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1、结构力学知识本讲稿第一页，共二十九页课程的性质和任务课程的性质和任务：培养学生进行结构分析与计算方面的能力。培养学生进行结构分析与计算方面的能力。本课程是土建专业的一门主要技术基础课，本本课程是土建专业的一门主要技术基础课，本课程的课程的任务是任务是:在学习理论力学和材料力在学习理论力学和材料力学等课程的基础上进一步掌握杆件结构的计算原学等课程的基础上进一步掌握杆件结构的计算原理和方法，理和方法，了解各类结构的受力性能，了解各类结构的受力性能，为学习为学习有关专业课程及进行结构设计和科学研究打好力学有关专业课程及进行结构设计和科学研究打好力学基础。基础。第1章 绪论本讲稿第二页，共二十九页1.
2、1结构力学的研究对象和任务结构力学的研究对象和任务结构结构在建筑物或构筑物中用来承受荷载而起在建筑物或构筑物中用来承受荷载而起骨架作用的部分。骨架作用的部分。1.1.1结构力学的研究对象结构力学的研究对象对结构进行强度、刚度、稳定性计算。对结构进行强度、刚度、稳定性计算。材料力学、结构力学、弹性力学共同研究的问题是：材料力学、结构力学、弹性力学共同研究的问题是：大概分工是：大概分工是：材力研究：单个杆件的计算。材力研究：单个杆件的计算。结力研究：由杆件所组成的结构。结力研究：由杆件所组成的结构。弹力研究：对杆件作更精确的分析，弹力研究：对杆件作更精确的分析，并研并研究板、壳、块体等非杆状结构。
3、究板、壳、块体等非杆状结构。如如:桥梁、隧道、房屋、塔桥梁、隧道、房屋、塔架、挡土架、挡土墙、水池、墙、水池、水坝等水坝等。本讲稿第三页，共二十九页结构力学的任务：结构力学的任务：（1）研究结构在载荷、温度变化、支座移动研究结构在载荷、温度变化、支座移动等因素影响下的内力计算及位移计算。等因素影响下的内力计算及位移计算。（2）研究结构的稳定性计算，以及动力荷载研究结构的稳定性计算，以及动力荷载作用下结构的动力反应。作用下结构的动力反应。（3）研究结构的组成规则和合理形式等问题。研究结构的组成规则和合理形式等问题。杆件结构分：杆件结构分：结构力学的研究对象：结构力学的研究对象：主要是杆件结构主要
4、是杆件结构平面结构平面结构空间结构。空间结构。本讲稿第四页，共二十九页结力与其它课程的关系结力与其它课程的关系后续课程为：结构设计原理、桥梁、隧道、后续课程为：结构设计原理、桥梁、隧道、房建等。结构力学为后续课程提供必要的理论基房建等。结构力学为后续课程提供必要的理论基础和计算方法。础和计算方法。结力是一门技术基础课，数学、理力、材力结力是一门技术基础课，数学、理力、材力等等是学习结构力学的先修课程；是学习结构力学的先修课程；本讲稿第五页，共二十九页1.2荷载分类荷载分类荷载荷载是作用在结构上的主动力。是作用在结构上的主动力。(1)按作用时间久暂分按作用时间久暂分恒载：长期作用在结构上的不变荷
5、载。如：自重、土压力等。恒载：长期作用在结构上的不变荷载。如：自重、土压力等。活载：暂时作用在结构上的，大小活载：暂时作用在结构上的，大小或位置或位置可以改变的可以改变的荷荷载载。如：列车、人群、风。如：列车、人群、风、雪等。、雪等。(2)按位置是否变化分按位置是否变化分固定荷载：如：恒载、某些活载，风、雪等。固定荷载：如：恒载、某些活载，风、雪等。移动荷载：如：列车、汽车、移动荷载：如：列车、汽车、吊车、人群等。吊车、人群等。本讲稿第六页，共二十九页(3)按产生动力效应大小分按产生动力效应大小分静力荷载静力荷载如：打桩机的冲击荷载、动力机械产生的振动荷载、如：打桩机的冲击荷载、动力机械产生的
6、振动荷载、风、地震产生的随机荷载风、地震产生的随机荷载静力荷载静力荷载动力荷载动力荷载指荷载的大小、方向和位置不随时间变指荷载的大小、方向和位置不随时间变化或变化很缓慢的荷载，不至于使结构产生显著的加化或变化很缓慢的荷载，不至于使结构产生显著的加速度，可以略去惯性力的影响。速度，可以略去惯性力的影响。如：自重、其他恒载等。如：自重、其他恒载等。动力荷载动力荷载指随时间迅速变化的荷载，会引起指随时间迅速变化的荷载，会引起结构振动，产生不容忽视的加速度，必须考虑惯结构振动，产生不容忽视的加速度，必须考虑惯性力的影响。性力的影响。本讲稿第七页，共二十九页(4).按分布情况分按分布情况分分布荷载：分布
7、荷载：面荷载面荷载（KN/m2）线荷载线荷载（KN/m）集中荷载：集中荷载：点荷载点荷载（KN）(5)其它其它温度变化、支座移动、制造误差、砼收缩、砼温度变化、支座移动、制造误差、砼收缩、砼徐变等也会引起结构产生内力或位移，广义地讲，这徐变等也会引起结构产生内力或位移，广义地讲，这些因素也可视为静力荷载。些因素也可视为静力荷载。本讲稿第八页，共二十九页1.3结构的计算简图结构的计算简图(3)简化内容简化内容荷载简化，杆件简化，支座荷载简化，杆件简化，支座和结点简化和结点简化(2)简化原则简化原则从实际出发，表现主要特从实际出发，表现主要特点，略去次要因素。点，略去次要因素。(1)计算简图计算简
8、图简化了的代替原结构的计算简化了的代替原结构的计算图示。图示。本讲稿第九页，共二十九页荷载简化：重物荷载简化：重物看作集中荷载。看作集中荷载。自重自重看作均布荷载。看作均布荷载。例：图例：图1-1图1-1杆件简化：用轴线代替了杆件。杆件简化：用轴线代替了杆件。支座简化：支座简化：考虑到支承面有摩擦，梁不能左右移动，但受热考虑到支承面有摩擦，梁不能左右移动，但受热膨胀时可伸长，将一端视为固定铰支座，另一端视为膨胀时可伸长，将一端视为固定铰支座，另一端视为活动铰支座。活动铰支座。本讲稿第十页，共二十九页1.4支座和结点的类型支座和结点的类型（限于平面结构）（限于平面结构）支座支座把结构与基础联系起
9、来的装置称为把结构与基础联系起来的装置称为支座。支座。支座的作用支座的作用传递荷载，固定结构的位置。传递荷载，固定结构的位置。本讲稿第十一页，共二十九页 图图1-3（1）活动铰支座）活动铰支座本讲稿第十二页，共二十九页作用：作用：限制结构沿垂直于支承面方向的移动限制结构沿垂直于支承面方向的移动。一般情况下，跨度大于一般情况下，跨度大于2025m的桥梁，用辊轴支座；的桥梁，用辊轴支座；跨度小时，用摇轴支座或弧形支座。跨度小时，用摇轴支座或弧形支座。RA通过铰通过铰A中心，并与支承面垂直，但大小中心，并与支承面垂直，但大小和指向未知。和指向未知。反力：反力：只承受垂直于支承面方向的反力只承受垂直于
10、支承面方向的反力。本讲稿第十三页，共二十九页（2）固定铰支座）固定铰支座(与可动铰支座的区别：无辊轮与可动铰支座的区别：无辊轮)图图1-4作用：作用：只允许结构绕铰只允许结构绕铰A转动转动,不能作水平、竖向移不能作水平、竖向移动。动。反力：反力：RA过铰过铰A中心，但大小、方向未知。中心，但大小、方向未知。用水平、竖向两个分反力表示用水平、竖向两个分反力表示（HA、VA）。）。本讲稿第十四页，共二十九页（3）固定端支座）固定端支座 图图1-5作用：作用：不允许结构在支承处发生任何移动和转动不允许结构在支承处发生任何移动和转动。反力：反力：大小、方向、作用点均未知。大小、方向、作用点均未知。表示
11、表示:水平反力水平反力HA、竖相反力、竖相反力VA、反力、反力偶偶MA。本讲稿第十五页，共二十九页4）滑动支座）滑动支座（也称定向支座、平行双链杆座）（也称定向支座、平行双链杆座）表示：表示：作用：作用：结构在支承处不能转动，不能沿垂直于支承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。面的方向移动，但可沿支承面方向滑动。应用应用：利用结构的对称性，取一半结构计算时、机动法作影响利用结构的对称性，取一半结构计算时、机动法作影响线时应用，实际结构不常见线时应用，实际结构不常见。反力：反力：一个垂直于支承面的力和一个力偶一个垂直于支承面的力和一个力偶本讲稿第十六页，共二
12、十九页（5）结点：结点：结构中杆件相互联结处称为结点结构中杆件相互联结处称为结点例：木屋架端结点的构造，其各杆端不能绕结点任意转动，例：木屋架端结点的构造，其各杆端不能绕结点任意转动，但由于联结不可能很严密、牢固，因而杆件之间有发生相对但由于联结不可能很严密、牢固，因而杆件之间有发生相对微小转动的可能，所以简化为铰结点。微小转动的可能，所以简化为铰结点。2）刚结点：）刚结点：特征特征-各杆端之间不能发生任何相对转动，结各杆端之间不能发生任何相对转动，结构变形时各杆端切线之间夹角保持不变。构变形时各杆端切线之间夹角保持不变。1）铰结点：）铰结点：特征特征-各杆可绕结点中心自由转动各杆可绕结点中心
13、自由转动。本讲稿第十七页，共二十九页如：钢桁架如：钢桁架简化计算时取铰结点联结；简化计算时取铰结点联结；精确计算时取刚结点联结。精确计算时取刚结点联结。如：钢筋砼屋架：如：钢筋砼屋架：构造：把各杆焊接在结点板上，各杆端不能相对转动，构造：把各杆焊接在结点板上，各杆端不能相对转动，但桁架中杆件主要承受轴力，所以计算时仍然简化为但桁架中杆件主要承受轴力，所以计算时仍然简化为铰结点。这样考虑，引起的误差一般是允许的。铰结点。这样考虑，引起的误差一般是允许的。本讲稿第十八页，共二十九页例：排架的立柱与基础联结如图：例：排架的立柱与基础联结如图：材料材料1、2若用细石砼，若用细石砼，简化为简化为固定端支
14、座。固定端支座。图图1-10材料材料1用细石砼，用细石砼，2用沥青麻丝用沥青麻丝，简化为，简化为固定铰支座。固定铰支座。本讲稿第十九页，共二十九页1.5结构的分类结构的分类(1)按几何特征分：按几何特征分：实体结构：三个方向的尺度相近如：大坝、重力实体结构：三个方向的尺度相近如：大坝、重力式挡土墙式挡土墙薄壁结构：厚度远小于其它两个尺度（长、宽）薄壁结构：厚度远小于其它两个尺度（长、宽）如：板、壳如：板、壳杆件结构：长度远大于其他两个尺度（高杆件结构：长度远大于其他两个尺度（高、宽）、宽）如梁。如梁。杆件结构、薄壁结构、实体结构杆件结构、薄壁结构、实体结构本讲稿第二十页，共二十九页(2)杆件结
15、构按受力特征分：杆件结构按受力特征分：图图1-11 1)梁：梁：属于受弯杆件，梁轴线一般为直线。属于受弯杆件，梁轴线一般为直线。梁的种类：梁的种类：本讲稿第二十一页，共二十九页轴线为曲线，在竖向荷载作用下产轴线为曲线，在竖向荷载作用下产生水平反力生水平反力2）拱：拱：拱结构的拱结构的弯矩弯矩与跨度、荷载相同的梁相比小得与跨度、荷载相同的梁相比小得多。多。常见的拱结构：常见的拱结构：图图112本讲稿第二十二页，共二十九页直杆组成，具有刚结点（至少有一个直杆组成，具有刚结点（至少有一个刚结点）如图刚结点）如图1-13（a）所示）所示由直杆组成，所有结点均为铰结点。由直杆组成，所有结点均为铰结点。集
16、中力作用在结点上时，杆件只产生轴力集中力作用在结点上时，杆件只产生轴力3)刚架：刚架：4）桁架：）桁架：图图1-13本讲稿第二十三页，共二十九页5）组合结构：组合结构：6）悬索结构：）悬索结构：由受弯杆件与链杆组成的结构由受弯杆件与链杆组成的结构。如：如：梁与桁架组合、刚架与桁架组合。图梁与桁架组合、刚架与桁架组合。图1-14。主要承重构件是悬挂在塔、柱上主要承重构件是悬挂在塔、柱上的缆索。的缆索。索：索：只受轴向拉力，可充分发挥钢材的强只受轴向拉力，可充分发挥钢材的强度，自重轻，可跨越很大跨度度，自重轻，可跨越很大跨度图图1-14本讲稿第二十四页，共二十九页(3).按杆轴线和外力的空间位置分
17、：按杆轴线和外力的空间位置分：(4).按内力是否静定分：按内力是否静定分：平面结构平面结构各杆轴线、外力均在同一平面内各杆轴线、外力均在同一平面内空间结构空间结构各杆轴线、外力均不在同一平面内各杆轴线、外力均不在同一平面内超静定结构超静定结构只靠平衡条件不能确定全部反力只靠平衡条件不能确定全部反力和内力，必须考虑变形条件才能和内力，必须考虑变形条件才能确定。确定。静定结构静定结构全部反力和内力都可由静力平衡条全部反力和内力都可由静力平衡条件确定。件确定。本讲稿第二十五页，共二十九页1.6结构力学的学习方法结构力学的学习方法3）将计算结果运用于实际结构的设计和施工。）将计算结果运用于实际结构的设
18、计和施工。从分量上看从分量上看，第二部分占比重大，第二部分占比重大从理论联系实际的角度看第一、三部分是重要环节从理论联系实际的角度看第一、三部分是重要环节(1).注意结构力学与其它课程的关系。注意结构力学与其它课程的关系。对高数、理力、材力根据个人实际情况进行必对高数、理力、材力根据个人实际情况进行必要的复习，并在运用中得到巩固和提高。要的复习，并在运用中得到巩固和提高。(2).注意理论联系实际注意理论联系实际从解决工程实际问题的角度来看，结力内容分三从解决工程实际问题的角度来看，结力内容分三部分：部分：1）将实际结构简化为计算简图；）将实际结构简化为计算简图；2）研究各种计算简图的计算方法；
19、）研究各种计算简图的计算方法；本讲稿第二十六页，共二十九页(3)注意分析问题的方法与解题思路注意分析问题的方法与解题思路通过大量的习题巩固通过大量的习题巩固已学过的理论知识，进一步提高分析问题、已学过的理论知识，进一步提高分析问题、解决问题的能力。解决问题的能力。(4)注意多练、完成作业注意多练、完成作业做题练习，是学习结力的重要环节，做题练习，是学习结力的重要环节，不做一定数量的习题很难掌握概念、原理不做一定数量的习题很难掌握概念、原理和方法。和方法。对每种计算方法要掌握对每种计算方法要掌握基本原理，基本原理，解题思路，适用范围。解题思路，适用范围。本讲稿第二十七页，共二十九页课程的基本要求
20、：课程的基本要求：学生在学完本课程之后应能达到以下要求：学生在学完本课程之后应能达到以下要求：1对一般的杆件结构能选择计算简图对一般的杆件结构能选择计算简图,并能分并能分析其几何组成。析其几何组成。2熟练运用取隔离体，列平衡方程的方法熟练运用取隔离体，列平衡方程的方法对一般静定结构正确的进行内力分析。对一般静定结构正确的进行内力分析。3理解影响线的概念，掌握静力法作静定梁、理解影响线的概念，掌握静力法作静定梁、桁架的影响线，会利用影响线求移动荷载桁架的影响线，会利用影响线求移动荷载下结构的最大内力。下结构的最大内力。本讲稿第二十八页，共二十九页4理解变形体虚功原理的内容及应用，理解变形体虚功原理的内容及应用，熟练掌握静定结构的位移计算方法。熟练掌握静定结构的位移计算方法。6掌握矩阵位移法计算杆件结构的原理及方掌握矩阵位移法计算杆件结构的原理及方法，并具有使用结构计算程法，并具有使用结构计算程序序的能力。的能力。5掌握力法、位移法、力矩分配法的基本原理，掌握力法、位移法、力矩分配法的基本原理，并能选择适当的计算方法对一般超静定结构作并能选择适当的计算方法对一般超静定结构作熟练的计算，会计算超静定结构的位移。熟练的计算，会计算超静定结构的位移。7掌握杆件结构动力分析的基本方法。掌握杆件结构动力分析的基本方法。返回目录本讲稿第二十九页，共二十九页