结构力学课件.ppt

1、1,第一章 绪 论,2,1-1 结构力学的内容和学习方法,一、结构,建筑物或构筑物中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。 如：房屋中的梁柱体系、桥梁、水坝等等都是工程结构的例子。 结构的作用：起承受和传递荷载的作用。,3,万里长城,4,天安门城楼,5,国家大剧院,6,三峡大坝,7,印度泰姬陵,8,意大利比萨斜塔,9,凯旋门,10,埃菲尔铁塔,11,吉隆坡石油双塔,12,桥梁,13,赵州桥,14,青马大桥,15,旧金山大桥结构力与美的欣赏picture.ppt,16,二、结构分类（从几何角度分类）,1. 杆系结构,钢结构梁、柱,17,埃菲尔铁塔,18,2. 板壳结构(薄壁结构),悉尼歌剧院

2、,厚度远小于其长度和宽度的结构。,19,清华大礼堂,20,3. 实体结构(块体结构),长、宽、高三个尺寸相近的结构。,三、结构力学研究的任务、对象和内容,1、结构力学 结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结构，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。 (1) 结构力学是固体力学的一个分支； (2) 结构力学是以结构(建筑)为研究对象的。 力学：固体力学、流体力学、空气动力学等。 固体力学：理论力学、材料力学、结构力学、 弹性力学、塑性力学、岩体力学、断裂力学 。,21,2、结构力学的任务 (1) 研究结构的组成规律和合理形式，合理选择计算简图。 组成规律：保证结构各部分之间不发生相对运动，使结构能

3、承受荷载，并且能够维持平衡。 合理形式：有效利用材料，使其性能得以充分发挥。 (2) 研究在静荷载作用下，结构的内力和变形的计算原理和方法； (3) 研究在动荷载作用下，结构的动力反应 (动内力、动位移)的计算原理和方法；,22,4. 研究内容 (1) 平面杆件体系的几何构造分析；,(4) 研究在静荷载作用下，结构的稳定性的计算原理和方法； (5) 研究在静荷载作用下，结构的极限承载力的计算原理和方法；,3、研究对象 结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结构，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。,23,几何构造分析主要是讨论几何不变体系的组成规律，因为只有几何不变体系才能作为结构来使用。 (2

4、) 承载能力的计算(结构选定后) ； 内力分析：FN(轴力)、FQ(剪力)、M(弯矩)； 强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并符合经济要求。 变形计算：在弹性范围内； 刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形从而影响使用。 (3) 动力反应：动荷载作用下的动内力和动位移(电机转动、地震等)；,24,动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载作用下的动力反应-结构受到的地震力、结构的位移、速度、加速度及动内力等。 (4) 稳定分析、塑性分析：结构变形进入塑性阶段以后的问题； 稳定性验算在于保证结构不会产生失稳破坏。 极限荷载的求解是为了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

5、。 (5) 杆系结构的矩阵位移分析：适合电算的方法。,25,5、结构力学与其它学科的关系 结构力学是理论力学、材料力学的后续课程、属于专业(技术)基础课。在后续课程中，结构力学除与弹性力学性质相近外，又为钢筋混凝土结构、钢木结构、水工结构等专业课提供力学基础。 各学科的任务：理论力学讨论物体机械运动的基本规律；材料力学(结构力学、弹性力学)是研究单根杆件(杆系结构、实体结构和板壳结构)的强度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法。,26,四、学习方法和注意事项 首先，要充分认识到结构力学课程对本专业的重要性。 1、学习方法 (1) 一定注意分析方法和解题思路，从具体问题的算法中学习分析问题的一般方

6、法。 如：从“已知未知”；“整体局部整体”的方法。 (2) 认真听课、做好笔记，提高听课效果。 (3) 多练，必须独立、高质量的完成所布置的作业。,27,2、注意事项 (1) 切忌不看书、不复习、照例题埋头作习题； (2) 切忌贪多求快、不求甚解； (3) 切忌照答案凑数、不会自己校核； (4) 切忌不改正错题、不接受教训。 结构力学是一门古老的科学，其理论的经典部分几乎已经达到尽善尽美的程度，但它又是不断发展的科学，含义如下：,28,(1) 新结构层出不穷要求从理论和实践上加以解决； (2) 计算机的发展使结构力学获得了新生，提高了精度和适度； (3) 各力学学科间互相渗透扩展了计算原理和计

7、算方法； (4) 关于“优化设计”问题电算产生以前提出的有可能解决的问题正逐步得到解决。,29,1-2 结构计算简图,一、支座和支座反力,1. 固定支座,A,B,模型,工程实例,把结构与基础联结起来的装置称为支座。,30,简图：,特点：,（1) 杆端截面A不产生线位移和角位移；,（2) 杆端截面A有反力矩以及沿x、y方向的反力。,31,2. 固定铰支座,特点：,(1) 杆端截面A无线位移，可以自由转动；,(2) 杆端截面A产生沿x、y方向的反力。,模型,32,3. 辊轴支座（活动铰支座）,特点：,（1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移；,（2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。,33,4

8、. 滑动支座（定向支座）,特点：,（1）杆端A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； （2）杆端A存在反力矩以及沿链杆方向的反力。,模型,34,5、伸缩弹性支座,特点： （1）只有竖向支座反力 ； （2） 竖向可有一定的弹性变形，可转动和水平移动。,6、 旋转弹性支座,35,特点： （1） 有支反力矩 、水平支反力 和竖向支反力 ； （2）不允许竖向位移和水平位移，可有一定转角弹性变形。,36,二、几种杆系结构,1. 梁,1）单跨梁,2）多跨梁,梁的特点：,梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截面存在弯矩、剪力和轴力。,37,2. 刚架,静定刚架,超静定刚架,刚

9、架的特点：,（1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆件连结的结点多为刚结点；,（2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。,38,3. 拱,拱的特点：,39,4. 桁架和组合结构,静定桁架,超静定桁架,特点：,桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载作用于结点上，各杆只受轴力；,40,特点：组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其中梁式杆以受弯为主，内力不仅有轴力，还有弯矩和剪力。,按空间观点分为平面结构和空间结构。 平面结构：各杆的轴线和外力作用线都在同一平面内； 空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。,组合结构,41,三、 荷载,按计算特性分为静定结构和超静定结构。 静定结构：杆件的内力(包括

10、反力)可由平衡条件唯一确定； 超静定结构：杆件的内力(包括反力)由平衡条件还不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才能唯一确定。,荷载：主动作用于结构的外力(自重、水压力和土压力)。 广义荷载还包括温度变化、基础沉陷、材料收缩等。,42,1、按荷载作用时间长短可分为： 恒载永久作用在结构上的荷载。如自重等。 活载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。,荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。 荷载如果估计过大，则设计的结构会过于笨重，造成浪费；荷载如果估计过低，则设计的结构将不够安全。 荷载可以根据不同特征进行分类：,43,3、按荷载作用的性质可分为：,静荷载荷载的大

11、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。,动荷载荷载的大小、方向随时间迅速变化，使结构产生显著振动，结构的质量承受的加速度及惯性力不能忽略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷载和风荷载等都是动力荷载。,2、按荷载作用位置可分为： 固定荷载作用位置不变的荷载，如自重等。 移动荷载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。,44,注意：车辆荷载、风载和地震荷载通常在设计中简化为静力荷载，但在特殊情况下要按动力荷载考虑。 荷载的确定，常常是比较复杂的。荷载规范总结了设计经验和科学研究的成果，供设计时应用。但在不少情况下，设计者需要深入现场，结合实际情况进