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1、结构力学 主讲：张瑞军 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1、机械设计专业重要的专业基础课，一、机械设计专业重要的专业基础课，一方面它以高等数学、理论力学、材料力方面它以高等数学、理论力学、材料力学等课程为基础；另一方面，它又是钢学等课程为基础；另一方面，它又是钢结构、混凝土机械、工程起重机结构等结构、混凝土机械、工程起重机结构等专业课的基础。专业课的基础。2、该程不仅为后续课程提供必需的基础、该程不仅为后续课程提供必需的基础知识和计算方法，而且在课程
2、设计、毕知识和计算方法，而且在课程设计、毕业设计的过程中也要反复用到，在整个业设计的过程中也要反复用到，在整个课程体系中处于承上启下的核心地位。课程体系中处于承上启下的核心地位。3、课程学习有一定的难度，、课程学习有一定的难度，精讲多练精讲多练！共同将该课学好！共同将该课学好！返返返返 回回回回前前 言言返返返返 回回回回11 11 杆件结构力学的研究对象和任务杆件结构力学的研究对象和任务12 杆件结构的计算简图杆件结构的计算简图13 杆件结构的类型杆件结构的类型14 荷载的分类荷载的分类11 11 杆件结构力学的研究对象和任务杆件结构力学的研究对象和任务返返返返 回回回回学 科研究对象研究任
3、务理论力学质点、刚体物体机械运动的一般规律材料力学单根杆件结构力学杆件结构弹性力学 板壳、实体结构变形体的强度、刚度变形体的强度、刚度和稳定性和稳定性各力学课程的比较：1.结构结构承受荷裁的建筑物和构筑物或其中的某承受荷裁的建筑物和构筑物或其中的某些承重构件。如房屋、桥梁、水池、挡土墙等。些承重构件。如房屋、桥梁、水池、挡土墙等。2.结构的种类结构的种类1）按几何特征分按几何特征分杆件结构杆件结构-长度远大于其他两尺寸（宽、高）长度远大于其他两尺寸（宽、高）薄壁结构薄壁结构-厚度远小于其他两尺寸厚度远小于其他两尺寸实体结构实体结构-三个方向的尺寸大约为同一量级三个方向的尺寸大约为同一量级2）按
4、空间特征分按空间特征分平面杆件结构平面杆件结构-所有杆件的轴线及荷载位于同一平面所有杆件的轴线及荷载位于同一平面内内空间杆件结构空间杆件结构其他其他v 结构力学的研究对象结构力学的研究对象研究由杆件组成的体系。研究由杆件组成的体系。返返返返 回回回回返返返返 回回回回3.结构力学的具体任务：结构力学的具体任务：(1)研究荷载等因素在结构中所产生的内力（强度计算）；研究荷载等因素在结构中所产生的内力（强度计算）；(2)(2)计算荷载等因素所产生的变形（刚度计算）；计算荷载等因素所产生的变形（刚度计算）；(3)(3)分析结构的稳定性（稳定性计算）；分析结构的稳定性（稳定性计算）；(4)(4)探讨结
5、构的组成规律及合理形式。探讨结构的组成规律及合理形式。进行强度、稳定性计算的目的，在于保证结构满足安全和经济的要求。进行强度、稳定性计算的目的，在于保证结构满足安全和经济的要求。计算刚度的目的，在于保证结构不至于发生过大的变形，以至于影响正常计算刚度的目的，在于保证结构不至于发生过大的变形，以至于影响正常使用。使用。研究组成规律目的，在于保证结构各部分，不至于发生相对的刚体运动，研究组成规律目的，在于保证结构各部分，不至于发生相对的刚体运动，而能承受荷载维持平衡。而能承受荷载维持平衡。探讨结构合理的形式，是为了有效地利用材料，使其性能得到充分发挥。探讨结构合理的形式，是为了有效地利用材料，使其
6、性能得到充分发挥。返返返返 回回回回返返返返 回回回回返返返返 回回回回返返返返 回回回回返返返返 回回回回返返返返 回回回回12 杆件结构的计算简图杆件结构的计算简图能表现结构的主要特点能表现结构的主要特点,略去次要因素略去次要因素的原结构的简化图形。的原结构的简化图形。简化的内容简化的内容1.杆件的简化杆件的简化;2.荷载的简化；荷载的简化；3.支座和结点的简化。支座和结点的简化。例如例如:计算简图计算简图:qP返返返返 回回回回返返返返 回回回回一、杆件的简化一、杆件的简化 根据杆件受力后的变形特点，由材料力学可知，根据杆件受力后的变形特点，由材料力学可知，各种杆件在计算简图中均用其轴线
7、来代替。等截面各种杆件在计算简图中均用其轴线来代替。等截面直杆的轴线是一直线，曲杆是一曲线。一根变截面直杆的轴线是一直线，曲杆是一曲线。一根变截面杆件也都近似地以一条直线或曲线来代替。杆件也都近似地以一条直线或曲线来代替。返返返返 回回回回二、支座的简化和分类二、支座的简化和分类活动铰支座活动铰支座 只能阻止结构上只能阻止结构上A点沿垂直于制作平面点沿垂直于制作平面方向的移动方向的移动固定铰支座固定铰支座 不允许结构上不允许结构上A点点发生任何方向的线移发生任何方向的线移动动AFAyAFAyFAx返返返返 回回回回 固定支座固定支座 不允许发生任何不允许发生任何移动和转动。移动和转动。AFAy
8、MAFAx返返返返 回回回回（4 4）定向支座定向支座 约束约束X X方向的移动和方向的移动和转动转动MFy返返返返 回回回回(1)(1)铰支座铰支座(2)(2)滚轴支座滚轴支座(3)(3)固定支座固定支座YXYYXM（4 4）定向支座）定向支座MY三三.结点的简化结点的简化11）铰结点：约束各杆端不能相对移动，但可）铰结点：约束各杆端不能相对移动，但可相对转动；可以传递力，不能传递力矩。相对转动；可以传递力，不能传递力矩。返返返返 回回回回2 2）刚结点：连接各杆端既不能相对移动，）刚结点：连接各杆端既不能相对移动，又不能相对转动；既可以传递力，又可传递又不能相对转动；既可以传递力，又可传递
9、力矩。力矩。返返返返 回回回回返返返返 回回回回3 3）组合结点：是一些杆端为刚结，另一些杆端）组合结点：是一些杆端为刚结，另一些杆端为铰结。铰结点和刚结点在一起形成。为铰结。铰结点和刚结点在一起形成。组合结点处的铰称为组合结点处的铰称为不完全铰返返返返 回回回回四四.计算简图示计算简图示例例桁架式组合吊车梁桁架式组合吊车梁横梁横梁AB和竖杆和竖杆CD由钢筋混凝土组成由钢筋混凝土组成斜杆斜杆AD、BD则为则为16Mn圆钢圆钢吊车梁两端由柱子上的牛腿支撑吊车梁两端由柱子上的牛腿支撑1、支座简化、支座简化 吊车梁的两端吊车梁的两端2、结点简化、结点简化 AB-整体钢筋混凝土梁整体钢筋混凝土梁-取为
10、连续梁取为连续梁 CD、AD、BD、主要承受轴力、主要承受轴力-两端可看作铰两端可看作铰接接 C为组合结点为组合结点3、杆件、杆件 用各杆的轴线代替用各杆的轴线代替返返返返 回回回回计算简图示例计算简图示例此计算简图此计算简图（1）保证了主梁）保证了主梁AB的受力性能（的受力性能（F、N、M）（2）其余三杆，保留了主要为轴力）其余三杆，保留了主要为轴力特点，忽略了较小的弯矩和剪力特点，忽略了较小的弯矩和剪力（3）支座保留了主要的竖向支承作）支座保留了主要的竖向支承作用，忽略了微弱的转动约束作用用，忽略了微弱的转动约束作用返返返返 回回回回选取计算简图应遵循的原则选取计算简图应遵循的原则（1）尽
11、可能反映实际结构的主要）尽可能反映实际结构的主要工作性能，以使计算结果精确可靠；工作性能，以使计算结果精确可靠；（2）必须抓住主要矛盾，忽略某）必须抓住主要矛盾，忽略某些次要因素，力求计算简便；些次要因素，力求计算简便；科学抽象科学抽象-事物内在规律事物内在规律恰当恰当选取计算简图选取计算简图v粗略计算简图粗略计算简图v精确计算简图精确计算简图13 3 杆件结构的类型杆件结构的类型按几何特征分类按几何特征分类:1.杆件结构杆件结构2.薄壁结构薄壁结构梁梁板板壳壳返返返返 回回回回3.实体结构实体结构例如：水坝、地基、挡土墙返返返返 回回回回返返返返 回回回回杆件结构的分类：杆件结构的分类：1.
12、梁梁2.桁架桁架3.拱拱4.刚架刚架5.组合结构组合结构平面结构和空间结构平面结构和空间结构RARB返返返返 回回回回平面结构：空间结构：杆件结构又分为:梁是一种受弯杆件，其轴线通常为直线。梁又分为单跨梁和多跨梁。拱：刚架：拱的轴线为曲线且在竖向荷载作用下会产生水平反力，其弯矩比相应梁的弯矩为小。由梁和柱组成，各杆件主要受弯。主要是刚结点，也可有部分铰接点或组合结点。梁：返返返返 回回回回 这是由桁架和 梁或桁架和刚架等组合在一起的 结构。在这种结构中，有些杆件只承受轴力，而另一些杆件则同时承受弯矩、剪力和轴力。由直杆组成，但所有结点均为铰结点，在集中结点荷载作用下，各杆只产生轴力。桁架：组合
13、结构：返返返返 回回回回桁架特点：理想铰、平直杆、力结点14 荷载的分类荷载的分类1.荷载：指作用在结构上的主动力。荷载：指作用在结构上的主动力。如：自重、荷重、风载、雪载如：自重、荷重、风载、雪载等。等。2.荷载的分类荷载的分类按作用时间久暂按作用时间久暂恒载恒载(长期且不变长期且不变),如自重、土压力等如自重、土压力等。活载活载(暂时且可变暂时且可变)，如车辆、人群、风、雪等。，如车辆、人群、风、雪等。按作用位置是否变化按作用位置是否变化固定荷载固定荷载(位置不变位置不变)，包括恒载及某些活载。，包括恒载及某些活载。移动荷载移动荷载(位置可变位置可变)，如：移动的活载等。，如：移动的活载等
14、。按作用性质按作用性质静力荷载静力荷载(荷载的大小、方向和位置不随时间变荷载的大小、方向和位置不随时间变 化或变化很缓慢化或变化很缓慢动力效应小动力效应小)。动力荷载动力荷载(动力效应大动力效应大冲击荷载、风及地震产冲击荷载、风及地震产 生的随机荷载等生的随机荷载等)。返返返返 回回回回返返返返 回回回回按荷载作用的范围按荷载作用的范围分布荷载分布荷载集中荷载集中荷载（连续分布结构某一部分）（连续分布结构某一部分）（作用在结构某一点处的荷载）（作用在结构某一点处的荷载）均布荷载均布荷载-等截面杆自重等截面杆自重非均布荷载非均布荷载池壁水压力池壁水压力风荷风荷挡土墙土压力挡土墙土压力本书只讨论结构在本书只讨论结构在 静力荷载作用下的计算问题。静力荷载作用下的计算问题。结构除承受荷载外，还可能承受其他因素作用如：温结构除承受荷载外，还可能承受其他因素作用如：温度改变、支座位移等，后面加以讨论。度改变、支座位移等，后面加以讨论。