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1、土木工程指导性专业规范系列教材,本章导读基本要求 了解结构力学的研究对象和任务；了解选取结构计算简图的原则、要求及其主要内容；了解平面杆件结构的分类。重点 结构力学研究的对象和任务；杆件结构的计算简图。难点 结构计算简图的选取。,1.1 结构力学的研究对象和任务 1） 结构及其分类 建筑物或构筑物中承担荷载而起骨架作用的部分，或其中的某些承重构件，都可称为结构。,土木工程指导性专业规范系列教材结构力学 出版社 科技分社,第1章 绪论,上海金茂大厦(右)和国际金融中心(左),南京长江大桥,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,长江三峡大坝,国家大剧院,土木工程专业系列教材结构力学 出版
2、社 科技分社,北京奥运会主体育馆(鸟巢),上海世博会中国国家馆,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,结构按其几何特征通常分为以下三类：,(1) 杆件结构,杆件结构是由杆件或若干杆件相互连接组成。,其长度l比截面宽度b和厚度h大得多，杆件结构也称杆系结构。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,结构按其几何特征通常分为以下三类：,(2) 薄壁结构,薄壁结构又称为板壳结构。薄壁构件的厚度h要比长、宽两个尺度小得多。,平板,壳体,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,(3) 实体结构,实体结构是由长、宽、厚三个尺度大致相当的块体组成的结构。,挡土墙,结构按其几何特征通
3、常分为以下三类：,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,2） 结构力学的研究对象和任务,结构力学的研究对象是杆件结构，确切说为平面杆件结构。即组成结构的所有杆件及结构所承受的外荷载都在同一平面内的结构。,具体任务包括以下几个方面：,杆件结构的组成规律和合理的组成方式。,杆件结构内力和变形的计算方法，以便进行结构强度和刚度的验算。,杆件结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,1.2 杆件结构的计算简图,1）计算简图及其选择原则,将实际结构简化后的力学计算模型称为计算简图。,计算简图的选择应遵循下列两条原则：,能反映实际结构的主要受力及变
4、形性能即准确；,保留主要因素，略去次要因素，使计算简图便于计算即简单。,计算简图的选择要根据当时当地的具体要求和条件来选用，并不是一成不变的。譬如，对不重要的结构可以采用较简单的计算简图，对重要的结构应采用较精确的计算简图；在初步设计阶段可选择较粗糙的计算简图，在施工图设计阶段可选择较精确的计算简图；用手算时可选取较简单的计算简图，用电算时可选取较复杂的计算简图。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,2）计算简图的简化要点 应从以下几方面进行简化,(1) 结构体系的简化 如平面杆件结构 。,(2) 杆件的简化不论是直杆或曲杆均可用其轴线（截面形心的连线）表示。,(3) 结点的简化,
5、刚结点：刚结点的特点是汇交于结点的各杆端之间不能发生相对转动，各杆间可相互传递力和力矩。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,铰结点：,铰结点的特点是汇交于结点的各杆端可以绕结点自由转动，各杆间可相互传递力，但不能传递力矩。,组合结点：,在同一结点上，某些杆件相互刚结，而另一些杆件相互铰结，则称为组合结点。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,(4) 支座的简化,活动铰支座它允许结构绕铰A转动和沿支承平面方向移动，但A点不能沿垂直于支承面的方向移动。,固定铰支座简称为铰支座，它允许结构绕铰A转动，但A点不能沿水平或竖向移动。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分
6、社,固定支座这种支座不允许结构在支承处发生任何方向的移动和转动。,定向支座定向支座又称滑动支座，结构在支承处不能转动，不能沿垂直于支承面的方向移动，但可沿支承面方向滑动。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,弹性支座如果在结构计算中，需要考虑支座本身的变形时，则这种支座称为弹性支座。弹性支座又分为抗移动弹性支座和抗转动弹性支座。,(5) 材料性质的简化,为了简化计算，通常假设材料为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。,(6) 荷载的简化,荷载简化为作用在杆件轴线上的力，祥见以下讨论。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,3）荷载的分类,(1) 按照荷载作用时
7、间的长短分：,恒载： 永久作用在结构上的不变荷载，如结构自重、固定设备、土压力等。,活载 ：暂时作用在结构上的可变荷载，如临时设备、人群、风力、水压力、移动的汽车和吊车等。,(2) 按照荷载的分布情况分：,集中荷载 ：当荷载的分布面积远小于结构的尺寸时，则可认为此荷载是作用在结构的一个点上，称为集中荷载。集中荷载有集中力和集中力偶两种。,分布荷载: 当荷载的分布面积较大时，即是分布荷载。分布荷载又可分为均匀分布荷载、线性分布（如三角形或梯形分布）荷载等。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,(3) 按照荷载作用的性质分：,静力荷载： 其大小、方向和位置不随时间而变化或变化极为缓慢，
8、不会使结构产生显著的振动，因而可略去惯性力的影响。恒载以及只考虑位置改变而不考虑动力效应的移动荷载都是静力荷载。,动力荷载 ：随时间迅速变化的荷载，使结构产生显著的振动，因而惯性力的影响不能忽略。如往复周期荷载（机械运转时产生的荷载）、冲击荷载（爆炸冲击波）和瞬时荷载（地震、风震）等。,除荷载外，还有其他一些因素也可以使结构产生内力和位移，例如温度变化、支座沉陷、制造误差、材料胀缩等。从广义上来说，可将这些因素视为广义荷载。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,4）结构计算简图举例,例1.1 图示为一根两端搁在墙上的梁，其上放一重物，现确定梁的计算简图。,土木工程专业系列教材结构力
9、学 出版社 科技分社,例2:单层厂房的计算简图,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,1.3 平面杆件结构的分类,结构的分类，实际上是指结构计算简图的分类。,1）按受力和变形特性分,（1）梁 梁是一种受弯构件，其轴线通常为直线。梁有单跨的和多跨的。其内力一般有弯矩和剪力，以弯矩为主。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,（2）刚架 刚架由梁和柱组成，结点多为刚结点。其内力一般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,（3）拱 拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平反力（推力）。这
10、使得拱内弯矩和剪力比同跨度、同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,（4）桁架 桁架由直杆组成，所有结点都为理想铰结点。当仅受结点集中荷载作用时，其内力只有轴力（拉力和压力）。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,（5）组合结构 组合结构是由只承受轴力的桁杆和主要承受弯矩的梁杆（梁或刚架杆件）组成的结构，其中含有组合结点 。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,2）按计算特性分,（1）静定结构：其杆件内力（包括反力）可由平衡条件唯一确定。,（2）超静定结构：其杆件内力（包括反力）仅由平衡条件还不能惟一确定，而必须同时考虑变形
11、条件才能唯一确定。,三、按几何特性分,（1）平面结构：各杆的轴线和外力的作用线均在同一平面内。,（2）空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。如空间刚架、网架、电视塔等。,土木工程专业系列教材结构力学 出版社 科技分社,结构力学课程的性质和内容安排,1）性质是土木工程专业一门重要的专业基础课。,2）内容,几何组成分析,静定结构内力计算,静定结构位移计算,超静定结构内力计算,基本方法,（力法、位移法）,工程使用,力矩分配法（手算）,矩阵位移法（电算）,3）课程特点与学习方法,由于内容连贯性强，切勿欠账。每学完一章后，应及时复习，切实掌握。要求大家必须按时完成作业。,土木工程指导性专业规范系列教材,本章小结（1）结构是指建筑物或构筑物中承担荷载而起骨架作用的部分。结构力学的研究对象是平面杆件结构，研究任务是平面杆件体系的几何组成规律及平面杆件结构的强度、刚度、稳定性计算和动力反应。（2）用一理想化的简化模型来代替实际结构，该模型称为实际结构的计算简图。选择计算简图的两条原则可归纳为“反映实际、简化计算”。要通过分析结构的构造特征、受力特征，并结合经验和实验综合考虑，才能确定出计算简图。选择计算简图时，要从结构体系、杆件、结点、支座、材料、荷载等几个方面入手进行简化。（3）平面杆件结构可划分为梁和刚架、桁架、拱以及组合结构等几种类型。,