结构力学课件

1、龙驭球、包世华龙驭球、包世华 编编结构力学教程结构力学教程I I、IIII高等教育出版社，高等教育出版社，20012001。1.1.杨弗康等主编杨弗康等主编结构力学结构力学高等教育高等教育出版社，出版社，19981998。2.2.包世华主编包世华主编结构力学结构力学武汉工业大武汉工业大学出版社，学出版社，20002000。3.3.王焕定等编著王焕定等编著结构力学结构力学高等教育高等教育出版社，出版社，20002000。每位同学准备每位同学准备2 2个作业本，轮换使用。个作业本，轮换使用。到时不交的，过期不予批阅。到时不交的，过期不予批阅。5829321458293214（O O）或）或1376

2、224838713762248387（M M）。）。 1-1 结构力学简介 1-2 结构的计算简图及简化要点 1-3 杆件结构的分类 1-4 荷载的分类 - 基本要求 结构力学的发展历史、研究对象和研究任结构力学的发展历史、研究对象和研究任务，与其它课程的关系及常见杆件结构的务，与其它课程的关系及常见杆件结构的分类。分类。结构计算简图的概念和确定结构计算简图结构计算简图的概念和确定结构计算简图的原则；杆件结构的支座、结点类型和特的原则；杆件结构的支座、结点类型和特 点及荷载分类。点及荷载分类。 溯源古代工程实践溯源古代工程实践在建筑结构方面在建筑结构方面：早在六千年前，我们祖先就已经建造了木框

3、架结构房屋早在六千年前，我们祖先就已经建造了木框架结构房屋（木构件分为桩、柱、梁、板，采用榫卯联接），逐渐（木构件分为桩、柱、梁、板，采用榫卯联接），逐渐告别利用天然结构巢居和穴居的原始状态。（根据浙江告别利用天然结构巢居和穴居的原始状态。（根据浙江余姚河姆渡新石器时代遗址考古）余姚河姆渡新石器时代遗址考古）三千年前三千年前周礼周礼中的中的考工记考工记就已经记载了各种建就已经记载了各种建筑的形式和制式。筑的形式和制式。 在汉代王延寿的在汉代王延寿的鲁灵光殿赋鲁灵光殿赋中曾出现中曾出现“结构结构”这一这一专有名词。专有名词。 在水工结构方面在水工结构方面：公元前公元前256-251256-251

4、年秦朝修建的岷江水利枢纽工程都江堰创年秦朝修建的岷江水利枢纽工程都江堰创造了用竹笼装卵石堆砌的堤坝结构，使用至今，其结构造了用竹笼装卵石堆砌的堤坝结构，使用至今，其结构之简单，规模之宏伟，堪称世界之最。之简单，规模之宏伟，堪称世界之最。在桥梁结构方面在桥梁结构方面：公元公元605-617605-617年隋朝修建的河北赵县安济桥（也称赵州桥）年隋朝修建的河北赵县安济桥（也称赵州桥）为敞肩石拱桥，造型优美、结构合理。为敞肩石拱桥，造型优美、结构合理。宋代的广东潮州广济桥（开关活动式）。宋代的广东潮州广济桥（开关活动式）。 福建泉州万安桥（即洛阳桥，筏形基础，砺房胶固），福建泉州万安桥（即洛阳桥，筏

5、形基础，砺房胶固），其独特结构型式在世界上都绝无仅有。其独特结构型式在世界上都绝无仅有。 古埃及人的金字塔、古希腊人的女神庙和古罗马人在建筑物中广泛采用半圆拱形。都江堰水利枢纽工程都江堰水利枢纽工程 隋朝河北赵州桥隋朝河北赵州桥 雅典神庙雅典神庙 古罗马半圆拱建筑古罗马半圆拱建筑 从从“萌芽萌芽”到到“独立独立”1515至至1616世纪，欧洲文艺复兴时期，科学事业有了转机，力世纪，欧洲文艺复兴时期，科学事业有了转机，力学在欧洲萌芽。学在欧洲萌芽。1717世纪，人们才开始研究材料强度，尝试用解析法来求构世纪，人们才开始研究材料强度，尝试用解析法来求构件的安全尺寸。（伽利略考查了固定端悬臂梁的承载

6、能力件的安全尺寸。（伽利略考查了固定端悬臂梁的承载能力的问题，雅可比的问题，雅可比 伯努利关于梁的研究结果就是现今人们常伯努利关于梁的研究结果就是现今人们常用的伯努利梁理论。）用的伯努利梁理论。）1818世纪的工业革命更促进了单根构件强度和稳定性研究。世纪的工业革命更促进了单根构件强度和稳定性研究。进入进入1919世纪后，大型厂房、船舶、堤坝、铁路桥梁的兴建，世纪后，大型厂房、船舶、堤坝、铁路桥梁的兴建，提出更为复杂的结构计算问题，促进了板壳理论形成，以提出更为复杂的结构计算问题，促进了板壳理论形成，以及桁架、连续梁、拱、吊桥、弹性地基梁、挡土墙等计算及桁架、连续梁、拱、吊桥、弹性地基梁、挡土

7、墙等计算理论的诞生，奠定了结构分析的理论基础。理论的诞生，奠定了结构分析的理论基础。1919世纪中叶，结构力学（也称结构理论）实际上已从力学世纪中叶，结构力学（也称结构理论）实际上已从力学中独立出来成为一门学科。中独立出来成为一门学科。 近代的发展与飞跃近代的发展与飞跃1919世纪末，随着钢结构广泛应用，进一步推动结构分析理世纪末，随着钢结构广泛应用，进一步推动结构分析理论的发展，建立了利用能量原理计算结构位移和应用力法论的发展，建立了利用能量原理计算结构位移和应用力法计算超静定结构的一般理论，但主要的发展是桁架分析。计算超静定结构的一般理论，但主要的发展是桁架分析。2020世纪初，随钢筋混凝

8、土框架结构型式的出现，又诞生了世纪初，随钢筋混凝土框架结构型式的出现，又诞生了与高次超静定结构相适应的新的计算理论和方法，如位移与高次超静定结构相适应的新的计算理论和方法，如位移法和力矩分配法。法和力矩分配法。2020世纪中叶还发展了考虑塑性的结构计算理论、结构稳定世纪中叶还发展了考虑塑性的结构计算理论、结构稳定计算和结构动力学计算理论。计算和结构动力学计算理论。19451945年电子计算机的问世和广泛应用使结构分析如虎添翼，年电子计算机的问世和广泛应用使结构分析如虎添翼，计算能力跃上一个新的台阶，出现以计算机为工具的结构计算能力跃上一个新的台阶，出现以计算机为工具的结构矩阵分析法（即杆件系统

9、的有限单元法）。矩阵分析法（即杆件系统的有限单元法）。目前结构力学已进入有史以来发展最快的时期，其应用范目前结构力学已进入有史以来发展最快的时期，其应用范围之广、应用水平之高已达到前所未有的程度。围之广、应用水平之高已达到前所未有的程度。在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并能承受或传递荷载起骨架作用的部分称为工程结构(简称结结构构 Structure)。柱吊车梁折线形屋架素混凝土垫层杯形基础 这类结构是由杆件所组成。例如如图1-2所示梁、拱、桁架、刚架是杆件结构的典型形式。它 的 厚度要比长度和宽度小得多，房屋中的楼板和壳体屋盖。 这类结构也称薄壁结构。 这类结构的长、宽、厚三个尺度大

10、小相仿。例如堤坝、挡土墙、块式基础等均属实体结构。结构力学是力学学科的一个分支，是研究结结构力学是力学学科的一个分支，是研究结构在荷载和外界因素作用下的构在荷载和外界因素作用下的力学响应力学响应结构的结构的受力受力和和变形变形的学科。的学科。 结构力学研究对象涉及较广，根据所涉及范围，通常将结构力学分为“狭义结构力学狭义结构力学”、“广义结广义结构力学构力学”和“现代结构力学现代结构力学”。狭义结构力学狭义结构力学 其研究对象为由杆件所组成的体系。这种体系能承担外界荷载作用，并起传力骨架作用，又称为。 其所研究的对象为可变形的物体。除可变形杆件组成的体系外，还包括可变形的连续体 (平板、块体、

11、壳体等)。 将工程项目从论证到设计，从施工到使用期内维护的整个过程作为大系统，研究大系统中的各种各样力学问题。显然其研究对象范围更广。我们将以狭义结构力学为主。我们将以狭义结构力学为主。学学 科科研 究 对 象研 究 对 象研究任务研究任务理论力学理论力学质点、刚体质点、刚体物体机械运动的一般规律物体机械运动的一般规律材料力学材料力学单根杆件单根杆件 变形体的强度、刚变形体的强度、刚度、稳定性和动力反应度、稳定性和动力反应结构力学结构力学杆件结构杆件结构弹性力学弹性力学 板壳、实体结构板壳、实体结构 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构 计算简图的合理选

12、择。计算简图的合理选择。 讨论结构内力和变形的计算方法，以便进行讨论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。结构强度和刚度的验算。 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下结讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下结 构的反应。构的反应。结构力学问题的研究手段包含理论分析理论分析、实实验研究验研究和数值计算数值计算三个方面。实验研究方法的内容在实验力学和结构检验课程中讨论，理论分析和数值计算方面的内容在结构力学课程中讨论。线弹性假设结构体连续满足胡克定理外部作用撤消，则结构回复原无应力状态适用定理，即变形与外部作用力 之间有一一对应关系 学习时要注意结构力学与其他课程的联系。学习时要

13、注意结构力学与其他课程的联系。 学习时要注意理论联系实际。学习时要注意理论联系实际。 学习时要注意分析方法与解题思路。学习时要注意分析方法与解题思路。 学习时要注意多练。学习时要注意多练。(作业要作业要整洁整洁、清晰清晰、严严谨谨）高层建筑、高层建筑、 大型水利工程、大型水利工程、 桥梁结构、桥梁结构、 大跨结构大跨结构高耸结构、高耸结构、核电站结构、核电站结构、体育馆结构。体育馆结构。框架结构框架结构悬索桥（悬索）悬索桥（悬索）体育馆（板、壳结构）体育馆（板、壳结构）结构复杂上海杨浦斜拉桥 世界第一拱卢浦大桥 上海金茂大厦 结构复杂实际工程是很复杂的，如果不作任何简化，分实际工程是很复杂的，

14、如果不作任何简化，分析计算将十分困难。因此，在分析计算之前，先要析计算将十分困难。因此，在分析计算之前，先要完成力学建模，得到结构计算简图的工作。完成力学建模，得到结构计算简图的工作。 利用力学知识、结构知识和工程实践利用力学知识、结构知识和工程实践经验，经过科学的抽象，并根据实际经验，经过科学的抽象，并根据实际受力、变形规律等主要因素，对实际受力、变形规律等主要因素，对实际结构进行合理的简化。结构进行合理的简化。 用以代替实际结构的，可以用于分析用以代替实际结构的，可以用于分析计算的简化图形。计算的简化图形。计算简图应尽可能反映实际结构的受力、变形等特性。 忽略次要因素，尽量使分析过程简单。

15、 一般结构实际上都是空间结构，各部分相互连接成为一个空间整体，以承受各个方向可能出现的荷载。但在多数情况下，常可以忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算得以简化。在计算简图中，结构的就可抽象化地用来表示。结点可分为铰结点铰结点、刚结点刚结点和组合结点组合结点。 各杆件在此点互不分离，但可以相对转动，因此相互间作用为力。(a) 铰结点A 各杆件在此点不能相对移动，部分(但非全部)杆件间还不能相对转动，即部分杆件之间属铰结点，另部分杆件之间属刚结点。(c) 组合结点A 各杆件在此点既不能相对移动，也不能相对转动，(保持夹角不变)，因此相互间作用除力以外还有力偶。(b)刚结点A 理

16、论力学中已经引入了支座的计算简图，现归纳、补充如下：支座是将结构和基础联系起来的装置，其作用是将结构固定在基础上，并将结构上的荷载传递到基础和地基。支座对结构的约束力称为支座反力，支座反力总是沿着它所限制的位移方向。限制各方向位移，但不限制转动，限制各方向位移，但不限制转动，其反力可用沿坐标的分量表示。其反力可用沿坐标的分量表示。xyAAxFAyF 平面固定铰支座及反力平面固定铰支座及反力yx限制某些方向位移，但不限制转动，其反力限制某些方向位移，但不限制转动，其反力沿所限制的位移方向。沿所限制的位移方向。xyAAyFxyA用于大型钢桥限制全部位移限制全部位移(移动和转动移动和转动)，其反力用

17、沿，其反力用沿坐标的分量和力偶来表示。坐标的分量和力偶来表示。yxAAxFAyFxAMAy平面固定端支座及反力平面固定端支座及反力xyA限制某些方向的位移和转动，而允许某一限制某些方向的位移和转动，而允许某一方向产生位移，其反力除所限制位移方向力外，方向产生位移，其反力除所限制位移方向力外，还有支座反力偶。还有支座反力偶。xyAxyAyFAMA定向支座及反力定向支座及反力沥青麻刀填充FxFy铰支座细石混凝土填充FxFyM固定端支座Y滚轴支座用于大型钢桥:用于中、小型结构: 在土木水利工程中结构所用的建筑材料通常为钢、混凝土、砖、石、木料等。 在结构计算中，为了简化，对组成各构件的材料一般都假设

18、为、。 结构承受的荷载可分为体积力和表面力两大类。在杆件结构中把杆件简化为轴线，因此不管是体积力还是表面力都可以简化为作用在杆件轴线上的力。 荷载按其分布情况可简化为集中荷载集中荷载和分布荷分布荷载载。l结构的计算简图举例例例1：例例2：例例3：细石混凝土填充 P横向荷载下PPPPP纵向荷载下QQQ例例4：所谓杆系结构是指由杆件所组成的结构。所所谓杆系结构是指由杆件所组成的结构。所有杆件与荷载位于同平面时为平面结构，否则为空有杆件与荷载位于同平面时为平面结构，否则为空间结构，我们间结构，我们。 杆轴共线或虽为曲杆但主要受弯的结构，前者为直梁，后者为曲梁，其计算简图如图所示(a)(b)(c)(d)梁梁(e) 由曲线组成，仅在竖向荷载作用下产生水平推力的结构，其计算简图如图所示。PFPF拱拱 由等截面直杆理想铰结形成，仅在结点处受荷载作用的结构，其计算简图如图所示，其各杆仅受轴力作用(二力杆)称桁架杆。桁架桁架 由