必须考虑变形条件，这样的结构称为超静定结构。§3

杆件结构的分类2.杆件结构的分类(3）杆件结构按计算方法分类：

静定结构超静定结构静定结构：若在任意荷载作用下，结构的全部反力和内力都可以由静力平衡条件确定，这样的结构称为静定结构。§3

杆件结构的分类2.杆件结构的分类(3）杆件结构按计算方法分类：

静定结构超静定结构§3

杆件结构的分类2.杆件结构的分类超静定结构：若只靠平衡条件不能确定全部反力和内力，还必须考虑变形条件，这样的结构称为超静定结构。第1节结构力学的研究对象和任务

第2节结构的计算简图

第3节结构的分类

第4节荷载的分类

第一章绪论§4

荷载的分类1.荷载的定义⑴荷载定义：荷载是作用在结构上的主动力。“荷载”是指直接作用在结构上的力，如自重、风雪和活荷载（人群、车辆、吊车）等。广义荷载：引起结构变形和内力的外加因素作用。如：温度变化、混凝土收缩、徐变、焊接变形、地基沉降、地震作用等。

自重楼面活荷载温度雪载风载车辆地震爆炸§4

荷载的分类1.荷载的定义⑵常见荷载§4

荷载的分类1.荷载的定义⑵常见荷载2010年12月14日，明尼苏达降大雪，全城平均厚度43.4厘米，位于明尼阿波利斯市的橄榄球场顶棚被压塌。球场可容纳观众６.４万人，装有聚四氟乙烯充气顶棚。雪塔科马海峡吊桥（英语：TacomaNarrowsBridge）是位于美国华盛顿州塔科马的两条悬索桥。第一座塔科马海峡大桥，绰号舞动的格蒂，于1940年7月1日通车，四个月后戏剧性地被微风摧毁，这一幕正好被一支摄影队拍摄了下来，该桥因此声名大噪。§4

荷载的分类1.荷载的定义⑵常见荷载风2012年8月24日，距阳明滩大桥南端3.5公里的三环路群力高架桥洪湖路上桥分离式匝道侧翻，致使4辆大货车坠桥。§4

荷载的分类1.荷载的定义⑵常见荷载车辆2015年6月19日凌晨，粤赣高速公路河源境内匝道桥梁坍塌广东省高速公路有限公司总工程师敖道朝解释称：匝道桥的设计货载是“汽车—超20级”，即理论上桥体上有一台55吨的车行驶，同时前后10—15米可以分别有两辆20吨载重的车行驶。“初步判断桥梁垮塌的原因是4辆超载货车紧凑运行，形成巧合的荷载，对桥梁产生了严重的偏压，达到了桥梁坍塌的‘临界点’。四辆货车的载重加上车身自重约有100吨，严重超过了的桥梁载重的设计上限，所以发生了坍塌事故。

§4

荷载的分类1.荷载的定义⑵常见荷载

2015年8月12日23:30左右，位于天津滨海新区塘沽开发区的天津东疆保税港区瑞海国际物流有限公司所属危险品仓库发生爆炸。

天津港“8·12”爆炸造成约170人遇难，事故受损住宅超过9420户。直接经济损失约730亿。爆炸§4

荷载的分类1.荷载的定义⑵常见荷载

地震是一种无法预知地自然