第一章结构力学绪论

1、结构力学返 回退 出20:041-1 结构力学研究的对象及任务结构力学研究的对象及任务1-2 荷载的分类荷载的分类1-3 结构的计算简图结构的计算简图1-5 结构的分类结构的分类1-4 支座和结点的类型支座和结点的类型第一章第一章 绪论绪论结构力学返 回退 出20:04钢结构钢结构8888层高层高420m420m（曾名列（曾名列亚洲第一、亚洲第一、世界第三）世界第三）上海金贸大厦上海金贸大厦1-1 结构力学的研究对象及任务结构力学的研究对象及任务如：如：房屋结构、房屋结构、 桥梁结构桥梁结构、特种结构等。特种结构等。大坝结构大坝结构、 建筑物和工程设施中建筑物和工程设施中承受、传递荷载承受、传

2、递荷载而起而起骨架作用骨架作用的部分的部分称为工程结构，简称为称为工程结构，简称为结构结构。 1. 结构结构世界第一拱世界第一拱(钢结构跨径钢结构跨径550m)斜拉桥斜拉桥水利工程的拱坝水利工程的拱坝中国民航飞机高速列车宇宙飞船结构力学返 回退 出20:042. 2. 结构力学的研究对象结构力学的研究对象结构力学结构力学: : 结构结构+ +力学力学几门力学课程研究对象比较几门力学课程研究对象比较: : 材料力学材料力学: : 研究单个杆件研究单个杆件; ;弹性力学弹性力学: 研究杆件（更精确）、板、壳、及块研究杆件（更精确）、板、壳、及块体等非杆状结构。体等非杆状结构。结构力学结构力学: :

3、 研究由杆件系统研究由杆件系统（Framed StructureFramed Structure）组组成的工程结构成的工程结构, , 即即 杆系结构杆系结构 ; ;理论力学理论力学: : 研究质点，质点系，刚体研究质点，质点系，刚体; ;1-1 结构力学的研究对象及任务结构力学的研究对象及任务结构力学返 回退 出20:043. 3. 结构力学的研究任务结构力学的研究任务 (2) (2) 研究结构在荷载等因素作用下的内力（研究结构在荷载等因素作用下的内力（强度强度）及位移）及位移（刚度刚度）计算。）计算。 强度强度结构在外力作用下是否会破坏的问题。结构在外力作用下是否会破坏的问题。 （如：桥在火

4、车作用下的内力计算问题）。（如：桥在火车作用下的内力计算问题）。 刚度刚度结构在外力作用下变形是否满足规定值。结构在外力作用下变形是否满足规定值。 （如：桥在火车作用下的位移、挠度、转角计算）。（如：桥在火车作用下的位移、挠度、转角计算）。( (3) 3) 研究结构的研究结构的稳定性稳定性及及动力荷载作用动力荷载作用下的反应。下的反应。 稳定性稳定性受压构件在轴向压力作下，能否保持其受压构件在轴向压力作下，能否保持其直线平衡状态。杆件如受压后变弯直线平衡状态。杆件如受压后变弯失稳失稳 (1) (1) 研究结构的组成规则和合理形式。研究结构的组成规则和合理形式。 1-1 结构力学的研究对象及任务

5、结构力学的研究对象及任务结构力学返 回退 出20:04 理论分析理论分析、实验研究实验研究和和数值计算数值计算三方面。三方面。 结结构力学的计算方法众多，但所有方法都要考虑下构力学的计算方法众多，但所有方法都要考虑下列三方面的条件：列三方面的条件：（1）力系的平衡条件及运动条件）力系的平衡条件及运动条件;（2）变形的几何连续条件）变形的几何连续条件;（3）应力与变形间的物理条件（或称为本构方程）。）应力与变形间的物理条件（或称为本构方程）。4. 结构力学的研究方法结构力学的研究方法1-1 结构力学的研究对象及任务结构力学的研究对象及任务结构力学返 回退 出20:04荷载：荷载： 作用在结构上的

6、作用在结构上的主动力主动力。 例如，结构的自重、水压力、土压力、风载等，例如，结构的自重、水压力、土压力、风载等， 在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变化的荷载。化的荷载。1、按作用时间的长短分类、按作用时间的长短分类 长期作用在结构上的不变荷载（如：结构构件的自长期作用在结构上的不变荷载（如：结构构件的自重、土压力等）。重、土压力等）。 思考：思考：恒载和活载对结构的影响有何不同？恒载和活载对结构的影响有何不同？活载：活载：恒载：恒载： 广义荷载广义荷载: 还包括使结构产生内力的其他因素。还包括使结构产生内力的其他因素。 例如，温度变化、基础沉

7、陷、材料胀缩等。例如，温度变化、基础沉陷、材料胀缩等。1-2 荷载的分类荷载的分类结构力学返 回退 出20:04在结构上的作用位置是移动的（如：在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷汽车荷载载，吊车荷载吊车荷载）。）。2 、按作用位置是否固定分类按作用位置是否固定分类 在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、 风载、雪载）。风载、雪载）。 固定荷载固定荷载： 移动荷载移动荷载：1-2 荷载的分类荷载的分类3、按荷载作用的性质分类、按荷载作用的性质分类 数量、位置、大小等不随时间变化或变化极数量、位置、大小等不随时间变化或变化极为缓慢，不使结构产生显著的振动，

8、因而为缓慢，不使结构产生显著的振动，因而惯性力惯性力的影响的影响可以可以忽略忽略（如：恒载、雪载）。（如：恒载、雪载）。静力荷载：静力荷载：结构力学返 回退 出20:04 随时间迅速变化，使结构产生显著振动，因随时间迅速变化，使结构产生显著振动，因而而惯性力的影响不能忽略惯性力的影响不能忽略（如：冲击荷载、地震荷载（如：冲击荷载、地震荷载等。车辆荷载、风荷载在通常的设计中视为静载等。车辆荷载、风荷载在通常的设计中视为静载, 但在但在特殊情况下按动载考虑）。特殊情况下按动载考虑）。动力荷载：动力荷载： 1-2 荷载的分类荷载的分类4、按结构与荷载接触的情况、按结构与荷载接触的情况分类分类 荷载不

9、是直接作用而是通过荷载不是直接作用而是通过纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。 直接作用于结构上的荷载（纵梁上的荷载）。直接作用于结构上的荷载（纵梁上的荷载）。 直接荷载：直接荷载： 间接荷载（结点荷载）：间接荷载（结点荷载）：DEBAC主 梁纵 梁横 梁 (节 点 )F=1结构力学返 回退 出20:04 1、计算简图：、计算简图： 将一个具体的工程结构物用一个简化的将一个具体的工程结构物用一个简化的受力图形来表示。受力图形来表示。选择计算简图时，要它能反映工程结构物的如下特征：选择计算简图时，要它能反映工程结构物的如下特征： 1 1受力特性受力

10、特性（荷载的大小、方向、作用位置）；（荷载的大小、方向、作用位置）； 2 2几何特性几何特性（构件的轴线、形状、长度）；（构件的轴线、形状、长度）； 3 3支承特性支承特性（支座的约束反力性质、杆件连接形式）。（支座的约束反力性质、杆件连接形式）。选取计算简图的原则：选取计算简图的原则：（1 1）正确反映实际结构的受力情况和主要性能。）正确反映实际结构的受力情况和主要性能。（2 2）略去次要因素，便于分析和计算。）略去次要因素，便于分析和计算。选取计算简图时应考虑的因素：选取计算简图时应考虑的因素：（1 1）结构的重要性；）结构的重要性； （2 2）设计阶段；）设计阶段；（3 3）计算问题的性

11、质；（）计算问题的性质；（4 4）计算工具。）计算工具。1-3 结构的计算简图结构的计算简图结构力学返 回退 出20:04 对实际结构体系主要进行如下的简化：对实际结构体系主要进行如下的简化：(1) 结构整体的简化（如分解为平面结构）；结构整体的简化（如分解为平面结构）； (2) 杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）；杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）； (3) 杆件间连接的简化（铰结点、刚结点）；杆件间连接的简化（铰结点、刚结点）； (4) 结构与基础间连接的简化（支座表示）；结构与基础间连接的简化（支座表示）； (5) 荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；

12、 (6) 材料性质的简化。材料性质的简化。 2、简化方法、简化方法1-3 结构的计算简图结构的计算简图结构力学返 回退 出20:04(1) 结构整体的简化（如分解为平面结构）；结构整体的简化（如分解为平面结构）； 多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实际空间结构分解为平面结构。实际空间结构分解为平面结构。EIEI(代屋架杆）F 注意：注意：有些结有些结构具有明显的空间构具有明显的空间特征而不宜简化成特征而不宜简化成平面结构。平面结构。1-3 结构的计算简图结构的计算简图 2、简化方法、简化方法结构力学返 回退 出20:04 (2) 杆件的简化（杆

13、轴表示，荷载作用杆轴）；杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）； 由于杆件的截面尺寸通常比杆件长度小得多，因此在由于杆件的截面尺寸通常比杆件长度小得多，因此在计算简图中，用轴线代替实际杆件。计算简图中，用轴线代替实际杆件。 注意：注意：当截面尺寸增大时（如超过长度的当截面尺寸增大时（如超过长度的14）,杆件杆件用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。为什么可以？请思考！为什么可以？请思考！1-3 结构的计算简图结构的计算简图 2、简化方法、简化方法结构力学返 回退 出20:04 (5) 荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；荷载的简化（集中荷载、分布荷载）； (6

14、) 材料性质的简化。材料性质的简化。 在结构计算中，对组成各构件的材料一般都假设为连在结构计算中，对组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。 (3) 杆件间连接的简化（铰结点、刚结点等）；杆件间连接的简化（铰结点、刚结点等）； (4) 结构与基础间连接的简化（支座表示）；结构与基础间连接的简化（支座表示）；1-3 结构的计算简图结构的计算简图 2、简化方法、简化方法结构力学返 回退 出20:043、简化实例、简化实例1-3 结构的计算简图结构的计算简图结构力学返 回退 出20:041-3 结构的计算简图结构的计算

15、简图3、简化实例、简化实例结构力学返 回退 出20:041-3 结构的计算简图结构的计算简图3、简化实例、简化实例结构力学返 回退 出20:041-4 支座和结点的类型支座和结点的类型一、支座一、支座：把结构与基础联系起来的装置。：把结构与基础联系起来的装置。1.1. 活动铰支座活动铰支座( (Roller supportRoller support) )AVA滚轴支座FyDCABFyCFyAFyBFyDFxA计算简图计算简图结构力学返 回退 出20:04 2. 固定铰支座固定铰支座(Hinge support)AVAHA沥青麻刀FxFyFxFy或屋架柱焊缝预埋钢板1-4 支座和结点的类型支座

16、和结点的类型 结构力学返 回退 出20:043. 固定端固定端(Fixed support)AMAVAHA细石混凝土FyMFx1-4 支座和结点的类型支座和结点的类型结构力学返 回退 出20:044. 滑动支座滑动支座(Fixed support)MFy1-4 支座和结点的类型支座和结点的类型结构力学返 回退 出20:04二、二、结点结点：结构中杆件相互联结的地方：结构中杆件相互联结的地方。1. 铰结点铰结点( (Hinge joint) ) 杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有x 向向和和 y 向反力，但无弯矩。向反力，但无弯矩。1-4 支

17、座和结点的类型支座和结点的类型结构力学返 回退 出20:042. 刚结点刚结点( (Rigid joint) ) 杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有x和和y 向反力，也有弯矩。向反力，也有弯矩。1-4 支座和结点的类型支座和结点的类型结构力学返 回退 出20:043. 组合结点组合结点 同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。 组合梁组合梁（加劲梁）（加劲梁）1-4 支座和结点的类型支座和结点的类型结构力学返 回退 出20:04 （1）杆件结构）杆件结构由杆件组成的结构（杆件的几何特征由杆件组成的

18、结构（杆件的几何特征是横截面尺寸比长度小很多）。如：梁、拱、桁架、刚架。是横截面尺寸比长度小很多）。如：梁、拱、桁架、刚架。 （2）板壳结构）板壳结构结构的形状是平面或曲面，它的厚度比结构的形状是平面或曲面，它的厚度比长度和宽度小得多。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。长度和宽度小得多。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。1. 从几何角度分类从几何角度分类 （3）实体结构）实体结构长、宽、厚三个方向尺寸相当。如长、宽、厚三个方向尺寸相当。如: 大坝、大坝、挡土挡土墙墙。1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:042. 按受力特性的不同分类按受力特性的不同分类 (1) 梁梁(Beam)是

19、一种受弯杆，轴线为直线，有单跨是一种受弯杆，轴线为直线，有单跨与多跨的。与多跨的。1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:04(2) 拱拱(Arch)：轴线是曲线，竖向荷载作用下产生水平：轴线是曲线，竖向荷载作用下产生水平支承推力。支承推力。1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:04(3) 刚架刚架(Frame)：由直杆组成，并具有刚结点。：由直杆组成，并具有刚结点。 ( bending, shearing and tension or compression） 主要以受弯为主。主要以受弯为主。 多跨多跨多层多层空间空间刚架刚架1-5 结构的分类结构的分类结构力学

20、返 回退 出20:04(4) 桁架桁架(Truss): 所有结点均为铰结点，各杆仅受轴力所有结点均为铰结点，各杆仅受轴力。 1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:04(5) 组合结构组合结构(Composite structure): 桁架与梁或刚架组桁架与梁或刚架组合在一起。合在一起。1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:04(6) 悬索结构悬索结构(cable-suspended structure) 1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:043. 按杆件系统的轴线是否在同一平面内按杆件系统的轴线是否在同一平面内分类分类平面内，外力也作用在任

21、意面一平杆件系统的轴系不在同空间结构平面内内，且外力也作用在该平面杆件系统的轴系在同一平面结构 : ) ( : ) (structurespacestructureplane4. 按内力是否静定分类按内力是否静定分类)mindet(:)mindet(:ate systemer instaticallyate systemer statically还需要变形条件超静定结构条件求出内、反力可由静力平衡静定结构1-5 结构的分类结构的分类结构力学返 回退 出20:04本章重点本章重点一、与相关课的关系一、与相关课的关系1 1、“理力理力”、“材力材力”是是“结构力学结构力学”的先修课。的先修课。（1

22、 1）“理力理力”为为“结力结力”提供基本的力学原理。提供基本的力学原理。 （2 2）“材力材力”以研究单根杆件为主，以研究单根杆件为主，“弹力弹力”以研以研究实体结构与薄壁结构为主，究实体结构与薄壁结构为主，“结构力学结构力学”研究的是杆研究的是杆系结构。系结构。 2 2、“钢结构钢结构”、“钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构”、“砖石结砖石结构构”、“结构抗震结构抗震”等是等是“结力结力”的后继课。的后继课。3 3、“结力结力”的特点的特点（1 1）系统性：一环套一环，连锁反应。）系统性：一环套一环，连锁反应。（2 2）灵活性：一题多解，殊途同归。）灵活性：一题多解，殊途同归。结构力学返 回退

23、出20:04二、二、 如何选择结构的计算简图如何选择结构的计算简图三、三、 各种结点，支座的计算简图形式各种结点，支座的计算简图形式四、四、 通过结构力学的学习，通过结构力学的学习，逐步培养如下能力逐步培养如下能力1. 1. 分析能力分析能力 （1 1）选择结构计算简图的能力）选择结构计算简图的能力 （2 2）力系平衡分析和变形几何分析的能力，是结构）力系平衡分析和变形几何分析的能力，是结构分析的两个看家本领，要在反复运用中加以融会贯通，逐分析的两个看家本领，要在反复运用中加以融会贯通，逐步提高，力求达到正确、熟练、灵活运用的水平。步提高，力求达到正确、熟练、灵活运用的水平。 （3 3）选择计算方法的能力）选择计算方法的能力方法众多，要了解各方法众多，要了解各种方法的特点和最适用的场合，具有根据具体问题选择恰种方法的特点和最适用的场合，具有根据具体问题选择恰当计算方法的能力。当计算方法的能力。本章重点本章重点结构力学返 回退 出20:042. 计算能