结构力学教程 课件 第1章 绪论-结构力学

结构力学教程StructuralMechanics包世华、熊峰、范小春主编结构力学教程武汉理工大学出版社2016.9教

材结构力学为土木工程专业本科生的一门主要专业基础课。通过本课程的教学，使学生了解杆件体系的组成规律、受力性能，掌握杆件结构的计算原理和方法，培养分析与解决工程实际中杆系结构力学问题的能力，为学习后续有关专业课程以及将来进行结构设计和科学研究打下力学基础。

课程的性质和任务掌握系统的结构力学知识；提高结构计算能力，能熟练地分析计算土木工程结构的力学性能；培养学生的分析能力和科学作风；为学习有关专业课程（钢筋混凝土结构、钢结构、地基基础等）为毕业后从事结构设计、施工和科研工作打好扎实的理论基础。

课程的目标共十五章第一章绪论第二章结构的几何组成分析第三章静定梁第四章静定刚架第五章三铰拱第六章静定桁架和组合结构第七章静定结构总论第八章影响线第九章虚功原理和结构的位移计算第十章力法第十一章位移法第十二章渐近法和超静定结构的影响线第十三章第十四章超静定结构总论和结构定性分析第十五章结构的动力计算

课程的主要内容第1章绪论

了解结构力学的任务以及与其它课程的关系；

掌握结构和结构的分类；杆件结构的分类；荷载的分类。

正确理解结构计算简图的概念、简化要点和条件。教学目标1.1结构和结构的分类1.2结构力学的任务和方法1.3结构的计算简图1.4杆件结构的分类1.5荷载教学内容知识点

结构和结构的分类

结构力学的任务与方法

计算简图及其选择原则

计算简图的简化要点

结点

支座

杆件结构的分类

荷载及其分类Structureandstructureclassification

知识点1.1结构和结构的分类1.1结构和结构的分类教学目标：教学内容：

结构的定义

结构的分类

结构的定义和分类。结构力学的学科内容12345几何组成规律强度刚度稳定性动力反应杆件结构建筑物实景图建筑物结构图去掉建筑围护及装饰部分等（1）结构的定义在土木工程中，如房屋、桥梁、隧道、水坝等，用以支承荷载而起骨架作用的部分，称为工程结构，简称结构。板、梁柱结构由构件组成。建筑工程中的构件：一般有板、梁、柱、墙和基础等。结构由杆件组成，杆件的几何特征是

横截面尺寸要比长度小得多。按几何角度分：厚度比长度和宽度小得多。结构的长、宽、厚三个尺度大小相仿。杆件结构：板壳结构：也称薄壁结构实体结构：

（2）结构的分类杆件结构：结构由杆件组成，杆件的几何特征是横截面尺寸要比长度小得多。板壳结构：也称薄壁结构，厚度比长度和宽度小得多。实体结构：结构的长、宽、厚三个尺度大小相仿。按杆件系统的轴线和外力是否在同一平面分：平面结构空间结构在同一平面不在同一平面轴线和外力拓展：结构的分类按承重结构所用的材料不同分：混凝土结构砌体结构钢结构木结构混合结构拓展：结构的分类支撑荷载、骨架（1）结构的定义（2）结构的分类杆件结构、板壳结构、实体结构身边建筑物的结构类型。结构的其他分类方式。思考：小结Definitionandclassificationofstructures

知识点1.2结构力学的任务和方法1.2结构力学的任务和方法教学目标：教学内容：结构力学的学科内容结构力学的学科任务结构力学的计算问题结构力学的学习方法结构力学的学科内容、任务三个基本条件理论力学：材料力学：主要研究杆件结构的几何组成规律，

强度、刚度、稳定性和动力反应。研究刚体的机械运动一般规律。研究杆件的强度、刚度、稳定性。（1）结构力学的学科内容

刚度问题，即研究结构抵抗变形的能力。强度问题，即研究结构抵抗破坏的能力。结构的稳定问题。

研究体系的几何组成规律。

结构的动力反应。（2）结构力学的学科任务几何不变几何可变几何组成的概念yx2.结构力学的学科任务强度问题上海莲花13层倒楼2.结构力学的学科任务刚度问题塔科马大桥风振破坏2.结构力学的学科任务稳定问题输线塔整体失稳2.结构力学的学科任务动力反应地震作用下铁路破坏2.结构力学的学科任务（3）结构力学的计算问题静定问题超静定问题平衡条件平衡条件、几何条件、物理条件在一组力系作用下，结构的整体及其中任何一部分都应满足力系的平衡条件。几何条件：连续的结构发生变形后，仍是连续的，材料没有重叠或缝隙；同时结构的变形和位移应满足支座和结点的约束条件。物理条件：把结构的应力和变形联系起来的物性条件，即物理方程或本构方程。注意结构力学与其他课程的联系注意分析方法与解题思路多练，多想，提高计算能力培养自学能力（4）结构力学的学习方法调研：建筑物的结构形式

结构力学的学科内容结构的概念与分类（6）作业（5）小结Computingmodelofstructure知识点1.3结构的计算简图1.3结构的计算简图教学目标：教学内容：结构体系的简化杆件的简化

杆件间连接的简化结构与基础间连接的简化荷载的简化材料性质的简化了解简化原则。理解杆件、结点、支座、荷载等的简化方法。知识点计算简图及其选择原则反映实际结构的主要受力和变形性能保留主要因素，略去次要因素，便于计算选取计算简图的原则：结构计算简图的定义：用一个简化的图形来代替实际结构知识点结点杆件间连接的简化杆件间连接区简化为结点（铰结点和刚结点）（1）铰结点(Hingejoint)：被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动。（2）刚结点(Rigidjoint)被连接的杆件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动。知识点支座结构与基础的连接区简化为支座（support）（1）滚轴支座（2）铰支座（3）定向支座（4）固定支座按受力特征，一般简化为以下四种情况：（1）滚轴支座梁砖墙Fy被支承的部分可以转动和水平移动，但不能竖向移动。计算简图：用一根支杆表示。砖墙（2）铰支座梁被支承的部分可以转动，但不能移动。计算简图：用两根相交的支杆表示。FyFx（3）定向支座M被支承的部分不能转动,但可以沿一个方向平行滑动。计算简图：用两根平行支杆表示。Fy（4）固定支座M被支承的部分完全被固定。计算简图：按图表示。FyFx知识点计算简图的简化要点空间结构平面结构计算简图简化要点杆件的简化杆件间连接的简化结构与基础间连接的简化荷载的简化计算简图

杆件——用轴线表示；杆件连接区——用结点表示；杆长——用结点间的距离表示；荷载——作用点移到轴线上。计算简图杆件简化柱计算简图梁

杆件间连接区简化为结点（铰结点和刚结点）【详知识点：结点】杆件间连接的简化

结构与基础的连接区简化为支座【详知识点：支座】（1）滚轴支座（2）铰支座（3）定向支座（4）固定支座按受力特征，一般简化为以下四种情况：结构与基础间连接的简化计算简图

计算简图体积力表面力作用在结构内部任意一点。如结构的自重由其它物体通过接触面而传给结构的作用力。简化为作用在杆件轴线上的力线荷载荷载的简化

建筑材料通常为

钢、混凝土、砖、石等。注意：木料为各向异性材料（横纹与顺纹不同）假设：连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。材料性质的简化调研：建筑物的结构计算简图作业杆件的简化杆件间连接的简化——结点结构与基础间连接的简化——支座荷载的简化小结Classificationofrodstructure知识点1.4杆件结构的分类1.4杆件结构的分类教学目标：教学内容：

杆件的几何特征

杆件结构的分类掌握杆件结构的分类。横截面：垂直长度方向的截面轴线：横截面形心的连线（1）杆件的几何特性（1）梁beam：轴线常为直线，是受弯构件简支梁悬臂梁伸臂梁多跨梁（2）杆件结构的分类梁（2）桁架truss：由直杆组成，结点为铰结点三角形梯形桁架（3）拱arch：轴线是曲线，竖向荷载下有水平反力三铰拱两铰拱无铰拱拱（4）刚架rigidframe：由直杆组成，结点大多数刚性结点悬臂简支三铰三层两跨刚架（5）组合结构combinatorialstructure

桁架和梁或刚架组合而成调研：周边杆件结构的类型作业杆件的几何特性：横截面、轴线杆件结构的分类：梁、拱、刚架、桁架、组合结构小结Load知识点1.5荷载结构上的力约束反力(支座反力)约束力荷载1.5荷载教学目标与内容：掌握荷载的分类方法。主动力

按作用时间的久暂恒载：长期作用于结构上的不变荷载。特征：大小、方向、作用位置是不变的。实例：结构的自重、安装在结构上的设备重量等活载：建筑物在施工和使用期间可能存在的可变荷载实例：吊车荷载、结构上的人群、风、雪等（1）荷载的分类集中荷载：荷载的作用面积相对于总面积是微小的。

实例：固定设备，屋顶水箱等分布荷载：分布作用在一定面积或长度上的荷载

实例：风、雪、自重等荷载。按荷载的作用范围静力荷载：

大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢，不使结构产生显著的加速度。

实例：结构自重、楼面活载等；动力荷载：

随时间迅速变化或在短暂时间内突然作用或消失的荷载，使结构产生显著的加速度。

实例：地震、爆炸力、动力机械产生的荷载等；按荷载作用的性质容重（kN/m3）木材：4～8；钢：78.5；钢筋混凝土：25；普通砖：18面载（kN/m2）硬木地板：0.2线载（kN/m）高3m的240墙（水泥粉刷），梁上的线荷载集中力（kN）400*400*3000钢筋混凝土柱（2）荷载规范简介活荷载的规定（面载）（kN/m2）住宅、教学楼等：阳台：2.5(人群可能密集取3.5)风荷载：0.35（武汉）雪荷载：0.5（武汉）屋面：0.5（不上人）；2.0（上人）

3.0（屋顶花园）楼面活荷载0.2220估算：房屋的重量。（4）作业恒载和活载集中荷载和分布荷载静力荷载和动力荷载（3）小结阿联酋迪拜塔629米世界著名建筑拓展世界著名建筑台北101大楼（508m）国家石油