清华大学结构力学第一章
清华大学结构力学
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目录
结构力学(II) 第十 章 矩阵位移法 第十三章 结构的动力计算 第十五章 结构的塑性分析与极限荷载
结构力学教程(I)、(II) 龙驭球 包世华 主编 龙驭球 包世华 匡文起 袁驷 编著
高等教育出版社
4
第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
5
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
6
万里长城 7
天安门城楼
8
国家大剧院
9
三峡大坝
10
印度泰姬陵 11
意大利比萨斜塔
12
凯旋门
13
埃菲尔铁塔 14
吉隆坡石油双塔 15
桥梁 16
赵州桥
17
青马大桥
18
旧金山大桥
2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。
33
3. 拱
FH FV
FP
三铰拱
FH
FV
拉杆
拉杆拱
拱的特点：
无铰拱
1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有
水平推力F（H 见图)；
2) 水平推力大大改变了拱的受力特性。
34
4. 桁架和组合结构
静定桁架
超静定桁架 组合结构
35
特点：
1) 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，当 荷载作用于结点时，各杆只受轴力；
一、支座和支座反力
支座定义：把结构与基础联结起来的装置。 1. 固定支座
B
A
实际形状
结构力学《第一章绪论》龙奴球
第一章
绪论
恒载
第一章
绪论
恒载
第一章
绪论
活载
第一章
绪论
活载
第一章
绪论
第一章
绪论
第一章
绪论
第一章
绪论
二、按荷载的作用范围
荷载可分为集中荷载和分布荷载。 荷载的作用面积相对于总面积是微小的， 作用在这个面积上的荷载，可以简化为集中
荷载。
分布作用在一定面积或长度上的荷载，可
简化为分布荷载，如风、雪、自重等荷载。
如果结构的各杆轴线及外力（包括荷载和 反力）均在同一平面内，则称为平面结构，否 则便是空间结构。
实际工程中的结构都是空间结构，不过在 很多情况下可以简化为平面结构或近似分解为 几个平面结构来计算。当然，有些必须作为空 间结构来计算。
第一章
绪论
二、简化内容
1. 结构体系的简化
空间结构 平面结构
第一章
第一章
绪论
三、结构力学的任务
• 结构力学的任务是根据力学原理研究外力和其他外界 因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、 稳定性和动力反应，以及结构的几何组成规律。包括 以下几方面内容： • (1) 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简 图的合理选择； • (2) 讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度 和刚度的验算； • (3)讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反 应 • (4)创造新的结构形式，研究建立新的计算理论与方法。
Fx
Fy
第一章
绪论
(3)固定支座
约束杆端 不能移动也不 能转动，有三 个反力分量。 Fx Fy
Fx
Fy
第一章
绪论
第一章
结构力学第一章
*空间结构简化成平面结构
*杆件用轴线代替 平截面假定
杆件
轴线
§1-2 杆系结构的计算简图
*结点与支座
*材料简化、荷载简化
§1-3 杆系结构的分类
§1-4 荷载的分类
❖按作用时间的久暂可分为: 1、恒载：长期作用于结构上且各个因素都不改变的荷载。 2、活载：在施工和使用期间可能存在的可变的荷载。
结构按几何特征分类
杆系结构
结构力学
板壳结构
实体结构
弹性力学
§1-1 结构力学的任务
结构力学是土木工程的一门专业基础课，土木 工程专业的灵魂。 ——考研的课程，体现能力的课程。 主要任务: 杆系结构的组成规律和合理形式。 掌握杆系结构的计算原理和计算方法，解决结 构的强度和刚度问题。稳定和动力计算等专题。 了解各类结构的受力性能，培养结构分析与计 算等方面的能力。
“教” 讲概念、原理、方法、要点和难点
“学” 预习 听课（动脑） 看书复习 练习 懂 会 熟练 悟性 学知识 培养能力
结构力学内容的特点 循序渐进，由已知求未知，一环扣一环
学习要求 有问题及时弄懂 作业是最好的实践活动，是学好结构力学的必 经之路，没有投机取巧或捷径，严禁抄袭
复习与思考：
1、结点、支座的允许变形和变形约束与约束力之间 的对应关系
三峡大坝
三峡大坝是钢筋混凝土重力 坝，一共用了1600多万立方 米的水泥砂石料，相当于浇 筑1米厚3米多高的墙体可绕 地球赤道一圈。
§1-2 杆系结构的计算简图
取计算简图原则： 突出主要因素——计算准确 忽略次要因素——计算简单
简化内容： 结构、杆件、结点、支座、材料、荷载
§1-2 杆系结构的计算简图
（Civil engineering）
结构力学 第1章结构的计算简图
计算简图的简化通常包含下述四方面的简化：
(1)平面简化 (2)杆件的简化
结构力学
(3)结点的简化 结构中杆件的相互连 接处称为结点，根据 实际构造，结点的计 算简图分为两种基本 类型，即铰结点和刚 结点。
图1.1(a)(b)是屋架结 点的简化，图1.1(c) (d)是框架梁和柱结点 的简化。
(a)、(b)所示。
图1.8
结构力学
1.3 荷载的分类
1.按作用时间的久暂
荷载按其作用时间的久暂可分为恒荷载和活荷载。 (1)恒荷载(简称恒载)—长期作用于结构上的不变荷载，如结构 的自重、固定于结构上的设备的重量等。这种荷载的大小、 方向和作用位置是不变的。 (2)活荷载(简称活载)又称可变荷载——暂时作用于结构上的荷 载，如吊车荷载、结构上的人群、风、雪等荷载。
2.按荷载作用的性质
荷载根据其作用的性质可分为静力荷载和动力荷载。
(1)静力荷载—凡缓慢地施加，不引起结构的振动，因而可忽略 惯性力影响的荷载是静力荷载。结构的恒载都是静力荷载。只考 虑位置改变，不考虑动力效应的移动荷载，也是静力荷载。
(2)动力荷载—凡能引起显著振动或冲击，因而必须考虑惯性力 影响的荷载是动力荷载。
图1.5
结构力学
(3) 拱
桁架由直杆组成，杆与杆之间
的连接点为铰结点。当荷载作用
于结点(即结点荷载)时，各杆只
受轴力(图1.6)
(4) 刚架
图1.6
刚架通常由若干直杆组成，杆件间的结点多为刚结点，如图
1.7(a)(b)。杆件内力一般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。
图1.7
结构力学
(5) 组合结构 组合结构是由桁架杆件和梁等组合而成的结构，如图1.8
《结构力学》第1章_绪论.
2.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
3.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
4.支座的简化: 固定铰支座 活动较支座 固定支座 滑动支座(定向支座)
§1-3 杆件结构的类型
根据其结构特点可分为如下五类
1、梁
⑴ 单跨梁
静定梁 超静定梁
⑵ 多跨梁
静定多跨梁
连续梁
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在荷载作用下，截面存在弯矩、剪力和轴力。
作题练习是重要环节，不作一定数量的习题，就很难对基本概念和方法 有深入的理解，也很难培养好计算能力。但作题也要避免各种盲目性。
⑶ 自学能力 消化已学知识；摄取新知识。
⑷ 表达能力 作业计算书要书写整洁；作题要步骤分明、思路清楚、图形简明、数据 准确，注重培养严谨作风。
§1-2 结构的计算简图及简化要点
结构力学
第1章 绪论 第2章 体系的几何组成分析 第3章 静定结构的内力力分析 第4章 虚功原理和结构位移计算 第5章 力法 第6章 位移法和力矩分配 第7章 影响线及其应用
(课内:2,课外与课内之比1:1) (课内:6,课外与课内之比3:1) (课内:12,课外与课内之比3:1) (课内:10,课外与课内之比3:1) (课内:12,课外与课内之比3:1) (课内:12,课外与课内之比3:1) (课内:6,课外与课内之比2:1)
预习内容： 概念 几何不变体系和几何可变体系
自由度 刚片 约束 多余约束 瞬变体系 瞬铰
二、杆件的简化
计算简图中杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆 长用结点间的距离表示，荷载的作用点也转移到轴线上。
三、杆件间连接的简化---结点简化
(1) 铰结点
(2) 刚结点
《结构力学》第1章：结构的计算简图
超静定结构分析方法
力法
力法是以多余约束力为基 本未知量，通过建立和求 解力法方程来求解超静定 结构的方法。
位移法
位移法是以节点位移为基 本未知量，通过建立和求 解位移法方程来求解超静 定结构的方法。
混合法
混合法是结合力法和位移 法的优点，同时以多余约 束力和节点位移为基本未 知量进行求解的方法。
超静定结构计算简图绘制
明确计算目的
在绘制结构计算简图之前，需要明确计算的目的 和要求，从而确定需要简化的结构和保留的细节 。
保持结构几何不变性
在简化结构时，需要保持结构的几何不变性，即 简化后的结构在几何形状上应与原结构保持一致 。
合理简化结构
在绘制结构计算简图时，需要对结构进行合理的 简化，忽略对计算结果影响较小的细节，突出主 要受力构件和节点。
01
深入研究结构力学的基本原理和方法，为结构计算简图的发展
提供坚实的理论基础。
推动技术创新与应用
02
鼓励和支持新技术、新方法的研究与应用，提高结构计算简图
的精度和效率。
加强人才培养与交流
03
重视结构力学领域的人才培养和技术交流，推动行业技术的不
断进步和发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
机械工程中的应用
确定机械零件的承载能力和变形特性
通过结构计算简图，可以对机械零件进行受力分析，从而确定零件在不同荷载作用下的承载能力 和变形特性，为机械设计和制造提供依据。
优化机械设计方案
利用结构计算简图，可以对不同的机械设计方案进行比较和分析，从而选择最优的设计方案，提 高机械的可靠性和经济性。
未来展望与挑战
展望
未来结构计算简图将更加注重实时性、动态性和可视化，能够更好地模拟实际结 构的受力情况和变形过程，为工程设计和施工提供更加可靠的依据。
结构力学第一章[30页]
![结构力学第一章[30页]](https://img.taocdn.com/s3/m/d2a67990c281e53a5902ff80.png)
然实际工程中多为空间结构，但很多情况下可以简化为平面结构来计算。
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录 第四节
第 2 节 荷载的分类
本节目录
1.2 荷载的分类 1.2.1 按荷载作用的状况 1.2.2 按荷载作用的时间 1.2.3 按荷载对结构产生的动力效应
结构力学课件
第一章 绪论
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录 第四节
第 1 节 结构的分类
1.1 结构的分类
• 结构的定义：在工程实际中能承受荷载、传递荷载并起到骨架作用的体 系称为结构，如房屋建筑中的 梁、板、柱等。结构的类型很多，可从 不同的角度来分类。
• 结构的分类：按照其几何特征，一般可分为杆件结构、薄壁结构和实体 结构。
又可分为以下几种:
结构力学课件பைடு நூலகம்
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节
第 1 节 结构的分类
1.1.1 梁
• 梁是一种受弯杆件，其轴线通常为直线。 • 常见的有单跨梁和多跨梁 ( 见 图 1 . 1 )
第章三目节录
第四节
图1.1
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录
第1节
1.1.2 钢架
• 刚架是由梁和柱组成 的结构，其结点以刚 结点为主，也有铰结 点( 见 图 1 . 2 )。
结构的分类
第四节
图1.2
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录
第1节
1.1.3 拱
• 拱是轴线为曲线且在 竖向荷载作用下支座 处产生水平反力的结 构( 见 图 1 . 3 )。
结构力学第1章 绪论-结构力学(1-2)
钢、混凝土、砖、石等。 假设： 连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。 注意：
木料为各向异性材料（横纹与顺纹不同）
小结
知识点：
铰结点、刚结点、组合结点
可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向支座
材料性质简化的假设
重点：
结点的简化方法 支座的简化方法
难点：
工程结构简化
（4） 固定支座
简化方法
支座
（1） 可动铰支座
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。
梁 Fy 砖墙
简化方法
支座
（2） 固定铰支座
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。
Fx 梁
Fy
砖墙
简化方法
支座
（3） 定向支座
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。
课程目标
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。
学科内容
主要研究杆件结构的几何组成规律，
学科任务
教学大纲 学习方法
本节课就讲到这。
休息一会儿！
第1章 绪 论
Introduction
第1章绪论 授课内容
1.1 结构的计算简图
1.2 平面杆件结构和荷载的分类
1.1 结构的计算简图
知识点：
铰结点、刚结点、组合结点 可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向支座
结构力学第1、2章
➢ 2、研究几何不变体系的组成规则，以保证所设 计的结构能承受荷载而维持平衡。
➢ 3、根据体系的几何组成，可以确定结构是静定 的还是超静定的，以便选择相应的计算方法。
➢ 4、 根据几何组成分析找出结构的基本部分和 附属部分，从而找到计算的合理途径。
2.1 几何构造分析的几个概念
➢ 1、几何不变体系(constantly changeable system) 和几何可变体系(instantaneously changeable system)
O
Ⅱ
B
C
1
2
A
D
Ⅰ
(a)
Ⅱ
B
CF
1
23
A
DE
Ⅰ
(b)
B
1
Ⅱ
A
C
Ⅰ
(c)
➢二、三刚片规则
三个刚片用不在一条直线上的三个铰
两两相联，则所组成的体系是几何不变且
无多余约束。
C
Ⅱ
Ⅲ
(Ⅰ，Ⅱ) Ⅱ
(Ⅱ，Ⅲ) Ⅲ
(Ⅰ，Ⅲ)
(Ⅰ，Ⅲ) (Ⅱ，Ⅲ)
(Ⅰ，Ⅱ) Ⅱ
Ⅲ
B
A
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
(a) (b)
(c)
➢三、二元体规则
在一刚片上增加一个二元体所构成 的体系是几何不变且无多余约束。
➢4、一根链杆或一个单铰只能使用一次， 一个复铰相当于多少个单铰，就只能使 用几次。
找到刚片 找刚片之间的联系 确定位置关系 写出结论
例1、分析图示体系的几何组成
A 12
D（Ⅰ、Ⅱ） E（ Ⅱ、Ⅲ ）
B CⅡ DE Ⅲ
3
4
5
F 6
Ⅰ
（Ⅰ、Ⅲ）
结构力学Chapter_1_Introduction
Chapter 1 IntroductionContents§ 1-1 Main objectives and primary tasks of structural mechanics (1)§ 1-2 Analytical model and line diagram (2)§ 1-3 Classification of structures and loads (9)1-3-1 Classification of structures (9)1-3-2 Classification of loads (10)§ 1-4 Basic assumptions (11)Problems (15)§ 1-1 Main objectives and primary tasks of structural mechanicsA structure refers to a system of load carrying/transferring components that frame engineering buildings of various types of occupancy. Typical examples of structures include, but not limited to, the frames formed by floor slabs, beams, columns, shear walls and foundations, etc., of residential constructions, dams and flood gates of hydraulic constructions, bridges, tunnels and culverts of highways and railways, and the load carrying frames of automobiles and aircrafts, etc.The mechanical properties and load carrying capacity of engineering structures are closely linked to their geometric characteristics, based on which general structures can be divided into three categories:(1) Skeletal structures, which are consisted of a certain number of interconnected skeletal members. The geometric characteristic of a skeletal member is that its cross-sectional dimension is much smaller than its length. Typical examples of skeletal members and structures include beams, rigidly connected frames, arches and trusses, etc.(2) Plate and shell structures, which are also referred to as thin-wall structures. The geometric characteristic of a thin-wall structure is that its thickness is much smaller than the other two dimensions of it. The floor slabs, hemispherical roof diaphragms (Figure 1-1) and the shells of plane fuselage and ship hull all fall into this category.(3) Solid structures, also known as three-dimensional continuum structures, of which the length, width, and height are in similar size. Gravity retaining walls (Figure 1-2) and gravity dams of hydraulic constructions are examples of solid structures.Figure 1-1 Figure 1-21- 1Structural mechanics is mainly focused on the study of reasonable configuration of structures and their performance in regard to the internal forces, deformation, dynamic responses and stability when under external loads and/or other external effects, such as support movements and temperature changes. The objective of the study is to make the structures to meet the requirements for safety, serviceability and economic issues. More specifically, the primary tasks of structural mechanics include the following aspects:(1) Establish a rational form for a structure considering the functional requirements and occupancy of the structure.(2) Investigate the theories and methods of calculation of the internal forces, deformation, dynamic responses and stability of the structures.(3) Investigate the theories and methods of determination of the external actions based on the structural responses, and vice versa, and those of control of structural responses.Structural mechanics is an important professional basic course of the discipline of civil engineering. It is closely linked with several prerequisite courses, including theoretical mechanics and mechanics of materials, and the subsequent elastic and plastic mechanics. The theoretical mechanics and mechanics of materials are considered as fundamental mechanics while structural mechanics is mostly focused on skeletal structures and therefore is sometimes referred to as special structural mechanics; while the elastic and plastic mechanics mostly deals with continuum structures and plate and shell structures.Advances in modern engineering technologies and rapid development of computer technologies have had a profound impact on the discipline of structural mechanics. On one hand, analysis of massive engineering structures under actions of complex external factors requires emphasizing the integrated application of basic concepts of structural mechanics and theories of conceptual engineering design. On the other hand, the rapid increase in computing capacity requires the development of compatible theories and methods of structural mechanics. As a result, the traditional structural mechanics has been boosted towards directions, including the conceptual structural mechanics and computational structural mechanics.Many fundamental changes have taken place in the roles and functions of scientific and technical personnel in the field of civil engineering due to the fast development of science and technologies. The teaching of structural mechanics should therefore focus on the basic concepts of mechanics and their rational applications, in conjunction with the cognitive rules of the objective world and context of engineering practice, and eventually aims at improving the qualities and abilities of the students as an essential goal.§ 1-2 Analytical model and line diagramIn the real sense, the load state of a structure is often very complex. It will be difficult while unnecessary in many cases to analyze the structures in full accordance with the actual states of them, and thus certain simplifications and assumptions need to be made before analyzing the structural responses. Often, during the analysis some 1- 2secondary factors of actual structures are ignored under the premise that the structural responses can still be reflected correctly. Such a simplified representation of an actual structure for structural analysis purposes is called an analytical model. In analysis of mechanics, an analytical model is representative of the actual structure. Therefore, it is a key issue and should be solved first to choose and establish a rational analytical model.The principles of selection of an analytical model include as following:(1) Retain the main factors and omit the secondary factors so that the analytical model can reflect the essential features of the structural responses, such as internal forces.(2) To simplify the analytical model as much as possible without affecting its feasibility for structural analysis.In addition, different analytical models can be used for the same structure based on the requirements and specific circumstances. For example, in the preliminary design of a structure, a relatively coarse analytical model can be used; while in the construction design, a more precise analytical model should be used. Simplified analytical models can be used for hand computation while more precise analytical models can be constructed for computerized calculation. For dynamic analyses, the analytical models can be more simplified since the analysis is often complicated and time-consuming, while for static analysis, more precise analytical models can be used as the calculation is simple and fast.An analytical model comprises simplification of actual structures in many aspects and will be introduced separately as following.1. Structural configurationsSkeletal structures can be further divided into plane and spatial skeletal structures. Generally, all actual structures are spatial structures since they need to resist loads from all directions. However, in most cases, spatial constraints that are secondary to the structural performance can often be ignored or converted into one plane, by which an actual structure can then be broken down into several plane structures. In such way, the structural analysis can be greatly simplified.2. Structural members: line diagramsMembers of a skeletal structure can normally be represented by lines coinciding with their centroidal axes. The lengths of the members are expressed as the distances between the intersection points of them and adjacent members.3. ConnectionsA connection refers to the intersection amongst the members. Although the detailed configurations of the connections of timber, steel and concrete structures are quite different, their analytical models can normally be classified into two types:(1) Pin (hinge) connectionsThe characteristic of a pin connection is that all connected members can rotate freely around the connection, and therefore it is normally represented by an idealized smooth hinge. This idealized connection, however, is very difficult to achieve in practical engineering. For example, speaking of the intermediate connection of the bottom chord of a timber roof truss, as shown in Figure 1-3a, it is apparent that the1- 3Figure 1-4a shows the details of a connection between a side column and a beam of a reinforced concrete multistory frame structure. Since the concrete of the side column and beam are cast monolithically and the reinforcing bars extend into the column no less than the required anchorage length, it is ensured that the beam and the column are firmly linked together. In this case, the connection is considered as a rigid connection and its analytical model is shown in Figure 1-4b.4. SupportsA support refers to the connection between a structure and the foundation. The loads applied onto a structural are eventually passed via supports to the foundation and soil underneath. The counterforces passed from the supports to the structure are referred to as reaction forces. For plane structures, there are mainly five types of supports:(1) Roller supportExamples of roller supports include roller bearing (Figure 1-5a) and roll shaft bearing (Figure 1-5b) used in bridges.1- 4(4) Sliding supportFigure 1-8a shows schematically a sliding support (also known as a directional pin support). This type of support limits the rotation and movement along one direction while allows sliding in the other direction of the support. For example, the structure shown in Figure 1-8a cannot rotate or move vertically at the support while it can have a small amount of sliding along the horizontal direction. This type of support1- 5(5) Elastic supportAn elastic support is used when the deformation of the support cannot be ignored for structural analysis purposes. Shown in Figure 1-9a is a bridge deck structure, for which the deck loads are passed through the longitudinal beams to the horizontal beams and girders, and eventually to the piers of the bridge. In the load transfer path, the horizontal beams support the longitudinal beams and the resulting deformation of the horizontal beams may lead to vertical displacements of the longitudinal beams. In this case, each of the horizontal beams is equivalent to a spring support to the longitudinal beams. Since this type of supports has certain ability to resist transverse movements, they are referred to as an anti-sliding elastic support. For example, the intermediate supports of the longitudinal beam shown in Figure 1-9b all fall into this category. Another type of elastic supports has certain ability to resist torsional movements, known as anti-rotation elastic support.1- 65. LoadsThe floor loads of engineering buildings can generally be simplified as uniformly distributed vertical load; the lateral wind load can be simplified along the height of the buildings as uniformly distributed (in several segments), and so on.To illustrate the process of simplification of structural loads, a single story reinforced concrete industrial workshop, as shown in Figure 1-10, is used as an example. Normally, a reinforced concrete industrial workshop is spatial and consists of roof trusses, roof sheathing panels, columns, crane beams and bracing system, etc. Vertical roof loads are passed first from the sheathing panels to the roof trusses, and then to the columns at both ends of the trusses, and eventually to the foundation. When the workshop is subjected to lateral wind loads, the loads on the roof sheathing panels will be transferred to the upper ends of the columns via roof trusses; while the wind loads on the sidewalls are generally simplified as uniform distributed loads and are transferred to the columns via the walls and eventually to the foundation. When these two types of loads act separately, all plane frames (comprising trusses and columns) except those at the sides of the workshop will generate almost the same internal forces and deformation; therefore, the structural analysis of the building can be based on the analysis of one of these plane frames. Thus, a spatial problem can be simplified to a plane problem. It is well known that the longitudinal connections (mostly achieved by bracings) of the workshop is relatively weak and cannot provide sufficient integrity. Therefore, when the workshop is subjected to vertical or horizontal crane loads, it is conservative to assume that all or a certain percentage of the crane loads are resisted by the frame right underneath the crane(s). Thus, the workshop can still be analyzed as a plane system.1- 71- 8 Figure 1-10 1Fixed steel skylightRibbed sideboard Sheathing panel ColumnWindowBeamDitch Exterior wall LintelSteel bracketCullis board CranebeamGround Concrete padCup-shaped foundation Crane ladderWind column§ 1-3 Classification of structures and loads1-3-1 Classification of structures2. ArchesNormally the centroidal axis of an arch is curved. Arches will have horizontal reaction force under vertical loads, which helps to reduce the bending moments on the cross-sections (Figure 1-13).1- 93. Rigid framesA rigid frame usually consists of straight members. Its configuration is characterized by rigid connections at intersections of members (Figure 1-14). Sometimes a rigid frame is also called a frame.Figure 1-13 Figure 1-144. TrussesTrusses consist of straight members, which are all pin-connected. When a truss is subjected to nodal forces only, there will be only axial forces in truss members (Figure 1-15).5. Composite structuresA composite structure comprises truss members and beams (Figure 1-16a), or truss members and rigid frame members (Figure 1-16b). The feature of its load state is that its truss members only take axial force and all the other flexural members can resist axial force, shear force and bending moments simultaneously.In addition to the five types of skeletal structures mentioned above, which are the most basic, there are more complex ones, such as suspension cable structures.Figure 1-16Skeletal structures can be plane or spatial. When the centroidal axes of the members and the applied loads are in the same plane, it is known as a plane skeletal structure, or simply a plane structure. Those do not meet these conditions are known as spatial skeletal structures, or simply spatial structures (see § 3-6).1-3-2 Classification of loadsLoads refer to the external forces acting on a structure. For example, the 1- 10self-weight of a structure, crane loads of industrial workshops, loads from cars driving on a bridge, soil or water pressure acting on hydraulic structures, and so on.The various types of loads can be briefly classified as follows based on their duration and nature:1. Classified based on duration of load(1) Dead loadsLoads that act permanently on a structure of constant magnitudes and fixed positions are known as dead loads. For example, the self-weight of a structure and the weight of the devices that are permanently attached to the structure. A dead load does not change in terms of its magnitude, position and direction during the service life of a structure.(2) Live loadsA load of a variant magnitude and only temporarily acts on a structure is known as a live load. Examples include loads caused by train and cranes, people, wind, snow and so on. In structural analysis, usually dead loads and some live loads (such as people, wind and snow loads) are considered as fixed in terms of their position, and are therefore called as fixed loads. Some live loads, such as loads brought by cranes, cars and trains, are referred to as moving loads since their positions on a structure are variable.2. Classified based on the nature of loads(1) Static loadsStatic loads have constant magnitudes, positions and orientations over time, and are normally assumed to be increased gradually from zero to a sustained value. Consequently, the mass of a structure under static loading will not produce apparent acceleration and inertia forces, and thus will not cause vibration of the structure. Self-weight of structures and other dead loads all belong to static loads.(2) Dynamic loadsDynamic loads change rapidly over time. The structures under dynamic loads will generate apparent acceleration and corresponding inertia forces, which will subsequently cause structural motion or vibration. For example, loads caused by eccentric masses of a running machine, dynamic actions on structures caused by ground motion during an earthquake, impact actions from waves on hydraulic structures, blast waves from an explosion, fluctuating loads caused by wind, and so on, all belong to dynamic loads.§ 1-4 Basic assumptionsIn addition to various simplifications made in construction of analytical models of structures, structural analysis can also be simplified by taking assumptions of the structural behavior based on the actual situations.Structural mechanics usually considers the following three basic assumptions:(1) Structures are continuous and remain so when subjected to external loading.(2) Hooke’s Law applies, which states that, for a structure in static equilibrium, the displacement u at any point (Figure 1-17) can be expressed asn n F a F a F a u P P P +++=L 2211 (1-1)where a1, a2… and a n are constants and independent of the loads F P1, F P2... and F Pn; however, the constants are normally different for displacements of different points on the structure and different positions and orientations of the external loadings.(3) A structure recovers its original unstressed state if all external loads are withdrawn.The structures that are analyzed based on these three assumptions are known as linear elastic structures. At year 1859 Kirchhoff proposed the uniqueness theorem of solution of elastic systems, according to which the elastic deformation of a linear elastic system has unique relationship with the external loads, i.e., the internal force and deformation of a linear elastic system are uniquely determined given the external loading actions. The theorem of uniqueness of solution of linear elastic system plays an important role in structural analysis. A structural analysis based on this theorem is known as a linear analysis.Figure 1-18The principle of superposition of linear elastic structures can be proved based on the assumptions (2) and (3), i.e., Equation (1-1) applies to a series of load vectors F P1, F P2... F Pn not only when they are at a constant ratio but also when they are in arbitrary ratios to each other. In other words, the applicability of Equation (1-1) is independent of the loading sequence, so are the constants a1, a2…and a n. The principle of superposition plays an important role in structural analysis of linear elastic structures.Besides, some other important theorems, such as the reciprocal theorem (see §5-7), can also be derived from the three basic assumptions.In real engineering practice, some structures do not meet the basic assumptions. Such structures are known as nonlinear structures. The analysis of such structures is called a non-linear structural analysis. The nonlinearity in structural behavior mainly comes from the nonlinearity in material behavior and geometric characteristics of the structures.The so-called material nonlinearity refers to the physical properties of structural materials in case they are nonlinear, including nonlinear elastic and plastic. For example, as shown in Figure 1-18, the material near the midspan (with the shadowed area) of a simply supported steel beam can exhibit nonlinearity when the loadbecomes large. In this case, the relationship between the internal forces, deformation and the external loading becomes nonlinear.The so-called geometric nonlinearity refers to the phenomenon that the deformation or displacement of a structure gets so large that the equilibrium conditions can only be applied based on the deformed configuration of the structure. Figure 1-19a shows an eccentrically compressed column. When the translational displacement, Δ, of the upper end of the column is small compared to the loadeccentricity e, the equilibrium conditions can be applied to the original configuration of the column without causing too big errors. Consequently, the bending moment at the bottom end of the column, M A, is considered to be equal to F P e. Otherwise, if Δ is large compared to the load eccentricity e and cannot be ignored, the equilibrium conditions must be established based on the deformed column configuration, i.e., M A=F P(e+Δ). Since the translational displacement Δ is a function of F P, both thedeformation and internal forces of the column will be nonlinear.Another example is shown in Figure 1-19b, where the structure reaches equilibrium under an external load applied at point A. The deformed configuration is represented by dashed lines. Since the displacement is quite large compared to the dimension of the structure, the equilibrium equations for the calculation of the internal forces of the two tension rods must be constructed based on the deformed configuration. Since the deformed configuration of the structure is dependent on the external loading, the deformation and internal forces are also nonlinear with the external loading.Figure 1-19c shows a curved bar subjected to a vertical load. The support conditions of the curved bar are dependent on its deformation. This nonlinearity in boundary conditions can also be regarded as geometric nonlinearity. In fact, the force equilibrium is always reached on the deformed configuration of a structure no matter how big the structural deformation or displacement is. It is only that ignoring the difference between the deformed and original configurations of a structure will not cause significant errors when the structural deformation or displacement is small enough.Figure 1-19For nonlinear structures the theorem of unique solution and the principle ofFor most actual structures, the stress-strain relationship of the materials will be close to (for example steel structures) or can be approximately considered (frame example reinforced concrete structures) as linear. Meanwhile, the structural deformation and displacement will be quite small compared to the dimension of the structure. In this case, the three basic assumptions hold and the theorem of unique solution and the principle of superposition apply. Chapters 1 to 10 of this book will mainly discuss the linear elastic structural analysis.Problems[1-1]What are the major differences in the geometric configurations of skeletal structures, plate and shell structures and continuum structures?[1-2]What are the basic tasks of structural analysis and the major problems that should be paid attention to during the study of structural mechanics?[1-3]What is the analytical model of a structure? How to choose an analytical model?[1-4]What is the major difference and possible relationship between moving loads and dynamic loads?[1-5]What is a linear elastic structure and what are the basic characteristics of the structural behavior of linear elastic structures? What is the basic meaning ofHooke's law?[1-6]What are the basic characteristics of structures with material nonlinearity and geometric nonlinearity?。
结构力学第一章 绪论
温度变化等）的内力计算
了解各种结构的受力特性。
六、结构力学的地位 支持课程：高等数学、静力学、材料力学
后续课程的基础：钢筋混凝土、钢结构、土力学与
地基基础、建筑工程施工、
房屋结建筑学等
工程问题：当吊钩上作 用一个重为G的设备时， 校核结构能否承受？
本书脉络
第一章 第二章 第六章
第一章
结构初步分类 结构的计算简图
须对结构作—些必要的简化，突出其主要特点，略去某
些次要因素，采用一种简化了的图形来代替实际结构。
这种经过简化并用于进行计算的结构图形就称为~。
结构简化的原则： 1．抓住主要因素，略去次要因素，使计算简因能反映 实际结构的主要受力状态； 2．根据需要与可能，从实际出发，力求使计算简图便 于分析和计算。
称为建筑结构，简称为
结构。
赵州桥
南京长江大桥
二、结构分类 空间结构
1、按空间观点分
平面结构
杆件结构
长度 >>其他尺寸
2、按几何观 点分类
薄壁结构
厚度 <<其他尺寸
实体结构
三个方向在同量级
南 通 体 育 馆
杆系结构
薄壁结构
实体结构
挡土墙
水坝
三、结构力学与材料力学的区别 材料力学：研究材料的强度和单根杆件的强度、
论
• §1-1 结构力学的研究对象及其任务 • §1-2 结构的计算简图 • §1-3 平面杆系结构的分类
• §1-4 荷载的分类
第一章 绪
本章教学目标：
论
本章要解决的问题
1.结构的分类方式有哪些？如何分类的？ 2.实际工程结构进行计算时要形成计算简 图才能用来计算，要形成计算简图经过哪 些步骤？分别是怎么简化的。 3.平面杆系结构通常情况下分为哪几类？ 有什么特点？ 4.按支座反力，杆系结构分为哪几类？ 5.按计算方法杆系结构分为哪几类？ 6.按照作用时间的长短，荷载分为哪几类， 分别是如何定义的。 7.按照作用性质，荷载分为哪几类，分别 是如何定义的？
结构力学第1章习题及参考答案
第1章1-1分析图示体系的几何组成。
解 原体系依次去掉二元体后，得到一个两铰拱（图（a-1））。
因此，原体系为几何不变体系，且有一个多余约束。
1-1 (b)解 原体系依次去掉二元体后，得到一个三角形。
因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。
（a ）（a-1）（b ）（b-1）（b-2）1-1 (c)（c-2） （c-3）解 原体系依次去掉二元体后，得到一个三角形。
因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。
1-1 (d)（d-1） （d-2） （d-3）解 原体系依次去掉二元体后，得到一个悬臂杆，如图（d-1）-（d-3）所示。
因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。
注意：这个题的二元体中有的是变了形的，分析要注意确认。
（d ）（c-1）1-1 (e)解 原体系去掉最右边一个二元体后，得到（e-1）所示体系。
在该体系中，阴影所示的刚片与支链杆C 组成了一个以C 为顶点的二元体，也可以去掉，得到（e-2）所示体系。
在图（e-2）中阴影所示的刚片与地基只用两个链杆连接，很明显，这是一个几何可变体系，缺少一个必要约束。
因此，原体系为几何可变体系，缺少一个必要约束。
1-1 (f)解 原体系中阴影所示的刚片与体系的其它部分用一个链杆和一个定向支座相连，符合几何不变体系的组成规律。
因此，可以将该刚片和相应的约束去掉只分析其余部分。
很明显，余下的部分（图（f-1））是一个几何不变体系，且无多余约束。
因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。
1-1 (g)解 原体系中阴影所示的刚片与体系的其它部分用三个链杆相连，符合几何不变体系的组成规律。
因此，可以将该刚片和相应的约束去掉，只分析其余部分。
余下的部分（图（g-1））在去掉一个二元体后，只剩下一个悬臂杆（图（g-2））。
因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。
（e ）（e-1）ABCAB （e-2）（f ）（f-1） （g ） （g-1） （g-2）1-1 (h)解 原体系与基础用一个铰和一个支链杆相连，符合几何不变体系的组成规律。
结构力学第一章绪论
➢ 梁、刚架、拱
➢ 按结构计算特点分
➢ 静定、超静定
➢ 按结构几何特性分
➢ 平面、空间
Y. Peng, Dept. of Civil Engineering & Architecture, Southwest University of Science & Technology
➢ 反力Fy必垂直于支承面且通过铰中心
A
A
支座 垫板
Fy
Fy
2、 固定铰支座
➢ 只允许绕铰转动，忽略磨擦
➢ 反力作用线过铰心
➢ 用坐标分力Fx，Fy表示
A
梁 圆柱形铰 滚轴
梁
圆柱形铰
支座 垫板
Y. Peng, Dept. of Civil Engineering & Architecture, Southwest University of Science & Technology
3、 固定支座
➢ 既不能转动，也不能移动。 ➢ 水平反力Fx，竖直反力Fy，反力矩M
Fx M Fy
Y. Peng, Dept. of Civil Engineering & Architecture, Southwest University of Science & Technology
4、 定向支座
1.4 荷载的分类
主动力
外力
力
约束力
内力
荷载 反力
➢ 按作用在结构上的时间长短分
➢ 恒载、活载
➢ 按作用在结构上的分布情况分
➢ 分布荷载、集中荷载
➢ 按作用在结构上的动力效应分
➢ 静荷载、动荷载
Y. Peng, Dept. of Civil Engineering & Architecture, Southwest University of Science & Technology
结构力学第1章习题及参考答案
第1章1-1剖析图示系统的几何构成。
1-1(a)a〕原系统挨次去掉二元体后，获得一个两铰拱〔图〔原系统为几何不变系统，且有一个剩余拘束。
1-1(b)b〕〔b-1〕a-1〕（a-1〕〕。
所以，b-2〕解原系统挨次去掉二元体后，获得一个三角形。
所以，原系统为几何不变系统，且无剩余拘束。
1-1(c)〔c〕〔c-1 〕〔c-2〕〔c-3〕解原系统挨次去掉二元体后，获得一个三角形。
所以，原系统为几何不变系统，且无剩余拘束。
1-1(d)〔d〕〔d-1〕〔d-2〕〔d-3〕解原系统挨次去掉二元体后，获得一个悬臂杆，如图〔d-1〕-〔d-3〕所示。
所以，原系统为几何不变系统，且无剩余拘束。
注意：这个题的二元体中有的是变了形的，剖析要注意确认。
1-1(e)AAB C B〔e〕〔e-1〕〔e-2〕解原系统去掉最右侧一个二元体后，获得〔e-1〕所示系统。
在该体系中，暗影所示的刚片与支链杆C构成了一个以C为极点的二元体，也能够去掉，获得〔e-2〕所示系统。
在图〔e-2〕中暗影所示的刚片与地基只用两个链杆连结，很显然，这是一个几何可变系统，缺乏一个必需拘束。
所以，原系统为几何可变系统，缺乏一个必需拘束。
1-1(f)〔f-1〕f〕原系统中暗影所示的刚片与系统的其他局部用一个链杆和一个定向支座相连，切合几何不变系统的构成规律。
所以，能够将该刚片和相应的拘束去掉只剖析其他局部。
很显然，余下的局部〔图〔f-1〕〕是一个几何不变系统，且无剩余拘束。
所以，原系统为几何不变系统，且无剩余拘束。
1-1(g)〔g〕〔g-1〕〔g-2〕解原系统中暗影所示的刚片与系统的其他局部用三个链杆相连，切合几何不变系统的构成规律。
所以，能够将该刚片和相应的拘束去掉，只剖析其他局部。
余下的局部〔图〔g-1〕〕在去掉一个二元体后，只剩下一个悬臂杆〔图〔g-2〕〕。
所以，原系统为几何不变系统，且无剩余拘束。
1-1(h)〔h〕〔h-1〕解原系统与根基用一个铰和一个支链杆相连，切合几何不变系统的构成规律。
结构力学《第一章绪论》龙奴球
第一章
绪论
• 现代结构力学 将工程项目从论证到设计，从 施工到使用期内维护的整个过程作为大系统， 研究大系统中的各种各样力学问题。显然其 研究对象范围更广。 • 根据本课程的特点，本书将以狭义结构力学 为主，适当涉及广义结构力学。
第一章
绪论
二、各力学课程的比较
学科 理论力学 材料力学 结构力学 研究对象 质点、刚体 单根杆件 杆件结构 变形体的强度、刚度 和稳定性 研究任务 物体机械运动的一般 规律
第一章
绪论
四、结构力学的研究方法
包括理论分析、实验研究和数值分析
在小变形、材料满足虎克定律的假设 下综合考虑：1、静力平衡；2、几何连续； 3、物理关系三方面的条件，建立各种计算 方法。 平衡—几何法 虚功---能量法
第一章
绪论
东 方 明 珠 塔
第一章
绪论
万里长城
第一章
绪论
天安门城楼
第一章
绪论
第一章
绪论
2. 支座的简化
支座是支承结构物的装置，它的作用 是限制结构沿某一个或几个方向的运动，并 因此产生相应的约束力（反作用力）
(1)可动铰支座
约束杆端 不能竖向移 动，但可水 平移动和转 动。只有竖 向反力。
Fy
第一章
绪论
(2)固定铰支座
约束杆端不能移动，但可以转动。有两 个互相垂直的反力，或合成为一个合力。
第一章
绪论
荷载的确定，常常是比较复杂的，荷载
规范总结了设计经验和科学研究的成果，供
设计时应用。但在不少情况下，设计者要深
入现场，结合实际情况进行调查研究，才能
对荷载作出合理的确定。
第一章
绪论
第一章
结构力学-第一章绪论
*具有对计算结果进行定量校核或定性判断的能力。
*初步具有应用计算机计算的能力。 做题练习是学习结构力学的重要环节。不做一定量的习题就很难对基 本概念和方法有深入的理解和掌握，也很难培养较好的计算能力。
§1-2 结构的计算简图 《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
实际结构往往是很复杂的,进行力学计算以前，必 须加以简化，用一个简化的图形来代替实际结构，这 个图形称为结构的计算简图。 一、简化的原则： （1）从实际出发——计算简图要反映实际结构的主要 性能。 （2）分清主次，略去细节——计算简图要便于计算。
又称壁结构，几何特征是其厚 度要比长度和宽度小的多 长、宽、厚三个尺度大小相仿
梁、拱、刚架、桁架
房屋中的楼板和壳体 屋盖 水工结构中的重力坝
板壳结构 实体结构
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
结构力学的主要研究对象是杆件结构
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
杆件结构
平面杆件结构 空间杆件结构
本教程主要研究平面杆件结构
结构力学的主要任务：
强度
结构的要求： 刚度
稳定性
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
结构力学的任务是根据力学原理研究外力和其 他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的 强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的 几何组成规律。包括以下三方面内容：
二、简化的要点
《 结 构 力 学 》 第 一 章 绪 论
1.结构体系的简化 一般的结构都是空间结构。但是，当空间结构在某 一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时，可以把空 间结构分解成几个平面结构进行计算。 2.杆件的简化
结构力学 第一章 绪论
Q
Q
纵向荷载下
Q
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结构力学
48
§1-3 杆件结构的分类
高层建筑、 大型水利工程、 桥梁结构、 大跨结构 高耸结构、 核电站结构、 体育馆结构。
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结构力学
25
框架结构
悬索桥（悬索）
结构复杂
体育馆（板、壳结构）
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结构力学
26
上海杨浦斜拉桥
世界第一拱——卢浦大桥
结构复杂
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上 海 金 茂 大 厦
结构力学
27
1-2-2 结构计算简图的概念
y
y
A x
A
x
FAy
用于大型钢桥
图1-7 可动铰支座及反力
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结构力学
37
固定端(固定支座)
限制全部位移 ( 移动和转动 ) ，其反力用沿 坐标的分量和力偶来表示。
y A x
y Ayx NhomakorabeaFAx
MA
A
FAy
x
图1-8
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平面固定端支座及反力
结构力学
38
定向支座
限制某些方向的位移和转动，而允许某一 方向产生位移，其反力除所限制位移方向力外， 还有支座反力偶。 y
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结构力学
31
1-2-4 杆件的简化
在计算简图中，结构的杆件就可抽象化地用 轴线来表示。
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结构力学
32
1-2-5 结点的简化及分类
结点 (Joint) 杆件的交汇点。
结点可分为铰结点、刚结点和组合结点。
结构力学第一章 绪论和构造分析
一、确定计算简图的原则 （1） 从实际出发——计算简图要反映结构的主要性能。 （2）分清主次,略去细节——计算简图要便于计算。
二、 计算简图的简化要点 1.结构体系的简化
多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实 际空间结构分解为平面结构。
2020/11/24
5、思考题
1. 杆件结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？
2. 结构力学、材料力学、弹性力学的研究对象的主要 差别是什么？
3. 常见的雨伞、降落伞和气球各属于那种（张拉式薄 膜结构充气式薄膜结构）薄膜结构？
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20
结构力学 Structural Mechanics
§1-2 结构的计算简图
5
结构力学 Structural Mechanics
桥梁结构
赵州桥
澳门桥
澳门桥
重庆长江大桥
2020/11/24
虎门大桥
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6
结构力学 Structural Mechanics
桥 梁 结 构
斜拉结构－上海南浦大桥
2020/11/24
悬索结构--伦敦塔楼
返回
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7
结构力学 Structural Mechanics
2020/11/24
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结构力学 Structural Mechanics
3. 自学能力 • 复习已学的知识——即精读教材； • 摄取新的知识——即阅读参考书; • 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。
4. 表达能力 • 作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。
2020/11/24
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2) 组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其中 梁式杆以受弯为主，内力不仅有轴力，还有 弯矩、剪力。
三、 荷载
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Байду номын сангаас。如：楼面活荷载，雪荷载。
36
2. 按荷载作用位置可分为： 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。
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。
30
4. 滑动支座（定向支座） A A 实际构造 特点：
MA
A
MA
Fy A
Fy A
1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线 位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
2）杆端存在反力矩以及沿链杆方向的反力。
31
实际形状
工程实例
27
简图：
FxA
A
MA
FyA
特点： 1) 结构在支座截面不产生线位移和转角； 2) 支座截面有反力矩以及x、y方向的反力。
28
2. 固定铰支座
FxA
A
FyA
FxA
A
FyA
实际形状
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
3. 辊轴支座 A A
2. 研究内容
平面杆件体系的几何构造分析； 讨论结构的强度、刚度、稳定性、动力反应 以及结构极限荷载的计算原理和计算方法等。
24
几何构造分析主要是讨论几何不变体系的组成 规律，因为只有几何不变体系才能作为结构来使 用。 强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并 符合经济要求。 刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形 从而影响使用。 稳定性验算在于保证结构不会产生失稳破坏。
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
6
万里长城
7
天安门城楼
8
国家大剧院
9
三峡大坝
10
印度泰姬陵
11
意大利比萨斜塔
12
凯旋门
13
埃菲尔铁塔
14
吉隆坡石油双塔
15
桥梁
16
赵州桥
17
青马大桥
18
旧金山大桥
3. 按荷载作用的性质可分为：
静荷载——荷载的大小、方向、位置不随 时间变化或变化很缓慢的荷载。恒载都是静 荷载。 动荷载 ——荷载的大小、方向随时间迅 速变化，使结构产生显著振动，结构的质量 承受的加速度及惯性力不能忽略。化爆和核 爆炸的冲击波荷载、地震荷载等都是动力荷 载。
37
四、线性变形体系
33
3. 拱
FP
三铰拱
FH
FH
FV
拉杆
FV
拉杆拱
拱的特点：
无铰拱
1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有 水平推力 FH （见图)； 2) 水平推力大大改变了拱的受力特性。
34
4. 桁架和组合结构
静定桁架
超静定桁架 组合结构
35
特点： 1) 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，当 荷载作用于结点时，各杆只受轴力；
若体系产生符合约束条件的微小连续变形， 材料服从虎克定理，则该体系称为线性变形体 系，可以用叠加原理求结构的内力和变形。
1.微小连续变形
变形与杆件尺寸相比很小，结构变形后几何 尺寸无变化，荷载位置及作用线不变，变形符 合支座约束条件。
2.材料服从虎克定律
即应力应变满足关系式：
E 。
38
19
二、结构分类
1. 杆系结构
——杆件长度l远大于横截面尺寸b、h。
钢结构梁、柱
20
埃菲尔铁塔
21
2. 板壳结构 ——厚度远小于其长度与宽度的结构
悉尼歌剧院
22
清华大礼堂
23
3. 实体结构 ——长、宽、高三个尺寸相近的结构
三、结构力学研究的对象和内容
1. 研究对象 由细长杆件构成的体系—平面杆系结构。 如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
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目录
结构力学(II) 第十 章 矩阵位移法 第十三章 结构的动力计算 第十五章 结构的塑性分析与极限荷载 结构力学教程(I)、(II) 龙驭球 包世华 主编 龙驭球 包世华 匡文起 袁驷 编著
高等教育出版社
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第一章 绪
论
§1-1 结构力学的内容和学习方法 §1-2 结构计算简图
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§1-1 结构力学的内容和学习方法
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动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载 作用下的动力反应 结构受到的地震力、位 移、速度、加速度及动内力等。
极限荷载的求解是为了充分发挥结构的承载能 力，由讨论结构的弹性计算转变为塑性计算。
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§1-2 结构计算简图
一、支座和支座反力
支座定义：把结构与基础联结起来的装置。
1. 固定支座
B
A
结构力学
Structural Mechanics
清华大学土木工程系 结构力学教研室
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电子版教材编者
张玉良 辛克贵
须寅
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目录
结构力学(I) 第一章 第二章 第三章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 绪论 平面体系的几何构造分析 静定结构的受力分析 影响线 静定结构的位移计算 力法 位移法 渐近法
二、几种杆系结构
1. 梁 1）单跨梁
静定梁 超静定梁
2）多跨梁
静定多跨梁 连续梁
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，水平梁在竖向荷载 作用下，截面存在弯矩和剪力。
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2. 刚架
静定刚架
超静定刚架
刚架的特点： 1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件间的结 点多为刚结点； 2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。