结构力学之绪论讲义

§1-1结构力学的任务和学习方法§1-2结构的计算简图和简化要点§1-3杆件结构的分类§1-4荷载的分类第一章绪论1、了解结构力学的任务；2、了解选取结构计算简图的重要性和基本原则；3、熟悉常见支座与结点的计算简图及其特性；4、了解结构及荷载的分类。通过本章的学习，同学们应该知道、了解以下四个方面的内容：一、结构和结构力学1、结构按照合理的方式用建筑材料组成的能承受一定荷载作用的物体或体系，称为“建筑结构”，简称为“结构”。或者说，结构是建筑物的承重骨架(承重系统)。结构的作用：起承受和传递荷载的作用。从几何角度来看，结构一般分为三类：即杆系(件)结构、板壳结构(薄壁结构)、实体(块体)结构。结构力学课程主要介绍的是杆系结构。§1-1结构力学的任务和学习方法古代建筑工程结构雅典神庙巴黎凯旋门

上海金贸大厦钢结构88层高420m（曾名列亚洲第一、世界第三）古罗马半圆拱建筑隋朝河北赵州桥世界第一拱(钢结构跨径550m)美在其中韵律、力量之美水利工程中的拱坝桁架梁板壳结构柱2、结构力学(1)结构力学是固体力学的一个分支；(2)结构力学是以结构(建筑结构)为研究对象的。力学：固体力学、流体力学、空气动力学等。固体力学：理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、岩体力学、断裂力学……。二、结构力学的任务和内容1、结构力学的任务(1)研究结构的组成规律和合理形式，合理选择计算简图。组成规律：保证结构各部分之间不发生相对运动，使结构能承受荷载，并且能够维持平衡。合理形式：有效利用材料，使其性能得以充分发挥。(2)研究在静荷载作用下，结构的内力和变形的计算原理和方法；(3)研究在动荷载作用下，结构的动力反应(动内力、动位移)的计算原理和方法；(4)研究在静荷载作用下，结构的稳定性的计算原理和方法；(5)研究在静荷载作用下，结构的极限承载力的计算原理和方法；2、结构力学的研究目的(1)判断结构能否承受荷载；结构是否具有几何不变性；能设计出“受力合理、传力简捷”的结构。(2)内力和变形的计算，便于结构的强度和刚度的验算，保证结构具有充分但非保守的安全性(强度储备)，保证结构产生的变形在允许的范围之内。(3)结构具有一定的刚度，才能保证其稳定性，在动荷载的作用下才不致发生过大的振动。对于强度、刚度和稳定性问题，不仅设计新的结构时需要讨论，对于已经建成的建筑物结构当承受前所未预计的荷载时也必须进行核算，确定结构是否能承担这种荷载、是否需要加固以及提出加固方案等可以说以上是结构承载力的计算。3、结构力学的内容(1)承载能力的计算(结构选定后)；内力分析：N(轴力)、Q(剪力)、M(弯矩)；变形计算：在弹性范围内；(2)动力反应：动荷载作用下的动内力和动位移(电机转动、地震等)；(3)稳定分析、塑性分析：结构变形进入塑性阶段以后的问题；(4)杆系结构的矩阵位移分析：适合电算的方法。4、结构力学与其它学科的关系结构力学是理论力学、材料力学的后续课程、属于专业(技术)基础课。在后续课程中，结构力学除与弹性力学性质相近外，又为钢筋混凝土结构、钢木结构、水工结构等专业课提供力学基础。各学科的任务：理论力学→讨论物体机械运动的基本规律；材料力学(结构力学、弹性力学)是研究单根杆件(杆系结构、实体结构和板壳结构)的强度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法。三、学习方法和注意事项首先，要充分认识到结构力学课程对本专业的重要性。1、学习方法(1)一定注意分析方法和解题思路，从具体问题的算法中学习分析问题的一般方法。如：从“已知→未知”；“整体→局部→整体”的方法。(2)认真听课、做好笔记，提高听课效果。(3)多练，必须独立、高质量的完成所布置的作业。在对替实际血结构斥进行雀力学炸分析古时，胃通过绣简化唉和假婚设，绒略去背某些衫次要遇因素炸，保臣留其衔主要舅特征逆，把渗实际该结构问简化呼成一味个用涉作力创学分跃析的电结构教图形栋，这笨个图筛形就显称为结构届的计栏算简栋图。可以即说，别计算术简图唯的提原出主词要是发为了乔便于归研究烂问题病或者龟说是骄为了疯使问伞题的搞研究龙成为役可能没。从请这个旅意义巡寿上来需讲，换结构刮的计黑算简酿图是闷实际阅结构栏的主垦要特顺点、桑主要列矛盾掌的抽杂象。一、图计算速简图半的选困取原物则：1、从实矮际出叫发计算秧简图缺必须井能反持应实专际结休构的损主要蝇受力犁特性于，确锣保计劣算结摘果可晨靠；2、分清委主次脉，略贩去细委节茂在满样足计械算精艘度要朗求的势条件添下，计算逆简图炎应当誓尽量饺简单稼，便汇于计膊算。§1-2于结摄构的峰计算衬简图右和简凑化要献点二、宽计算像简图统的简深化要逼点1、孟结构戒体系丑的简级化空间脉结构鞠→轧平棒面结酬构，便柏于计冰算。平面席结构：实检际结余构都拿是空垒间结困构，死但是打当组澡成结孔构的映所有强杆件筐的轴遥线都故位于逗某一蹈平面伟内，疤并且码荷载窗也作附用在堆同一我平面堡内时疫，这惭种结锻构称俊为平面骆结构。注意：(枯1)但虽急然杆竖件结冤构是回按平枕面结钳构进衣行处粗理的召，但堡只是利按实孔用而泰且实尺际上殊认可律的近敢似程著度进蛇行简递化的爱；(2赔)脑有些乓空间隶结构燃是无罚法进俩行简贝化的卡，或留简化办后近惊似程姓度差槽距太后大，贪对于纸这种绕结构协必须净按空哪间结驼构来膊研究牵。2、菌杆件婚的简暮化通常桌杆件螺的截哨面尺灾寸比宋其长感度小饿得多区，而输截面忧上的醒应力宅又可棕以根迎据截悉面的燃内力稿来确膊定，去所以用杆械件的防轴线涌代替俗杆件，略痛去截膨面的播形状经、尺美寸等牛因素储。轴线杆件矩各截间面诸绵形心蔬的连烤线；结点低杆件占之间胳的连聪接区尺；杆长结点焦与结劳点之赛间的歌尺寸扰。注意：当截面屠的尺俭寸>穗1/静4杆蒸长时，伐若用怖轴线查表示指则引嫂起较坛大的翁误差童。3、指结谁点的则简化按照臣各种谅连接提的约钱束效很用及魂其力代学特皇性进岩行区岩分，静平面斤杆件贸结构岩的常围见的郊结点歼类型洁有：铰接兆点、刚结馆点、混合协结点、定向近结点及旋转测弹性念结点。特点：①顽不申传递扔(承厘受)江弯矩趟→肢铰捆处弯页矩为跳零；②度被连内接的糊杆件捕只能态相对伤转动当，不库能相堤对平碗移。注意：这笋样的窜铰结婶点实卡际上童并不迹存在附，一峡般建阿筑结朴构连顷接处艺都能串承受哈一定茎的弯凳矩，膛但是忆当结凤点处痒的弯龙矩小出到可到以忽车略的含时候握，就值认为嗽可以垃简化嫩成铰理结点粉(双生向铰危)。由于裂理想持铰结翼点与故实际盈结点见之间责存在只差距神，所赔以有肝附加尽内力详(次内跟力或次应韵力)。通常球可以误忽略涝附加远内力火，当最不能窜忽略殊时，肾可以炮参考忽有关幸文献需进行牲计算肤。(2屋)刚结折点(单刚裤结点、复刚锁结点)：脆刚性变连接锅点。(1既)铰结连点(单铰裳结点、复铰摔结点)：殖光滑帆无摩促擦的迁理想么铰。特点：①令可以体承受冶和传晋递力饱、力问矩；②论被连晨接的傍杆件旨间无危相对犬转动大和平冶移→舰变形重后杆字件之惠间的六夹角予不变窑。特点：兼切有上歇述两例种结例点的肚特性耻。①上面跪两个述杆件基之间朱是刚献结在吊一起润的；②上面扛两个恢杆件溉作为游一个抄整体古同下盛面的握杆件宇铰结挖在一火起。(4宪)定向恐结点：包织括剪移不定向背结点和轴移味定向甩结点。剪移清定向旅结点：是筝指允锋许剪阳切平塌移的挂定向扑结点肠。(3尺)混合臣结点(不完芽全铰选结点)：垫铰结兰点和疫刚结驻点的轮混合简。剪移定向结点轴移定向结点轴移侮定向铜结点：是习指允帜许轴曾向平挠移的授定向买结点肚。特点：①姻可以讨承受柄和传禾递力志矩；②伍被连并接的扫杆件邀间无着相对味转动谨但可境以相至对平库移→李变形毯后杆旋件之等间的鹅夹角惠不变花。特点：气①熔有支骨反力议矩M、水平外支反状力X和竖照向支毛反力Y；②匹不允厌许竖芹向位矮移和警水平迅位移艘，可柳有一逃定转胸角弹究性变话形。5、膊材料平性质枣的简词化在土太木、惊水利宇工程礼中结宫构所记用的失建筑族材料腥通常滑为钢歼、混供凝土禁、砖其、石长、木霸料等侦。在晋结构茶计算嘱中，绳对这际些材尾料一修般都邪假设勾为连续萌的、均匀她的、各向于同性晨的、完全帝弹性或弹塑倘性的。6、惧荷载筐的简哗化结构饭承受波的荷椅载：体积卧力和表面亦力。体积蚁力：结黄构的幕自重兔或惯得性力幸等；表面肺力：是优由其券它物枕体通凯过接蚊触面汉而传梦给结牢构的塔作用劫力，隆如土补压力锹、车砖辆的疲轮压房诚力等伍。在杆去件结筐构中严把杆耽件简驰化为渔轴线镰，因络此不科管是任体积撒力还猎是表舟面力攻都可罪以简租化为金作用芦在杆虑件轴啦线上量的力食。荷载饰按其冶分布给情况血可简驼化为集中犯荷载和分布昆荷载。例1惨-1日和例呜1-薄2(P廉8)冷见图面1-军1和枣图1木-2泄。图1-1图1-2§1带-3龟杆件狐结构灰的分门类结构昂的分决类实耽际上括是指绢结构哭计算洞简图忌的分除类。杆件住结构着通常饥可分其为下工列几鲜类：(1足)梁：(船图1龟-3a)是撇一种柜受弯差构件籍，其额轴线邮通常馒为直券线。子梁可章以是扣单跨混的或般多跨碌的。图1-3(a)(2项)拱：拱爸(图枝1-英3b)的杨轴线郑为曲圆线，做其力明学特茶点是讽在竖偷向荷闲载作耻用下贴有水瞎平支奸座反佩力(衫推力艘)。图1-3(b)按计乘算特遣性分为静定胆结构和超静吧定结言构。静定咬结构：杆粮件的侨内力策(包务括反暴力)说可由逆平衡蹦条件纳唯一禁确定行；超静推定结帐构：杆状件的宜内力剂(包缸括反脖力)鲜由平染衡条肥件还殿不能大唯一惊确定负，而敲必须面同时饶考虑茅变形湖条件础才能直唯一阻确定灰。§1握-4侨荷载悔的分后类荷载魄：主动出作用秋于结印构的涂外力商(自猫重、妙水压系力和浪土压五力)映。广义继荷载还包浓括温将度变洗化、吐基础赌沉陷籍、材辛料收挽缩等滤。荷载晴的确元定是枝结构迈设计逗中极润为重步要的坚工作痒。荷耐载如姨果估婶计过仍大，泼则设煤计的碌结构量会过渠于笨碰重，武造成厉浪费曾；荷径载如避果估胞计过搁低，迫则设踢计的栽结构稿将不丘够安须全。荷载谎可以骑根据忍不同偷特征欧进行氏分类偏：根据令荷载画作用涌时间筹的久疗暂分视为恒载和活载。恒载粗：长期辛作用乘在结截构上盛的不佣变荷滴载(案结构愈的自博重或调土压起力)棉。活载孝：是在阔建筑拥物施造工和习使用原期间烫可能轮存在浮的可时变荷靠载(断楼面貌荷载徒、屋盈面荷园载、诞吊车干荷载援、雪更载和谎风载贩等)景。按作牲用的借位置比分为固定承荷载和移动色荷载。固定优荷载魄：恒载厚和部攀分活堪载(洲如雪定载、庄风载桃)；移动灰荷载招：有些迎活载贵如吊恒车梁挠上的唐吊车陆荷载帮、公踪蝶路桥建梁上欧的汽拘车荷役载，痰在结铸构上舌的位纺置是础移动脂的，洗这种矿荷载