结构力学第一章

1、武汉大学土木建筑工程学院主讲教师：周剑波Tel:137071915241-1 1-1 结构力学的任务结构力学的任务1-2 1-2 杆系结构的计算简图杆系结构的计算简图1-3 1-3 杆系结构的分类杆系结构的分类1-4 1-4 荷载的分类荷载的分类1-5 1-5 结构力学的学习方法结构力学的学习方法第第1章章 绪论绪论 Introductionu 结构：结构：凡是能承担一定外力并能实现某些人凡是能承担一定外力并能实现某些人类所需功能的固体物体。类所需功能的固体物体。u“结构结构”最早用于土木工程最早用于土木工程 （Civil engineering） 人类愈文明，结构愈复杂，是人类文明程度的一个

2、尺度。人类愈文明，结构愈复杂，是人类文明程度的一个尺度。 结构概念结构概念引伸：分子、星系、文章、地质结构等。引伸：分子、星系、文章、地质结构等。结构按几何分类：结构按几何分类：u 杆系结构杆系结构（Framed structure）u 板壳结构板壳结构（Plate and shell）u 实体结构实体结构（Massive structure）1-1 结构力学的任务结构力学的任务 结构按几何特征分类结构按几何特征分类1-1 结构力学的任务结构力学的任务 杆系结构杆系结构板壳结构板壳结构实体结构实体结构结构力学结构力学弹性力学弹性力学1-1 结构力学的任务结构力学的任务 u 结构力学是结构力学是

3、土木工程土木工程的一门的一门专业基础课专业基础课，土木，土木工程工程专业的灵魂。专业的灵魂。 考研的课程，体现能力的课程。考研的课程，体现能力的课程。主要任务主要任务: : u 杆系结构杆系结构的组成规律和合理形式。的组成规律和合理形式。u 掌握杆系结构的计算原理和计算方法，解决结掌握杆系结构的计算原理和计算方法，解决结构的强度和刚度问题。稳定和动力计算等专题。构的强度和刚度问题。稳定和动力计算等专题。u 了解各类结构的受力性能，培养结构了解各类结构的受力性能，培养结构分析与计分析与计算算等方面的能力。等方面的能力。 学习结构力学学习结构力学追求的境界追求的境界 感知结构的力学行为、对结构有了

4、感知结构的力学行为、对结构有了悟性悟性。 学习结构力学的能力培养n计算能力：手算，电算，作大量习题，快、准计算能力：手算，电算，作大量习题，快、准n自学能力：消化已学知识，摄取新知识自学能力：消化已学知识，摄取新知识n表达能力：作业书写，计算书（清晰、整洁）表达能力：作业书写，计算书（清晰、整洁）n分析能力：选择计算简图，平衡分析，变形分析，分析能力：选择计算简图，平衡分析，变形分析，选择计算方法，结果判断选择计算方法，结果判断1-1 结构力学的任务结构力学的任务 与其它课程的关系与其它课程的关系 先修先修u 数学：数学分析、线性代数、常微分方程数学：数学分析、线性代数、常微分方程u 理力：质

5、点与刚体、平衡条件、运动规律、虚位移与达朗理力：质点与刚体、平衡条件、运动规律、虚位移与达朗伯尔原理等伯尔原理等u 材力：单根杆、拉压弯剪扭、截面法、变形体分析基本方材力：单根杆、拉压弯剪扭、截面法、变形体分析基本方法、微分关系、应变能等法、微分关系、应变能等 后续后续u 专业课：砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构、高层建筑专业课：砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构、高层建筑结构、结构抗震、有限元法、计算机在工程中的应用等结构、结构抗震、有限元法、计算机在工程中的应用等1-1 结构力学的任务结构力学的任务 建于隋代（公元建于隋代（公元581581618618年）年）大业年间（公元大业年间（公元60

6、5605618618年），年），由著名匠师由著名匠师李春李春设计和建造，距设计和建造，距今已有今已有14001400年的历史，是当今世年的历史，是当今世界上现存最早、保存最完善的古界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。代敞肩石拱桥。 比欧洲同类桥梁比欧洲同类桥梁早早12001200年年。万里长城万里长城结构举例结构举例河北隋朝赵州桥河北隋朝赵州桥明朝永乐年间公元明朝永乐年间公元14121412年年北建紫禁城，南修武当山北建紫禁城，南修武当山距今（距今（20122012年）年）1010甲子甲子武当山金顶武当山金顶北京天坛北京天坛国家体育场国家体育场国家大剧院国家大剧院作为作为世界最大的钢结构

7、工程世界最大的钢结构工程，“鸟巢鸟巢”外部钢结构的钢材用外部钢结构的钢材用量为量为4.24.2万吨，整个工程用钢万吨，整个工程用钢量达到了量达到了1111万吨万吨。美国福特级核动力航空母舰满美国福特级核动力航空母舰满载排水量载排水量1010万吨。万吨。香港建筑群香港建筑群武汉长江大桥武汉长江大桥建于建于19571957年，摄于年，摄于19581958年年眼前的钢铁巨龙激发了眼前的钢铁巨龙激发了他他去东北为新中国的钢铁事去东北为新中国的钢铁事业而奋斗。业而奋斗。武汉绿地国际金融城武汉绿地国际金融城 总投资约总投资约300300亿元，设计高度亿元，设计高度606m606m，将打造成仅，将打造成仅次

8、于阿联酋迪拜塔和上海中心大厦的次于阿联酋迪拜塔和上海中心大厦的中国第二、中国第二、世界第三高楼世界第三高楼。希望成为武汉瞭望世界和让世。希望成为武汉瞭望世界和让世界聚焦武汉的界聚焦武汉的“台阶台阶”。湖南矮寨湖南矮寨特大悬索桥特大悬索桥矮寨大桥创下了四项矮寨大桥创下了四项“世界第一世界第一”1 1、大桥为目前世界峡谷跨径最大悬索桥；、大桥为目前世界峡谷跨径最大悬索桥；2 2、首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案；、首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案；3 3、首次采用、首次采用“轨索滑移法轨索滑移法”架设钢桁梁；架设钢桁梁；4 4、首次采用岩锚吊索结构，用碳纤维作为预应力筋材。、首次采用岩锚吊

9、索结构，用碳纤维作为预应力筋材。长长11761176米，跨高米，跨高350350米，米，20122012年通车。年通车。三峡大坝三峡大坝三峡大坝是钢筋混凝土重力三峡大坝是钢筋混凝土重力坝，一共用了坝，一共用了16001600多万立方多万立方米的水泥砂石料，相当于浇米的水泥砂石料，相当于浇筑筑1 1米厚米厚3 3米多高的墙体可绕米多高的墙体可绕地球赤道一圈地球赤道一圈。 取计算简图原则：取计算简图原则：u 突出主要因素突出主要因素计算准确计算准确u 忽略次要因素忽略次要因素计算简单计算简单 简化内容：简化内容：u 结构、杆件、结点、支座、材料、荷载结构、杆件、结点、支座、材料、荷载1-2 杆系结

10、构的计算简图杆系结构的计算简图* *空间结构空间结构简化成平面结构简化成平面结构1-2 杆系结构的计算简图杆系结构的计算简图杆件杆件* *杆件杆件用轴线代替用轴线代替轴线轴线平截面假定平截面假定* *结点与支座结点与支座1-2 杆系结构的计算简图杆系结构的计算简图* *材料简化、荷载简化材料简化、荷载简化1-3 杆系结构的分类杆系结构的分类1-4 荷载的分类荷载的分类v按按作用时间作用时间的久暂可分为的久暂可分为: :1 1、恒载：长期作用于结构上且各个因素都不改变的荷载。、恒载：长期作用于结构上且各个因素都不改变的荷载。2 2、活载：在施工和使用期间可能存在的可变的荷载。、活载：在施工和使用

11、期间可能存在的可变的荷载。v按按作用位置作用位置是否改变可分为：是否改变可分为：1 1、固定荷载：作用位置固定不变。、固定荷载：作用位置固定不变。2 2、移动荷载：作用位置是移动的。、移动荷载：作用位置是移动的。v按按作用性质作用性质可分为：可分为：1 1、静力荷载、静力荷载(static load)(static load) ：大小、方向和位置不随时间：大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢的荷载。变化或变化极其缓慢的荷载。2 2、动力荷载、动力荷载(dynamic load)(dynamic load) ：随时间迅速变化的荷载。：随时间迅速变化的荷载。 “教教”u讲概念、原理、方法、要

12、点和难点讲概念、原理、方法、要点和难点 “ “学学”u预习预习 听课（动脑）听课（动脑） 看书复习看书复习 练习练习u懂懂 会会 熟练熟练 悟性悟性u学知识学知识 培养能力培养能力 结构力学内容的特点结构力学内容的特点u循序渐进，由已知求未知，一环扣一环循序渐进，由已知求未知，一环扣一环 学习要求学习要求u有问题有问题及时及时弄懂弄懂u作业是最好的作业是最好的实践活动实践活动，是学好结构力学的必是学好结构力学的必经之路，没有投机取巧或捷径，经之路，没有投机取巧或捷径，严禁抄袭严禁抄袭1-5 结构力学的学习方法结构力学的学习方法复习与思考：复习与思考：1 1、结点、支座的允许变形和变形约束与约束力之间、结点、支座的允许变形和变形约束与约束力之间 的对应