结构力学
结构力学
杆端位移 结点位移 变形协调条件
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单元集成法求整体刚度矩阵的步骤：
第一步，由单元刚度矩阵[k]e ，求单元贡献矩阵[K] e 。 第二步，叠加各单元贡献矩阵，得到整体刚度矩阵[K] 。
结点力 杆端力 平衡条件
§13.4.2 单元定位向量
（2）杆端位移、杆端力的正负号规定 与坐标轴正方向一致 或 顺时针为正
（单元杆端位移列阵 与 单元杆端力列阵）
§13.2 单元分析(一)
——局部坐标系中的单元刚度矩阵 单元杆端力和杆端位移之间的
转换关系称为单元刚度方程，它表示单元在
杆端有任意给定位移时所产生的杆端力。而 单元刚度矩阵 的转换矩阵。 是杆端力与杆端位移之间
50年代由航空结构工程师发展，逐渐波及土木工程；
20世纪60年代，1960年由R. H. Clough命名 为“有限单元法”（FEM)以来，有限元法蓬勃 发展。不仅结构分析必不可少，而且成为“现 象分析”的一种手段（场问题、时间维问题等 ）。1967年首次出版专著，监凯维奇（O. C.
Zienkiewicz）与其学生张佑启（Y. K. Cheung ) 合写《结构与连续力学的有限元法》( 张后来成 为“有限条法”创始人）, 该书成为世界名著， 第三版中译本名为《有限元法》。
手算怕繁、电算怕乱
§13.1.1 矩阵位移法的基本思路
◆ 基本原理与传统的位移法相同：
1. 以结点位移为基本未知量；
2. 基本环节： （1）离散化：整个结构分解为若干个单元（在杆件结 构中，通常取一根杆件为一个单元）； （2）单元分析：分析单元的杆端力和杆端位移及荷载 之间的关系； （3）整体分析：利用结构的变形协调条件和平衡条件 将各单元集合成整体结构，得到求解基本未知量的矩 阵位移法的基本方程 。
结构力学 structural mechanics
结构力学 structural mechanics
结构力学是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科。
结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力，温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算，位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。
结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法，成为利用计算机进行结构计算的理论基础。
结构力学的任务
研究在工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。
结构力学的学科体系
一般对结构力学可根据其研究性质和对象的不同分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。
结构力学的研究方法
结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。
在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。
结构力学是一门古老的学科，又是一门迅速发展的学科。
新型工程材料和新型工程结构的大量出现，向结构力学提供了新的研究内容并提出新的要求。
计算机的发展，为结构力学提供了有力的计算工具。
另一方面，结构力学对数学及其他学科的发展也起了推动作用。
有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。
结构力学
1、结构按其几何形状可分为杆件结构、薄壁板壳结构和实体结构。
2、结构力学的研究对象是杆件结构。
它是一门研究杆件结构强度、刚度、稳定性和合理组成的科学。
3、杆件结构按其受力特性可分为梁、拱、刚架、桁架、组合结构。
4、结点分为铰结点和刚结点。
铰结点之产生杆端轴力和剪力，不引起杆端弯矩；刚结点除产生杆端轴力和剪力，还引起杆端弯矩，当结构发生变形时，汇交于刚结点各杆端的切线之间的夹角将保持不变。
5、支座的类型：可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向滑动支座。
6、本来是几何可变，经微小位移后又成几何不变的体系称为几何瞬变体系。
7、顺便体系能否应用于工程结构？P8可见，即使荷载不大，也会使杆件产生非常大的内力和变形。
因此，瞬变体系在工程中不能采用，对于接近瞬变的体系也应避免。
8、凡减少一个自由度装置，称一个约束。
一根链杆相当于一个约束；一个单铰相当于两个约束；一个刚性联结相当于三个约束；联结n个刚片的复铰相当于（n-1）个单铰（n为刚片数）9、以刚片作为组成体系的基本部件进行计算的方法称为刚片法。
10、计算自由度W W=3m-2h-r （m刚片数 h 联结刚片的单铰数目r 支座链杆数目）11、平面体系几何不变的必要条件：W＞0,表明体系缺少足够的约束，因此是几何可变的；W=0，表明体系具有成为几何不变所必须的最少约束数目；W＜0，表明体系具有多余的约束。
12、体系本身为几何不变时必须满足W≤3的条件。
必须指出，W≤0只是几何不变的必要条件，不是充分条件。
13、静定结构与超静定结构的区别：静定结构的几何组成特征是几何不变且无多余约束；超静定结构的几何组成特征是几何不变且有多余约束；仅用静力平衡条件就可以求解的结构称为静定结构；综合运用平衡条件与位移协调条件求解的结构，称为超静定结构。
14、内力图绘制：梁上无荷载（q=0）的区段，Q图为一水平线，M图为一斜直线；梁上有均布荷载（q=常数）的区段，Q图为一斜直线，M图为二次抛物线；集中力作用点的两侧，剪力有突变，其差值等于该集中力，在集中力作用点处，M图是连续的，但因集中力偶两侧的剪力值相同，所以两侧M图的切线应相互平行；集中力偶作用处，剪力无变化，但在集中力偶两侧弯矩有突变，其差值等于该集中力偶，在M图中形成台阶，又因集中力偶两侧的剪力值相同，所以两侧M图的切线应相互平行。
第1章 结构力学绪论
1. 概念：将实际结构进行抽象和简化，使之既能反映实 际工程的主要受力和变形特征，同时又能使计算大大简 化。这种经合理简化，用来代替实际结构的力学模型叫 做结构的计算简图。 2. 简化原则
（1）计算简图要尽可能反映实际结构的主要受力和变形 特点，使计算结果安全可靠； （2）略去次要因素，便于分析和计算。
一、平面杆件结构的分类
1. 梁 梁是一种受弯构件，轴线常为一直线，可以是 单跨梁，也可以是多跨连续梁，其支座可以是铰支座、 可动铰支座，也可以是固定支座。如图10(a)为单跨梁， 图10(b)为多跨连续梁。
2. 拱 拱的轴线为曲线，在竖向力作用下，支座不仅 有竖向支座反力，而且还存在水平支座反力，拱内不仅 存在剪力、弯矩，而且还存在轴力。图10(c)所示为一两 铰拱。
（2）按杆件系统的轴线是否在同一平面内分：
平面结构 : 杆件系统的轴系在同一平面内，且外力也作用在该平面内 空间结构 : 杆件系统的轴系不在同一平面内，外力也作用在任意平面
（3）按内力是否静定分：
静定结构 :内、反力可由静力平衡条件求出 超静定结构 :由静力平衡和变形条件共同求解
二、课程的主要研究对象
3. 根据荷载位置的变化情况，荷载可分为固定荷载 和移动荷载。 固定荷载是指荷载的作用位置固定不变的荷载，如 所有恒载、风载、雪载等； 移动荷载是指在荷载作用期间，其位置不断变化的 荷载，如吊车梁上的吊车荷载、钢轨上的火车荷载等。
4. 根据荷载的作用性质，荷载可分为静力荷载和动 力荷载。 静力荷载的数量、方向和位置不随时间变化或变化 极为缓慢，因而不使结构产生明显的运动，例如结构的 自重和其它恒载； 动力荷载是随时间迅速变化的荷载，使结构产生显 著的运动，例如锤头冲击锻坯时的冲击荷载、地震作用 等。
结构力学主要知识点归纳
结构力学主要知识点一、基本概念１、计算简图:在计算结构之前,往往需要对实际结构加以简化,表现其主要特点,略去其次要因素,用一个简化图形来代替实际结构。
通常包括以下几个方面：A、杆件得简化:常以其轴线代表B、支座与节点简化：①活动铰支座、固定铰支座、固定支座、滑动支座;②铰节点、刚节点、组合节点。
C、体系简化:常简化为集中荷载及线分布荷载D、体系简化:将空间结果简化为平面结构2、结构分类:A、按几何特征划分:梁、拱、刚架、桁架、组合结构、悬索结构。
Ｂ、按内力就是否静定划分:①静定结构:在任意荷载作用下,结构得全部反力与内力都可以由静力平衡条件确定。
②超静定结构:只靠平衡条件还不能确定全部反力与内力,还必须考虑变形条件才能确定。
二、平面体系得机动分析１、体系种类A、几何不变体系:几何形状与位置均能保持不变;通常根据结构有无多余联系，又划分为无多余联系得几何不变体系与有多余联系得几何不变体系。
B、几何可变体系:在很小荷载作用下会发生机械运动，不能保持原有得几何形状与位置。
常具体划分为常变体系与瞬变体系。
2、自由度：体系运动时所具有得独立运动方程式数目或者说就是确定体系位置所需得独立坐标数目。
3、联系：限制运动得装置成为联系（或约束)体系得自由度可因加入得联系而减少,能减少一个自由度得装置成为一个联系①一个链杆可以减少一个自由度，成为一个联系。
②一个单铰为两个联系。
4、计算自由度:,m为刚片数,ｈ为单铰束，ｒ为链杆数。
A、Ｗ>0,表明缺少足够联系,结构为几何可变；B、W＝0,没有多余联系；C、W＜0,有多余联系,就是否为几何不变仍不确定。
５、几何不变体系得基本组成规则:A、三刚片规则:三个刚片用不在同一直线上得三个单铰两两铰联，组成得体系就是几何不变得,而且没有多余联系。
B、二元体规则:在一个刚片上增加一个二元体，仍未几何不变体系,而且没有多余联系。
Ｃ、两刚片原则：两个刚片用一个铰与一根不通过此铰得链杆相联,为几何不变体系，而且没有多余联系。
结构力学
1、绪论结构：在土木工程中，由建筑材料构成，能承受荷载而起骨架作用的构筑物。
结构力学的任务：研究结构的组成规律、合形式及结构计算简图的合理选择/研究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/研究结构结构的稳定性以及在动力荷载作用下结构的反应。
结构力学的计算问题分为：静定性的问题/超静定性的问题（三个基本条件：力系的平衡条件/变形的连续条件/物理条件）结构：杆件结构/板壳结构/实体结构结点：铰结点/刚结点平面结构支座：活动铰支座/固定铰/固定/定向杆件结构：按其组成：梁/拱/刚架/桁架/组合结构，按计算特点：静定结构/超静定结构。
荷载的分类：按作用时间长短：恒荷载/活荷载，按作用位置：可动荷载/移动荷载，按作用性质：静力荷载/动力荷载2、结构的几何组成分析自由度：一个体系的自由度表示该体系独立运动的数目，或体系运动时可以独立改变的坐标数目。
约束：使体系减少自由度的装置或连接。
（分为：支座约束/刚片间的连接约束）几何组成分析的目的：判定杆件体系是否几何可变，从而决定其能否用作结构/研究几何不变、无多余约束体系的组成规则。
几何不变无多余约束体系的组成规则：一刚片和一个点用不共线的两根链杆连接/两刚片用一个铰和一根不通过此铰的链杆连接/三刚片用不在同一直线上的三个铰两两相连。
结构的几何组成和静力特征之间的关系：几何不变，无多余约束，静定结构/几何不变，有多余约束，超静定结构/几何可变，不能用作结构3、静定梁计算步骤：先计算支座反力/再计算截面内力/最后绘制内力图截面内力：弯矩\剪力\轴力计算截面内力的基本方法：截面法绘制弯矩图的基本方法：分段叠加法。
以控制截面将杆件分为若干段。
无载段的弯矩图即相邻控制截面弯矩纵坐标之间间所连直线，有载段，以相邻控制截面弯矩纵坐标所连虚直线为基线，叠加以该段长度为跨度的简支梁在跨间荷载作用下的弯矩图，剪力图和轴力图则将相邻控制截面内纵坐标连以直线即得。
内力图的纵坐标垂直于杆轴线画，弯矩图画在杆件受拉纤维一侧，不注正负号，剪力图和轴力图则注明正负号。
结构力学
本章重点1、静矩与形心2、惯性矩、极惯性矩和惯性积3、平行移轴公式、转轴公式关键概念静矩、惯性矩、极惯性矩、惯性积、主惯性轴、形心主惯性轴目录§I-1 静矩和形心§I-2极惯性矩·惯性矩·惯性积§I-3 平行移轴公式§I-4 惯性矩和惯性积的转轴公式.截面的§I -1 静矩和形心一、基本概念1. 静矩（或一次矩）O xd A y yx C x ydA x ⋅——微面积对y 轴的静矩dA y ⋅——微面积对x 轴的静矩A x S A y d ⎰=A y S A x d ⎰=——整个平面图形对y 轴的静矩——整个平面图形对x 轴的静矩2.形心坐标公式AS A Ay y A S A A x x x A yA ====⎰⎰d d 常用单位：m 3或mm 3。
数值：可为正、负或0 。
3.静矩与形心坐标的关系yA S x A S x y ==推论：截面对形心轴的静矩恒为0，反之，亦然。
1.组合截面的静矩根据静矩的定义：整个平面图形对某轴的静矩应等于它的各组成部分对同一轴的静矩的代数和，即：∑=∑===ni i i x n i i i y y A S x A S 11 和面积。
个简单图形的形心坐标分别为第和 式中： i A y x i i i ,二、讨论：2.组合截面的形心坐标公式∑=∑===n i i i x n i i i y y A S x A S 11 组合截面静矩∑==n i i A A 1组合截面面积组合截面的形心坐标公式为：∑∑==∑∑======n i i ni i i x n i i n i i i y A y A A S y A x A A S x 1111 ，例I —1：计算由抛物线、y 轴和z 轴所围成的平面图形对y 轴和z 轴的静矩，并确定图形的形心坐标。
z h y b =-⎛⎝ ⎫⎭⎪122O y z 解：S z A y A =⎰2d S y A z A =⎰d =-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎰12102222b h y b y d =-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎰yh y b y b0221d =4152bh =b h 24O y z y d y bh A A A =⎰d =-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎰0221b h y b y d =23bh 形心坐标为:⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧======52321548332422hbh bh A S z bbh bhA S y y C z C例I —2：确定图示图形形心C 的位置。
结构力学课后答案
结构力学课后答案结构力学课后答案1. 什么是结构力学？结构力学是研究物体在受外力作用下的变形和内应力分布规律的科学。
它主要研究的是原材料的性能、结构设计、施工工艺和建筑物的使用性能等方面。
2. 弹性力学和塑性力学有什么区别？弹性力学研究材料在受外力作用下，瞬间产生变形后，能够自行恢复原来形状的物理学问题。
而塑性力学研究材料在受到一定外力作用后，发生不可逆性变形的物理学问题。
弹性力学研究的是物体在弹性阶段的力学性质，而塑性力学研究的是物体在塑性阶段的力学性质。
3. 如何计算材料的应力和应变？材料的应力指的是材料内部产生的单位面积力的大小，计算公式为：σ=F/A。
材料的应变指的是单位长度内形变的大小，计算公式为：ε=ΔL/L。
其中，F代表受力大小，A代表受力面积，ΔL代表细长物体受力后形变的长度差，L代表细长物体的长度。
4. 什么是杨氏模量？杨氏模量是一个物质固有的长度变形与应力之间的比例关系常数，用E表示。
它是一个物质的刚度的度量。
在弹性固体中，杨氏模量是单位应力作用下单位截面积的长度变形量。
5. 为什么要进行结构分析？结构分析是在结构设计过程中必不可少的一步。
它可以通过对结构内部的应力和应变分析，对结构的设计和材料选择提出建议，从而保证结构的稳定性和安全性。
6. 结构分析中常见的分析方法有哪些？一般结构分析主要使用的方法有两种，分别为力学方法和数学方法。
力学方法包括静力学法、弹性力学法和塑性力学法。
而数学方法则包括有限元法、边界元法、有限差分法等。
7. 什么是静力学？静力学研究平衡物体受力的力学性质，即物体处于不运动或匀速直线运动的状态下所受受力、受力的大小和方向等静态问题。
8. 弹性力学和塑性力学的应用场景分别有哪些？弹性力学适用于钢筋混凝土、预应力混凝土、木材、铝合金等材料结构的设计和分析。
塑性力学适用于塑性极限模式、极限分析、变形性能研究等。
9. 什么是冷弯成形工艺？冷弯成形是利用钢材的塑性，在常温下通过模具施加力量使其发生塑性变形的工艺。
结构力学
§1-5 结构的分类
（6）悬索结构：主要承重构件为悬挂于塔、柱上的缆索， 索只受轴向拉力。
§1-5 结构的分类
按内力是否静定分
静定结构：在任意荷载作用下，结构的全部反力和内力 都可以由静力平衡条件确定。
超静定结构：在任意荷载作用下，结构的全部反力和 内力不能由静力平衡条件确定。
各杆端不能相对移动也不能相对转动，可以传递力也 能传递力矩。
§1-4 支座和结点的类型
（3）组合结点：部分刚结部分铰结的结点。
§1-5 结构的分类
按几何特征分
杆件结构 长度远大于其他两个尺度的杆件组成。
薄壁结构 其厚度远小于其他两个尺度的结构。
实体结构 三个方向尺度相近的结构。
§1-5 结构的分类
§1-4 支座和结点的类型
支座：连接结构与基础的装置。 （1）活动铰支座
允许结构在支承处绕铰A转动和沿m-n的方向移动。
§1-4 支座和结点的类型
（2）固定铰支座 允许结构在支承处绕铰A转动，A不能作水平和竖向移动。
§1-4 支座和结点的类型
（3）固定支座 不允许结构在支承处发生任何移动和转动。
缓慢的荷载，可以略去惯性力的影响； 动力荷载：随时间迅速变化的荷载，是结构产生不容
忽视的加速度，必须考虑惯性力的影响。
其他因素：温度变化、支座沉陷、制造误差、材料收 缩等也可以使结构产结构计算简图 表现其主要特点，略去次要因素，代替实际结构的简化图形。
杆件的简化： 以轴线代替； 支座和结点的简化； 荷载的简化： 集中荷载和线分布荷载； 体系的简化： 空间结构简化为平面结构。
§1-2荷载的分类
荷载：作用在结构上的主动力
按作用时间久暂分 恒载：长期作用在结构上，如自重、土压力等； 活载：暂时作用在结构上，如列车、人群、风、雪等。 按作用位置是否变化分 固定荷载：恒载及某些活载，如风、雪等； 移动荷载：在结构上移动的，如列车、汽车、吊车等。
结构力学 第1章 绪论
2. 根据荷载的分布范围，荷载可分为集中荷载和分 布荷载。 集中荷载是指分布面积远小于结构尺寸的荷载，如 吊车的轮压，由于这种荷载的分布面积较集中，因此在 计算简图上可把这种荷载作用于结构上的某一点处。 分布荷载是指连续分布在结构上的荷载，当连续分 布在结构内部各点上时叫体分布荷载，当连续分布在结 构表面上时叫面分布荷载，当沿着某条线连续分布时叫 线分布荷载，当为均匀分布时叫均布荷载。
一般可取纵向边框架、纵向中框架、横向边框架和 横向中框架共四榀作为计算单元。 由于现浇整体式框架结构的梁柱结点是现浇成整体 的，纵梁和横梁的梁端弯矩可通过该结点进行传递和分 配，所以该结点一般认为是刚结点 刚结点。柱下端一般与基础 刚结点 整体浇注在一起，可简化为固定支座 固定支座，见图9(b）、(c)。 固定支座
一、计算简图的概念和简化原则 1. 概念：将实际结构进行抽象和简化，使之既能反映实 际工程的主要受力和变形 受力和变形特征，同时又能使计算大大简 受力和变形 化。这种经合理简化，用来代替实际结构的力学模型 力学模型叫 力学模型 做结构的计算简图 计算简图。 计算简图 2. 简化原则 （1）计算简图要尽可能反映实际结构的主要受力和变形 特点，使计算结果安全可靠； （2）略去次要因素，便于分析和计算。
5 ．荷载 荷载的简化 荷载 荷载的简化是指将实际结构构件上所受到的各种荷 载简化为作用在构件纵轴上的线荷载、集中荷载或力偶。 在简化时应注意力的作用点、方向和大小。 6 ．材料性质 材料性质的简化 材料性质 在力学计算中一般都把各构件材料假设为均匀、连续、 各向同性、完全弹性或弹塑性的，但对于混凝土、钢筋 混凝土、砖、石等材料有一定程度的近似性。
3. 刚架 刚架由梁、柱组成，梁、柱结点多为刚结点， 柱下支座常为固定支座，在荷载作用下，各杆件的轴力、 剪力、弯矩往往同时存在，但以弯矩为主。如图10(d)所 示。 4. 桁架 由若干杆件通过铰结点连接起来的结构，各 杆轴线为直线，支座常为固定铰支座或可动铰支座，当 荷载只作用于桁架结点上时，各杆只产生轴力，如图10(e) 所示。 5. 组合结构 即结构中部分是链杆，部分是梁或刚架， 在荷载作用下，链杆中往往只产生轴力，而梁或刚架部 分则同时还存在弯矩与剪力，如图10(f)所示。
结构力学知识点超全总结
（2）任取一力法基本结构，加虚拟力作出其M 图； （3）将M图和M 图图乘。
10．超静定结构内力图的校核
最后内力图的校核包括平衡条件和位移条件的校核。
·平衡条件校核，即利用最后内力图，取结构的整体及任一
隔离体，考察是否满足平衡条件。
力法方程表示位移条件或变形条件。
6.力法计算步骤
• 确定超静定次数，取基本体系
• 建立力法方程
• 做 M i 、MP 图
•
求系数
和自由项Δ
ij
iP
• 解力法方程，求出多余力
• 作内力图（可利用迭加原理）
• 校核
7．用力法计算超静定结构在支座位移和温 度变化时的内力
超静定结构在支座位移和温度变化作 用下，即会产生变形和位移，也会产生内力 和反力。其计算与在荷载作用下的基本相同， 只是其中的自由项是基本结构在支座位移和 温度变化作用下产生的位移，需按照静定结 构相应的位移计算公式和方法来确定。
几何可变体系
几何不变体系
A
C
B
几何常变体系
几何瞬变体系
几何可变体系
联系：链杆、单铰、复铰
W—自由度，m—刚片数，h—单铰数，r—支座链杆数
W = 3m － （２h＋r） 若有复铰，则要换算成单铰。
连接n个刚片的复铰，相当于 (n-1)个单铰。
2 几何不变体系的简单组成规则
三刚片规则:三个刚片通过三个不共线单铰两两相连,
8 对称性及应用
概念：对称结构在对称荷载作用下，其
内力、反力和变形的对称性与荷载的对称 性是一致的
应用：半结构法
原结构
结构力学-
结构力学结构力学是力学的一个分支，研究物体的形状、结构、材料性质等因素对其力学性能的影响，是现代工程学的基础理论之一。
以下是关于结构力学的的详细介绍。
一、结构概述结构是指能够承受外部力学作用，保持稳定形态的一个整体。
从宏观的角度，结构可以分成水平结构、竖直结构、桥梁、隧道等各种形式。
从微观的角度，结构可以分为分子结构、晶体结构等形式。
结构力学主要研究物体的载荷、应变、应力等相关性质以及它们之间的关系。
二、结构的分类根据力学性质，结构可以分为刚性结构和柔性结构两类。
刚性结构是指在外力作用下，结构内部的形状和尺寸保持不变的结构，常常用于桥梁、机车车辆等领域。
柔性结构是指在外力作用下，结构发生形变的一类结构，常常用于帆船、气球、飞机等领域。
三、杆件理论在结构力学中，杆件指的是长度很长、截面形状相似且轴向载荷较大的组件。
杆件理论是对杆件受到应力和应变情况的数学描述。
根据杆件的形态、截面形状和载荷类型的不同，杆件可以分为柱、梁、挑杆、桁架等。
梁：在结构中，梁经常用于承载悬挂式的载荷且跨度较大，例如桥梁。
当梁受到竖直向的负载时，其顶部会产生压应力，而底部会产生拉应力。
当梁受到水平向的负载时，内部会产生剪切应力。
根据受力状态，可以将梁分成两种类型：悬臂梁和简支梁。
其中，悬臂梁是一端支持并在另一端悬挂的梁，而简支梁是在两端都有支持的梁。
柱：柱是一种通常用于承载垂直于其轴线方向的载荷的杆件。
当柱受到挤压的载荷时，表现出的应力是大于拉伸载荷下的应力值的。
同时，越高的柱子越容易扭曲。
挑杆：挑杆是一种长而且细的杆，在多数情况下负载情况将会变得更加复杂。
如果挑杆在一端弯曲，其另外一端也会发生弯曲。
挑杆是一种常见于建筑的构件，如电子塔及气象站。
桁架：桁架是由许多相对较小的杆组成的结构，被运用在建造高层建筑和桥梁上，作为大而高强的构件。
桁架必须要通过分析和设计各种应力↓和挠度的情况来设计，以确保其负荷能够得到承受。
桁架的紧缩元件为棱柱。
结构力学主要知识点归纳
结构力学主要知识点一、基本概念1、计算简图：在计算结构之前，往往需要对实际结构加以简化，表现其主要特点，略去其次要因素，用一个简化图形来代替实际结构。
通常包括以下几个方面：A 、杆件的简化：常以其轴线代表B 、支座和节点简化：①活动铰支座、固定铰支座、固定支座、滑动支座；②铰节点、刚节点、组合节点。
C 、体系简化：常简化为集中荷载及线分布荷载D 、体系简化：将空间结果简化为平面结构2、结构分类：A 、按几何特征划分：梁、拱、刚架、桁架、组合结构、悬索结构。
B 、按内力是否静定划分：①静定结构：在任意荷载作用下，结构的全部反力和内力都可以由静力平衡条件确定。
②超静定结构：只靠平衡条件还不能确定全部反力和内力，还必须考虑变形条件才能确定。
二、平面体系的机动分析1、体系种类A 、几何不变体系：几何形状和位置均能保持不变；通常根据结构有无多余联系，又划分为无多余联系的几何不变体系和有多余联系的几何不变体系。
B 、几何可变体系：在很小荷载作用下会发生机械运动，不能保持原有的几何形状和位置。
常具体划分为常变体系和瞬变体系。
2、自由度：体系运动时所具有的独立运动方程式数目或者说是确定体系位置所需的独立坐标数目。
3、联系：限制运动的装置成为联系（或约束）体系的自由度可因加入的联系而减少，能减少一个自由度的装置成为一个联系①一个链杆可以减少一个自由度，成为一个联系。
②一个单铰为两个联系。
4、计算自由度：)2(3r h m W +-=,m 为刚片数，h 为单铰束，r 为链杆数。
A 、W>0,表明缺少足够联系，结构为几何可变；B 、W=0，没有多余联系；C 、W<0,有多余联系，是否为几何不变仍不确定。
5、几何不变体系的基本组成规则：A 、三刚片规则：三个刚片用不在同一直线上的三个单铰两两铰联，组成的体系是几何不变的，而且没有多余联系。
B 、二元体规则：在一个刚片上增加一个二元体，仍未几何不变体系，而且没有多余联系。
结构力学
§1-1
结构力学的任务和学习方法
结构的定义: 建筑物中支承荷载而 起骨架作用的部分。 结构的几何分类: (1)杆件结构 (2)板壳结构 (3)实体结构
(4)悬吊结构
(5)薄膜充气结构
(6)网架结构
结构无处不在
为了防止结构失效，保证其 安全性就要研究结构力学！
结构设计过程与步骤: (1)选择合理承重体系及构件几何尺寸； (2)引入简化假定，取计算简图，进行结构分析； (3)依据结构分析结果，进行结构设计和构造处理。 结构力学的任务: (1)组成规律与合理形式,计算简图的合理选择； (2)内力与变形的计算方法.强度和刚度； (3)稳定与动力反应。
5、组合结构(Composite structure) ——桁架与梁或刚架组合在一起。
桁架 梁
§1-4 荷载及其分类（load）
不变载荷。 恒载( Dead) — —长期作用在结构上的 1.荷载按作用时 如：自重、土压力。 间的久暂分 变荷载。 活载( Live) — — 暂时作用在结构上的可 如：车辆、人群、风雪 。 2.荷载按作用位 固定荷载( Fixing ) — — 恒载及某些活载(风、雪)
置是否变化分
在结构上的作用位置是 不变的。 移动荷载( Moving) — —活载(车辆)可以在结构上移动。
不随时间 静荷载 ( Static ) — — 荷载大小、方向、位置 变化或变化很缓慢，加 载过程 3.荷载按对结构 中不产生明显的加速度 。 产 生的动力效 ，加载过 动荷载( Dynam ic) — —荷载随时间迅速变化 应分 程 产生明显的加速度，引 起结 构震动(如地震力、汽车刹车力 )
7 力法
结构力学的学习方法 先修课,公式,定理,概念,作业。
结构力学讲义_图文
1. 按荷载作用时间长短可分为： 恒载——永久作 用在结构上的荷载。如自重等。 活载——荷载有时作用在结构上，有时又不作 用在结构上。如：楼面活荷载，雪荷载。
36
固定荷载——作用位置不变的荷载，如自重等。 移动荷载——荷载作用在结构上的位置是移动 的，如吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。
III
A 刚片II,III——用铰C连接
II
4. 规律4—— 两个刚片之间的连接
C
两个刚片用三根不交于同一点的链杆相连，则
组成几何不变体系且无多余约束。 A
I 被约束对象：刚片 I，II
提供的约束：链杆1，2，3
12
3
II
14
5. 关于无穷远瞬铰的情况
1
C
I
2
II
a)
A
B
III
一个瞬铰C在无穷远处，铰A、B连线与形成 瞬铰的链杆1、2不平行，故三个铰不在同一直 线上，该体系几何不变且无多余约束（图a）。
数x、y、φ 。 4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
6
约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
y
y
x
φ
x
x,
链杆约束
3 2 x 1
y x
x, y,1,2 ,3
7
复杂链杆 连结三个或三个以上结点的杆件
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
29
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
结构力学第1章绪论
② 板壳结构— 形状是平面或曲面的结构（厚度比 长度和宽度小得多）。如：楼板、地下连续墙、 壳体屋盖。
杆件结构－桁架 —南京长江大桥
板壳结构
③ 实体结构——长、宽、厚三个方向尺寸相当。 如： 大坝、挡土墙。
三峡工程
度验算。 • 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的响应。
3） 结构力学的研究方法
理论分析、实验研究和数值计算三方面。 要考 虑下列三方面的条件：
（1）力系的平衡条件及运动条件; （2）变形的几何连续条件; （3）应力与变形间的物理条件（本构方程）。
4、课程教学中的能力培养
1. 分析能力
• 选择结构计算简图的能力 • 力系平衡分析和变形几何分析的能力 • 选择计算方法的能力
④ 薄膜结构——将薄膜材料通过一定方式使其内部产 生拉应力，以形成某种空间结构形状作为覆盖结构， 并能承受一定外荷载的空间结构形式。 其可分为张拉式薄膜结构(也称帐篷结构)又称预应 力薄膜结构、充气式薄膜结构。
某移动式医院
3、结构力学的研究对象及任务
1) 结构力学的研究对象
结构力学与理力、材力、弹力的任务基本相 同，但研究对象和侧重点有所区别：
2) 拱： 轴线为曲线，其力学特点是在竖向荷载作用下
能产生水平推力。
3) 桁架：由多根直杆组成，且所有结点都是铰结点；
其受力特点是各杆只受轴力。
4) 刚架：也由直杆组成，但结点中含有刚结点；各
杆均有可能产生弯矩、剪力和轴力，但主要以受 弯为主。
5) 组合结构：由多根杆件组成， 其中含有组合结
点;各杆中有的杆件可产生弯矩、剪力和轴力，有 的则只产生轴力。
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结构力学
§13-4 连续梁的整体刚度矩阵
即
传统位移法：根据每个结点位移对附加约束上的约束力{F}的贡献大小进行叠加而计算所得。
一、单元集成法的力学模型和基本概念
1.首先只考虑于是
其中
由前面的单元刚度矩阵所得，则
进一步得到
所以
最终得到
2.
则
这是
最后总结如下的形式来作最终的计算
§13-5 刚架的整体刚度矩阵
思路要点：（1）设各单元已形成了整体坐标系下的单元刚度矩阵；
与连续梁相比： (1)各单元考虑轴向变形；(2)每个刚结点有三个位移； (3)要采用整体坐标；(4)要处理非刚结点的特殊情况。
一、结点位移分量的统一编码——总码
整体结构的结点位移向量为：
相应地结点力向量为：
规定：对于已知为零的结点位移分量，其总码均编为零。
其中每个单元的刚度为以下
其中定位向量为：
最终进行叠加求得整体刚度矩阵
代入数字得
定位向量：
§13-6 等效结点荷载
结构体系刚度方程：{F}= [K]{∆} (1)
表示结点位移{∆}和结点力{F}之间的关系，反映了结构的刚度性质，而不涉及原结构上作用的实际荷载，并不是原结构的位移法基本方程。
一、位移法基本方程
[K]{∆} +{F P} ={0} (2)
用图来表达以上思想：
二、等效结点荷载的概念
显然 {P}= –{F P}………解决了计算等效结点荷载的问题等效原则是两种荷载在基本体系中产生相同的结点约束力
三、按单元集成法求整体结构的等效结点荷载{P}
(1)局部坐标单元的等效结点荷载
(2)整体坐标单元的等效结点荷载
{}[]{}P
=
T
P T
(3) 结构的等效结点荷载{P}
依次将每个单元等效结点荷载中的元素按照单元定位向量在结构的等效结点荷载中定位叠加。
§13-7 计算步骤和算例
1 确定整体和局部坐标系、单元和结点位移编码
2 形成刚度矩阵
(1)形成局部坐标系下的单元刚度矩阵
(2)形成整体坐标系下的单元刚度矩阵
(3)“换码重排座”，形成整体结构的刚度矩阵
3 形成等效结点荷载
(1)形成局部坐标系下的单元固端力
(2)形成整体坐标系下的单元等效结点荷载
(3) “换码重排座”，形成整体结构的等效结点荷载
4 解整体刚度方程，求结点位移
5 求各单元的杆端内力
(1)整体坐标系下的单元杆端位移
(2)局部坐标系下的单元杆端位移
(3)局部坐标系下的单元杆端内力
§13-8 忽略轴向变形时矩形刚架的整体分析
14 超静定结构总论
§14-1 超静定结构解法的分类和比较
超静定结构计算方法分类
各种结构型式所选用的适宜解法
说明：
手算时，凡是多余约束多、结点位移少的结构用位移法；
反之用力法。
对称问题按位移法或力矩分配法计算，
反对称问题按力法或无剪切分配法计算。
§14-3 超静定结构的特性
一、多余约束的存在及其影响
1、超静定结构是有多余约束的几何不变体系；
2、超静定结构的全部内力和反力仅由平衡条件不能求出，还必须考虑变形条件；
如在力法计算中，多余未知力由力法方程（变形条件）计算。
再由M=∑M i X i+M P 叠加内力图。
如只考虑平衡条件画出单位弯矩图和荷载弯矩图，X i是没有确定的任意值。
因此单就满足平衡条件来说，超静定结构有无穷多组解答。
3、超静定结构具有较强的防护能力。
因为其具有多余约束，即使多余约束破坏，仍能继续承载。
而静定结构破坏一个约束后就成几何可变体不能继续承载。
4、超静定结构的整体性好，在局部荷载作用下可以减小局部的位移幅值和内力幅值。
5、超静定结构具有较强的刚度和稳定性。
二、各杆刚度改变对内力分布的影响
超静定结构的内力与材料的物理性能和截面的几何特征有关，即与刚度有关。
荷载引起的内力与各杆的刚度比值有关，而与其绝对值无关。
因此在设计超静定结构时须事先假定截面尺寸，才能求出内力；然后再根据内力重新选择截面——试算过程。
另外，也可通过调整各杆刚度的办法来达到调整各杆刚度的比值达到调整内力的目的。
三、温度和沉降等变形因素的影响
温度改变、支座移动、材料收缩、制造误差等因素对超
静定结构会产生内力。
(自内力状态)
∑δij X i+ΔiC+Δit=0 i=1，2，……n
δij与各杆刚度成反比，ΔiC与刚度无关，Δit由下式计算
一般情况下,非荷载外因引起的内力与各杆的刚度绝对值成正比。
因此,为了提高结构对温度改变和支座移动等因素的抵抗
能力，增大结构截面尺寸，不是明智的选择。
在进行结构设计时应注意的两个方面的问题：
1）设计结构要注意防止、消除或减轻自内力的影响。
（设置沉降缝、温度缝）
2）利用自内力来调节超静定结构的内力。
（预应力结构）
§14-4* 关于计算简图的进一步讨论
1、结构体系的简化
(1)取平面单元计算对于棱柱形结构（沿纵向横截面不变）
和由一系列平面单元组成的结构，可取一平面单元计算。
(2)沿横向和纵向分别按平面结构计算
2、杆件的简化
一般原则：杆件简化为轴线，杆件之间的连接简化为结点，杆长用结点间距表示，荷载作用在轴线上。
补充：1）以直杆代替微弯或微折的杆件。
梁截面形心不是直线，柱截面形心不是竖直线。
按以上简图计算的内力是计算简图轴线上的内力。
上下柱截面形心连线不是一条直线。
在计算简图上用一条
直线表示。
如柱顶为刚结，取上柱轴线为柱的轴线，如柱顶为铰结，取下柱轴线为柱的轴线。
3）杆件的刚度简化
如在计算刚架的位移时，忽略轴向变形的影响。
当刚架的横梁刚度远大于竖柱刚度且受水平荷载作用时，假设横梁刚度为无穷大。
3、结点的简化
常将结点简化铰结点、刚结点和组合结点。
确定结点简图时，首先要考虑结点的构造情况，还要考虑
结构的几何组成情况。
另外，当杆件与杆件的结合区较小，不考虑结合区尺寸的影响时，将其简化成一个结点；当结合区较大时（如大于杆长的1/5），则应考虑结合区尺寸的影响。
一种粗略的考虑方法将结合区看作刚性区。
4、支座的简化
支座还可简化成弹性支座，可提供反力，也产生相应的位移。
反力与位移的比值称为弹性支座的刚度。
当支座刚度与结构刚度相近时应简化成弹性支座较适宜。
结构内部相邻构件之间互为弹性支承。
支座的刚度取决于这些相邻部分的刚度。
当支座刚度远大于该构件的刚度时，支座可简化为理想支座。
14.8 多层多跨刚架的近似法
一、分层法（适用于竖向荷载作用）两个近似假设
1）忽略侧移，用力矩分配法计算。
2）忽略每层梁的竖向荷载对其它各层的影响，把多层刚架
分成一层一层地计算。
柱的弯矩为相邻两层叠加。
刚结点上不平衡弯矩大时，可再进行一次力矩分配。
除底层柱底外，其余各柱端是弹性固定端。
故将上层各柱的i×0.9,传递系数改为1/3。