基本的结构力学概念(PPT 26页)
结构力学基础概念
结构力学基本概念
第一章绪论
1、建筑物和工程设施中承受
．．称为工程结构，简称为结构。
．．．．的部分
．．、传递荷载
．．．．而起骨架作用
从几何角度来看，结构可分为三类，分别为：杆件结构、板壳结构、实体结构。
2、结构力学中所有的计算方法都应考虑以下三方面条件：
①力系的平衡条件或运动条件。
②变形的几何连续条件。
③应力与变形间的物理条件（或称为本构方程）。
3、结点分为：铰结点、刚结点。
铰结点：可以传递力，但不能传递力矩。刚结点：既可以传递力，也可以传递力矩。
4、支座按其受力特质分为：滚轴支座、铰支座、定向支座、固定支座。
5、在结构计算中，为了简化，对组成各杆件的材料一般都假设为：连续的、均匀的、各向同性的、完全
弹性或弹塑性的。
6、荷载是主动
．．作用于结构的外力。
狭义荷载：结构的自重、加于结构的水压力和土压力。
广义荷载：温度变化、基础沉降、材料收缩。
7、根据荷载作用时间的久暂，可以分为：恒载、活载。
根据荷载作用的性质，可以分为：静力荷载、动力荷载。
第二章结构的几何构造分析
1、在几何构造分析中，不考虑这种由于材料的应变所产生的变形
．．．．．．．．．．．．．．．．．．。
2、杆件体系可分为两类：
几何不变体系------在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是不能改变的。
几何可变体系------在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是可以改变的。
3、自由度：一个体系自由度的个数
．．。
．．．．．．．的个数
．．．可以独立改变的坐标
．．．．．．，等于这个体系运动时
一点在平面内有两个自由度（横纵坐标）。
结构力学虚功原理课件
虚功原理是结构力学中的一个 重要原理，它描述了结构在变 形过程中外力所做的虚功与结 构内部应变能之间的关系。
04
虚功原理的应用
静定结构的分析
静定结构的定义
静定结构是指只在载荷作用下， 不需多余约束即可保持平衡的结 构。
虚功原理在静定结构 分析中的应用
虚功原理指出，对于静定结构， 如果作用在结构上的所有外力都 做虚功，则结构的平衡不会受到 破坏。因此，在静定结构的分析 中，可以利用虚功原理来验证结 构的平衡状态。
实例分析
以梁为例，通过应用虚功原理，可以分析梁在不同载荷下的变形和应力分布，从而优化梁的截面尺寸和 形状，提高其承载能力和刚度。
06
总结与展望
虚功原理的重要性和意义
结构力学中的虚功原理是分析结构稳定性和变形的关键理论之一，对于工程设计和建筑安全具有重要 意义。
虚功原理能够为结构设计和优化提供理论基础，帮助工程师更好地理解和控制结构的力学行为，提高结 构的稳定性和安全性。
针对复杂结构和特殊环境下的力学行为分析，虚功 原理将进一步发展其理论框架和应用范围，为解决 复杂工程问题提供更加有效的解决方案。
THANK YOU
感谢聆听
虚功原理的定义
虚功原理
当一个系统处于平衡状态时，对于任何虚位移， 外力所做的虚功总等于内力所做的虚功。
外力
作用在系统上的所有外力。
结构力学-虚功原理(课堂PPT)
实功：力在自身所产生的位移上所作的功
P
W 1 P 2
虚功：力在非自身所产生的位移上所作的功
tC
P WPt t
13
§9.2 虚功原理 (Principle of Virtual Work)
一、功(Work)、实功(Real Work)和虚功
(Virtual Work)
21
P2
22
注意： P1 （1）属同一体系；
因而,从全课程来看，本章是承上启 下的一章，也是十分重要的内容。
4. 本次课的内容及要求
⑴ 了解形变、位移的概念及位移的种类。 ⑵ 明确位移计算的目的。 ⑶ 掌握变形体系的虚功原理（本次课重 点）。
§9.1 结构位移概念
一、变形与位移 ⒈变形：结构在外部因素作用下发生的形 状的变化。 ⒉位移：结构上点的移动和面或杆的转动。 ⒊两者之间的关系：有形变必有位移；有 位移不一定有形变。
17
例题9-1 用单位位移法求图 a所示多跨静定梁的支座反 力FBy和截面E处的弯矩ME。
解：（1）求支座反力FBy
1
12,2
3 4
虚 功 方 程 ： X 1 + F P 11 + F P 22 = 0
X F P 11 F P 22 F P 1 2 2 F P 4 3 2 F P
（2）求截面E处的弯矩ME
1
结构力学课件.ppt
一个点：在平面内运动完全不受限制的一个点有 ２个自由度。
一个刚片：在平面内运动完全不受限制的一个刚 片有３个自由度。（图２-2-1）
二、约束概念 当对体系添加了某些装置后，限制了体系的某些
方向的运动，使体系原有的自由度数减少，就说这 些装置是加在体系上的约束。约束，是能减少体系 自由度数的装置。
二、瞬变体系 的概念
１、瞬变体 系几何组成特 征：
在微小荷载 作用下发生瞬 间的微小的刚 体几何变形， 然后便成为几 何不变体系。
２、瞬变体系的静力 特性：
在微小荷载作用下 可产生无穷大内力。 因此，瞬变体系或接 近瞬变的体系都是严 禁作为结构使用的。
瞬变体系一般是总 约束数满足但约束方 式不满足规则的一类 体系，是特殊的几何 可变体系。
2、按计算方法分类： 静定结构, 超静定结构。
§1-4 荷载分类
１、按作用时间分类： 恒载：永久作用在结构上。如结构自重、永久
设备重量。 活载：暂时作用在结构上。如人群、风、雪
（在结构上可占有任意位置的可动荷载）及车辆、 吊车（在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷 载）。 ２、按作用性质分类：
静力荷载：荷载由零加至最后值，且在加载过 程中结构始终保持静力平衡，即可忽略惯性力的影 响。
汇交于一点的杆端是用一个完全无磨擦的光滑铰 连结。铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动， 即各杆端之间的夹角可任意改变。 ２）刚结点：
结构力学讲义ppt课件
A III B 1
I
D
234
解：
b） II（基础）
刚片I、II用链杆1、2相连(瞬铰o)；刚片I、 III用铰B相连；刚片II、III用铰A相连。铰A、
B、o不共线，符合规律3，组成大刚片 I。
大刚片I与结点D用链杆3、4相连，符合规
律1。故体系几何不变且无多余约束。
20
例2-2-2 试分析图示体系的几何构造。
2
Ⅲ（基础）
(7)
a) b)
C
Ⅰ
Ⅱ
A
B
Ⅲ（基础）
C
Ⅰ
Ⅱ
A
B
Ⅲ（基础）
C
(8)
4
Ⅰ
2
1 3
5
Ⅱ 6A
Ⅲ（基础） B
(9)
6
13
C
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
A
2
4
B
5
(10)
A
6
5
Ⅰ
12
B C
Ⅱ 34
Ⅲ
(11)
O
A Ⅰ
1
C 2
B
D 3
Ⅱ （基础）
第二章 平面体系的几何构造分析
§2-1 几何构造分析的基本概念 §2-2 几何不变体系的组成规律 §2-3 平面体系的计算自由度
两根链杆的约束作用相当于在链杆交点处一个简
结构力学教学方案课件
THANKS
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总结词
掌握弹性力学中的常见问题及其解决方法
详细描述
分析弹性力学中的常见问题，如柱体的弯曲、薄板的弯曲 等，以及相应的解决方法，如应用弹性力学的基本方程进 行计算和分析。
总结词
掌握弹性力学中的基本计算方法
详细描述
介绍弹性力学中的基本计算方法，包括应力和应变的分析、 弹性模量的计算等，以及如何利用这些方法进行结构分析 和设计。
05
02
详细描述
介绍结构类型与体系的基本概念，包括梁、 拱、索、板、壳等，以及各自的特点和应用 范围。
04
详细描述
分析不同结构类型与体系的受力特性， 包括弯矩、剪力、轴力等，以及在不 同受力状态下的表现和影响。
06
详细描述
阐述结构体系中各构件之间的传力路径和相互 作用关系，以及如何通过合理的设计保证结构 的稳定性和安全性。
有限元法、能量法、屈曲模态法等。
04
结构优化设计
概念设计
总结词
确定结构形式和布局
详细描述
在概念设计阶段，主要任务是确定结构的总体形式和布局，包括结构的类型、 规模、使用功能等，同时考虑结构的安全性、经济性和可行性。
细部设计
总结词
详细设计结构构件和节点连接方式
详细描述
细部设计阶段是对结构进行详细设计的过程，包括确定结构构件的截面尺寸、材料、连接方式等，以确保结构的 承载能力和稳定性。
结构力学概念部分
结构力学最全知识点梳理及学习方法
一、结构力学基础知识：
1、力的分类：根据受力作用的物体的性质，可将力分为外力(外力作用于结构物体的外部，如重力、气压力、拉力等)和内力(内力作用于结构物体的内部，如弯矩、剪力等)；根据力的方向划分，可将它分为拉力、压力和旋转力；根据力的特性划分，可将它分为特殊力和普通力；根据力的大小和方向，可将它分为大力、小力、稳定力和不稳定力；根据受力物体的形状，可将它分为直线力、非直线力、旋转力和转动力等。
2、构件的类型：构件按照结构的组成形式，又分为横担、梁、柱、支撑、支座、腰椎和压杆等。
3、材料性质：构件的材料性质主要由弹性模量、屈服强度和杨氏模量等物理参数来表示。
4、结构形状：根据不同的表达方式，结构形状可分为直线式结构、曲线式结构、对称结构、反对称结构、非对称结构和无规则结构等。
5、运动学结构：可将力学结构分为机械运动结构和动力学结构，其中机械运动结构主要由动力系统、载荷系统和传动系统等部分组成；而动力学结构主要关注的是结构物体的动力运动情况，其中重点研究的是结构物体的运动特性，如动力传递、动力控制和动力分析等。
结构力学概念部分
第一章绪论
1.结构按其几何特征分为三类
（1）杆件结构
（2）板壳结构
（3）实体结构
2.本课程讨论的范围是杆件结构
理论力学研究的刚体的机械运动的基本规律和刚体的力学分析，材料力学研究的是单根杆件的强度、刚度和稳定性问题，结构力学研究杆件体系的强度、刚度和稳定性问题
3.结构力学的任务：
（1）结构的组成规律、合理性是以及结构计算简图的合理选择
（2）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
（3）结构的稳定性以及在动力何在作用下结构的反应
4.计算简图选择原则是：
计算简图：用一个能反映其基本受力和变形性能的简化的计算图形来代替实际结构。这种代替实际结构的简化计算图形称为结构的计算简图
（1）计算简图应能反映实际结构的主要受力和变形性能
（2）保留主要因素，略去次要因素，使计算简图便于计算
5.结构与基础间连接的简化
活动铰支座，固定铰支座，固定支座，定向支座
6.材料性质的简化
材料一般假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的
7.结构承受的荷载可分为体积力和表面力两大类。
体积力指的是结构的重力或惯性力等，
表面力指的是由其他物体通过接触面传给结构的作用力
8.杆件的分类
梁：受弯为主
拱：在竖向荷载作用下有水平推力且截面以受压为主
刚架：由梁和柱等直杆组成的结构，杆件间的结点多为刚结点，主要内力为弯矩
桁架：由两端为铰的直杆组成，当荷载作用于结点时，各杆只受轴力
9.静定结构与超静定结构
凡用静力平衡条件可以确定全部支座反力和内力结构称为静定结构
凡不能用静力平衡条件确定全部支座反力和内力的结构成为超静定结构
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30kn/m
2 1 1 2m
2
4m
x
3 4 2m
刚架结构
举例
10kN/m 50kN 10kN/m 50kN
280kN.m
x x
280kN.m
4m
Mx=50x+10x 2 /2
4m
280kN.m 90kN
280kN.m 90kN
弯矩图
计算简图
支座反力
此刚架的轴力图和剪力图是如何的呢？
刚架结构
举例（超静定刚架）
100kn 50kn
36.8 36.8
100
116.5 116.5
30kn/m
4m
60
153.9
132.8
2m
2m
62.3
M图(KN.M)
11.7
-
+
12.3
11.7
88.3
88.3 88.3
62.3
+
11.7
-
+
107.7 62.3
N图(KN)
Q图(KN)
思考题
不同荷载作用下的简支梁的内力图如何画？ 结构没有受到外力荷载作用就没有内力，这个 说法对吗？ 内力图和杆件外荷载的相互关系如何？ 结构与机构有什么区别？
L
计算简图
2 qL/12 2 qL/12
qL/2
qL/2
支座反力
C
2 qL/24
C x
2
Mc=qLx/2-qx 2 /2-qL /12
弯矩图
x Qc=-qL/2+qx
剪力图
梁式结构
2.梁的内力 一端简支一端固定梁
q
2 qL/8
L
计算简图
2 qL/8
5qL/8
3qL/8
支座反力
C x Mc=3qLx/8-qx 2 /2
截面上应力的分布
结构内力与应力概念
62.3
内力图
11.7
-
-
88.3
-
116.5 36.8 36.8
100
116.5
N图(KN)
11.7
+
12.3
11.7
-
88.3 88.3
62.3
+
60
153.9
132.8
+
107.7 62.3
M图(KN.M)
Q图(KN)
梁
梁式结构
——承受垂直于其纵轴方向荷载的线型构件。
新结构方案
结构计算简图的功能
2.结构计算简图
对实际结构加以简化，表现其主要特征，略去次要因 素，用一个简化图形来代替实际结构，这种图形称为结构 的计算简图。 （1） 荷载的简化 （2） 杆件的简化 （3） 支座和结点的简化
计算简图的组成要素
1.结点 结构上用于确定各杆 件位置的点，对于一般 杆系结构来说，为杆件 的交点。
1.梁的形式 单跨梁
[ 2 ] [ 4 ]
[ 3 ]
[ 1 ]
固端梁
一端简支一端固定梁
简支梁
连续梁
悬臂梁
梁式结构
2.梁的内力 简支梁
q L
计算简图
q
Ra=qL/2
Rb=qL/2
支座反力
C x Mc=qLx/2-qx 2/2
弯矩图
C x Qc=-qL/2+qx
剪力图
Fra Baidu bibliotek式结构
2.梁的内力 固端梁
q
2 qL/12 2 qL/12
连接形式： （1）刚接 （2）铰接
计算简图的组成要素
2.单元（杆件）
结构上的各个构件，连接结 构中的两个结点，具有一定的 构件特性和受力特性。
杆件
性质： （1）截面形状和尺寸 （2）构件所用的材料 （3）杆件两端的连接形式 （4）杆件的受力特性 （5）杆件的变形特性
杆件
计算简图的组成要素
3.支承条件（支座）
结构内力与应力概念
内力
在外荷载作用下结构内部产生的力，是荷载效应的一种，结构安全 性设计一般以内力为依据。 内力包括： （1）弯矩 M （2）剪力 Q （3）轴力 N （4）扭矩 T
结构内力与应力概念
应力
单位面积上所承受的力。 分为 ： （1）正应力 σ
σ τ τ σ
（2）剪应力 τ
结构内力与应力概念
基本的结构力学概 念
内容
1.结构计算简图的功能 2.计算简图的组成要素 3.结构内力与应力概念 4.梁式结构 5.桁架结构 6.刚架结构
结构计算简图的功能
1.结构设计过程
结构初步方案 结构简化
结构计算简图
结构分析 不满足 结构内力/应力 配筋设计/构件调整
判断结构可靠性
满足 结束
-0.5P
0
. -0
0.5P
0.
0
如何设计轴心受压、受拉构件？
-0.5P
7P 0 7
7P 0 7
刚架结构
刚架
——由杆件通过刚接或铰接 相连，并具有支承条件的 稳定的结构。 刚架往往含有多个杆件， 50kn 应整体考虑受力，画内力 图时又需要依据每个杆件 的荷载、连接情况进行绘 制。
y
100kn 3
弯矩图
C x Qc=-3qL/8+qx
剪力图
梁式结构
2.梁的内力 悬臂梁
q
2 qL/2
L
qL/8
2
qL
计算简图
支座反力
C x Mc=-qLx/2
弯矩图
C x Qc=qx
剪力图
梁式结构
2.梁的内力 连续梁
y
100KN 35.5KN/M
1 1
2M 2M
2 2
4M
3 3
3M
4
x
59.6 30.9 8.3 35.8 54.8
桁架结构
2.桁架的内力
静定桁架结构可以通过对结构中各结点的平衡条件计 算出杆件的轴力。 计算举例：
P
P
4m
4m
4m
P/2
P/2
P/2 P 0.707P P/2 P/2 0 P/2 P/2 P/2 P/2 0.707P 0 P/2
P/2
0.707P P/2
桁架结构
3.桁架的轴力图
0
P
-0.5P
把结构与基础联系起来的装置 称为支座。
支座
计算简图中的支座形式： （1）活动铰支座（2）固定铰支座 （3）固定支座（4）滑动支座
支座
计算简图的组成要素
3.荷载
（1）结点荷载 ：集中力；集中力矩 （2）分布荷载 ：均布荷载；非均布荷载 （3）其他形式荷载
100kn 50kn
30kn/m
P
2m
2m
4m
57.2 5.6 56.0
42.8
50.5
弯矩图
剪力图
桁架结构
1.桁架的特点
（1）所有结点都是铰结点； （2）所有外力都施加在结点上； （3）各杆的轴线都是直线且通过铰中心； （4）各杆件只受轴向力。
y
2 8 6 9 2 3 4 5 5 100KN 4 10 7 11 3 6
3M
1 1
x
4M
4M