土木工程结构力学教学

土木工程结构力学教学引言结构力学基本概念静力学基础材料力学基础结构分析方法结构稳定性与振动结构力学在工程中的应用contents目录01引言0102课程简介该课程涉及静力学、动力学、弹性力学、塑性力学等方面的知识，为后续的结构设计、施工和工程管理提供必要的理论基础。土木工程结构力学是土木工程专业的一门重要基础课程，主要研究结构在各种力和力矩作用下的响应和行为。掌握结构力学的基本原理和分析方法，能够进行简单的结构分析和设计。了解各种工程材料的力学性能和特性，能够根据实际情况选择合适的材料和结构形式。培养解决实际工程问题的能力，提高结构安全性和经济性的意识。学习目标02结构力学基本概念静定结构超静定结构弹性结构非弹性结构结构类型与分类01020304在任何外力作用下，其内部应力只与所受外力有关，与多余约束力无关。在任何外力作用下，其内部应力不仅与所受外力有关，还与多余约束力有关。在外部力的作用下，能够恢复到原始状态的结构的力学性能。在外部力的作用下，不能恢复到原始状态的结构的力学性能。连续性假设均匀性假设各向同性假设小变形假设结构力学的基本假设假设材料是连续的，即材料内部没有空隙。假设材料在各个方向上的性质相同。假设材料在各个方向上的性质是均匀的。假设结构在受力后发生的变形很小，可以忽略不计。结构在外部力的作用下，内部各部分之间相互作用的力量。内力作用在结构上的所有力量，包括重力、风力、地震力等。外力单位面积上的内力，表示内力在某一截面上的分布情况。应力结构在受力后发生的变形，表示结构的形状和尺寸的变化。应变结构力学中的基本概念03静力学基础静力学的基本原理是力的平衡，即物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态。力的平衡力的合成与分解力矩平衡静力学中，力可以合成与分解，遵循平行四边形法则。力矩是力和力臂的乘积，力矩平衡是保持物体平衡的另一个重要原理。030201静力学的基本原理通过数学解析的方法，建立物体平衡方程进行求解。解析法根据力的平衡原理，建立物体平衡的数学方程。平衡方程利用虚位移的概念，通过虚功原理建立平衡方程进行求解。虚位移法静力分析的方法对单跨梁进行受力分析，建立平衡方程并求解。单跨梁的静力分析对刚架进行受力分析，建立平衡方程并求解。刚架的静力分析静力分析在土木工程中广泛应用于桥梁、建筑、道路等工程结构的分析计算。静力分析的应用静力分析的实例04材料力学基础材料在受到外力作用时发生形变，外力消失后能恢复原状的性质。弹性塑性强度韧性材料在受到外力作用时发生形变，外力消失后不能恢复原状的性质。材料在受到外力作用时抵抗破坏的能力。材料在受到外力作用时抵抗断裂的能力。材料的基本性质03应力-应变曲线描述应力与应变关系的曲线，反映了材料的弹性和塑性性质。01应力材料单位面积上所承受的力。02应变材料在受力过程中产生的形变。应力与应变的关系材料在轴向受到拉力作用，产生伸长变形。拉伸材料在轴向受到压力作用，产生缩短变形。压缩材料在横向受到力作用，产生弯曲变形。弯曲材料在切向受到力作用，产生剪切变形。剪切材料的基本变形形式05结构分析方法结构分析的基本步骤建立数学模型根据实际工程问题，建立相应的数学模型，包括确定研究范围、选择适当的力学理论和数学表达方式等。确定边界条件和初始条件根据实际工程情况，确定结构的边界条件和初始条件，如固定、自由、简支、固支等。求解未知量根据建立的数学模型和边界条件、初始条件，求解未知量，如位移、应力、应变等。结果分析对求解结果进行分析，判断结构的稳定性和安全性，提出相应的优化建议。将连续的结构离散化为有限个小的单元，每个单元具有一定的物理属性（如弹性模量、泊松比等）。离散化结构根据每个单元的物理属性和几何形状，建立单元刚度矩阵，表示单元的受力与变形的相互关系。建立单元刚度矩阵将所有单元的刚度矩阵集成在一起，形成整体刚度矩阵。集成整体刚度矩阵根据边界条件和初始条件，求解整体刚度矩阵的平衡方程，得到结构的位移和应力分布。求解平衡方程结构分析的有限元法建立节点位移矩阵根据每个单元的物理属性和几何形状，建立单元刚度矩阵。建立单元刚度矩阵集成整体刚度矩阵解方程求位移01020403通过解方程组，求得节点的位移。根据结构的节点位移和边界条件，建立节点位移矩阵。将所有单元的刚度矩阵集成在一起，形成整体刚度矩阵。结构分析的矩阵位移法06结构稳定性与振动

结构的稳定性分析静力稳定性分析通过计算结构在静力作用下的反应，评估其稳定性。包括确定结构的临界载荷、屈曲模式和安全系数等。动力稳定性分析研究结构在动态载荷下的稳定性，如地震、风振等。通过分析结构的自振频率、振型和阻尼等参数，评估其抵抗动态载荷的能力。失稳判据根据不同的失稳模式，采用相应的失稳判据来判断结构的稳定性。如极值失稳、屈曲失稳等。自由振动分析研究结构在无外力作用下的振动特性，如自振频率、振型和阻尼比等。强迫振动分析研究结构在外力作用下的振动特性，如振幅、相位差和响应谱等。减震设计通过优化结构设计或采用减震装置，降低结构在地震、风振等自然灾害下的振动反应，提高结构的抗震性能。结构的振动分析根据地震的强度、频率和持续时间等因素，计算结构所受的地震作用力。地震作用分析根据地震的特性和结构的重要性，采用不同的抗震设计准则，如小震不坏、大震不倒等。抗震设计准则对于已建成的结构，采取相应的抗震加固措施，如增加支撑、加固节点等，以提高其抗震性能。抗震加固措施结构的抗震分析07结构力学在工程中的应用123结构力学在桥梁设计中起到关键作用，通过分析桥梁结构的受力特性，确保桥梁的稳定性和安全性。桥梁设计在桥梁施工过程中，结构力学可用于监控桥梁结构的变形和受力状态，确保施工质量和安全。施工监控桥梁运营期间，结构力学可以通过对桥梁的长期监测，评估桥梁的健康状况，及时发现潜在的安全隐患。健康监测桥梁工程中的结构力学应用抗震设计结构力学在建筑物的抗震设计中起到重要作用，通过分析地震作用下的结构响应，提高建筑物的抗震性能。施工模拟在建筑施工过程中，结构力学可用于模拟施工过程，预测施工过程中的问题，优化施工方案。结构设计在建筑物的设计中，结构力学是关键的一环，通过合理分析建筑结构的受力特性，优化建筑物的结构形式和材料选择。建筑工程中的结构力学应用路基设计路面结构的受力特性是影响路面使用性能的关键因素，结构力学可以用于