天津大学结构力学.ppt

1、结构力学Structural mechanics,第1章 绪 论,水利工程仿真与安全国家重点实验室,1.1 结构力学的研究对象和任务,结构力学是研究结构的力学行为的科学 behavior 结构力学 structural mechanics 力学 结构 mechanics structural,结构就是建筑物的骨架（skeleton） 其作用是承受或传递荷载（load）,1.1 结构力学的研究对象和任务,例： 房屋：板 梁 柱 基础 plate beam column base 桥梁：梁 索 塔 基础 beam cable tower base,1.1 结构力学的研究对象和任务,1.1 结构力学

2、的研究对象和任务,1.1 结构力学的研究对象和任务,结构的分类 （按构件的几何特点） classification member,杆系结构 （长 宽 高） bar system length width height 板壳结构 （长 宽 厚） plate & shell thickness 实体结构 （长 宽 高） massive structure,1.1 结构力学的研究对象和任务,杆件结构（杆系结构） 由若干杆件组成，杆件的横截面尺寸要比长度小得多。梁、拱、刚架、桁架属于杆件结构。,1.1 结构力学的研究对象和任务,板壳结构（薄壁结构）：它的厚度要比长度和宽度小得多。 如：楼板、壳体屋盖。

3、 实体结构：它的长、宽、厚三个几何尺寸属于同一个数量级。,1.1 结构力学的研究对象和任务,结构的分类 （按构件的受力特点）,受拉结构：在外力作用 tension structure下只能承 受拉应力 受压结构：在外力作用下 compression structure主要承受压应力,桁架结构：构件只能受拉或受压 truss 受剪结构：主要承受剪应力 shear structure 受弯结构：主要承受弯矩应力 bending structure,1.1 结构力学的研究对象和任务,1.1 结构力学的研究对象和任务,结构力学与其他力学课程的分工 理论力学 质点（系）、刚体（系） theoretica

4、l mechanics 材料力学 单杆 strength of material 结构力学 杆系 弹性力学 板壳、块体 theory of elasticity,1.1 结构力学的研究对象和任务,结构力学的研究内容（任务）,强度 Strength 刚度 Stiffness 稳定性 Stability 组成规律 / 合理形式 各类结构的受力特点,1.1 结构力学的研究对象和任务,结构力学的基本方程,平衡方程 equilibrium equation 力系的平衡方程或运动方程（力学本质） 连续方程 compatibility condition 变形的几何连续方程（数学本质） 本构方程 membe

5、r fore deformation relation 应力与变形之间的物理方程（物理/化学本质）,1.2 结构的计算简图 line diagram,为什么要计算简图？ 实际结构一般很复杂 完全按实际情况分析很困难，甚至不可能 什么是计算简图？ 对实际结构加以简化而建立的抽象“模型” 例： 理论力学：物体 质点 和 刚体 mass point rigid body 材料力学：梁 线段（轴线）,1.2 结构的计算简图,计算简图的基本要求： 不离谱能反映结构及其所受外部作用的主要特征 好计算 简化内容 杆件的简化 杆件 轴线 bar axis 直杆 直线段 阶梯型变截面柱 粗细线段,1.2 结构的

6、计算简图,结点的简化 杆件连接区域 结点（轴线的交点） connection ( joint ) node,铰结点 杆件不能相对移动，但可以相对转动 刚结点 杆件不能相对移动，也不能相对转动 组合结点 杆件连接方式既有铰接，又有刚接 （至少3根杆件）,1.2 结构的计算简图,a. 铰结点 被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可以相对转动。可以传递力，但不能传递力矩。,1.2 结构的计算简图,b. 刚结点 被连接的杆件在连接处不能相对移动，又不能相对转动。可以传递力，也可以传递力矩。,1.2 结构的计算简图,b. 组合结点 特征是汇交于结点的各杆均不能移动，但其中一部分杆件为刚性连结，各杆端不允

7、许相对转动，其余杆件为铰接，允许绕结点转动。,1.2 结构的计算简图,支座的简化 support 支座 结构与地基的连结点 作用： 约束 限制位移 restriction displacement 反力 提供反力或反力矩 reaction moment,1.2 结构的计算简图,支座对结构的约束情况,1.2 结构的计算简图,规律：约束位移与反力一一对应,1.2 结构的计算简图,荷载的简化 集中荷载concentrated 分布荷载 distributed 材料性质 / 结构体系的简化 材料性质的简化（假定） 连续 continuous 均匀 homogeneous 各向同性 isotropic

8、理想弹性或弹塑性 elastic-plastic 结构体系的简化 空间结构 平面结构（杆件及荷载共面） space structure plane structure,1.2 结构的计算简图,1.3 杆系结构的分类,按构件轴线形式、连接方式和受力特点划分 梁 beam 主要承受横向 transverse（轴线）荷载 构件主要受弯 bending 直梁 straight 曲梁 curved或折梁broken 单跨梁 single-span 多跨梁 multi-span 刚架 rigid frame 多根不共线的直杆，含刚结点 杆件一般同时发生弯、剪shearing 和轴向axial变形defor

9、mation,1.3 杆系结构的分类,拱 arch 通常：曲杆 主要力学特征：在 竖直vertically 向下的荷载下，支座产生水平horizontal推力 拱式结构：拱式刚架、拱式桁架 桁架 truss 直杆、铰结点 主要力学特征：在结点 荷载作用下，杆件均为二力杆，只有轴力。,1.3 杆系结构的分类,组合结构 含组合结点 梁式杆 + 二力杆 索式结构 主要力学特征： 只承受拉力。,按内力计算时所需考虑的求解条件划分： 静定结构 statically determinate 超静定结构 statically indeterminate,1.4 荷载的分类,广义 generalized 荷载 使结构产生内力或变形的因素 主动作用的外力（狭义荷载） 温度变化