结构力学课件

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国家大剧院
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三峡大坝
6
印度泰姬陵 7
意大利比萨斜塔
8
凯旋门
9
埃菲尔铁塔 10
吉隆坡石油双塔 11
桥梁 12
赵州桥
13
青马大桥
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旧金山大桥结构力与美的
欣赏picture.ppt
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二、结构分类（从几何角度分类）
1. 杆系结构
——由杆件长度l远大于横截面尺寸b、h
的细长杆组成的结构。
件唯一确定； 超静定结构：杆件的内力(包括反力)由平衡条
件还不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才 能唯一确定。
三、 荷载
荷载：主动作用于结构的外力(自重、水压力 和土压力)。
广义荷载还包括温度变化、基础沉陷、材料 收缩等。
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荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。
荷载如果估计过大，则设计的结构会过于笨 重，造成浪费；荷载如果估计过低，则设计的结构 将不够安全。
稳定性验算在于保证结构不会产生失稳破坏。
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。
(5) 杆系结构的矩阵位移分析：适合电算的方 法。
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5、结构力学与其它学科的关系
结构力学是理论力学、材料力学的后续课程、 属于专业(技术)基础课。在后续课程中，结构力学 除与弹性力学性质相近外，又为钢筋混凝土结构、 钢木结构、水工结构等专业课提供力学基础。
各学科的任务：理论力学→讨论物体机械运 动的基本规律；材料力学(结构力学、弹性力学)是 研究单根杆件(杆系结构、实体结构和板壳结构)的 强度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法。
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四、学习方法和注意事项
首先，要充分认识到结构力学课程对本专业 的重要性。
1、学习方法 (1) 一定注意分析方法和解题思路，从具体问 题的算法中学习分析问题的一般方法。 如：从“已知→未知”；“整体→局部→整 体”的方法。 (2) 认真听课、做好笔记，提高听课效果。 (3) 多练，必须独立、高质量的完成所布置的 作业。
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
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：房屋中的梁柱体 系、桥梁、水坝等等都是 工程结构的例子。
结构的作用：起承受 和传递荷载的作用。
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万里长城 3
天安门城楼
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 。
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2、注意事项 (1) 切忌不看书、不复习、照例题埋头作习题； (2) 切忌贪多求快、不求甚解； (3) 切忌照答案凑数、不会自己校核； (4) 切忌不改正错题、不接受教训。 结构力学是一门古老的科学，其理论的经典
部分几乎已经达到尽善尽美的程度，但它又是不断 发展的科学，含义如下：
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(1) 新结构层出不穷→要求从理论和实践上加 以解决；
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。
(3) 动力反应：动荷载作用下的动内力和动位 移(电机转动、地震等)；
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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、结构的 位移、速度、加速度及动内力等。
(4) 稳定分析、塑性分析：结构变形进入塑性 阶段以后的问题；
荷载可以根据不同特征进行分类：
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。
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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，
B
A
模型
工程实例
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简图：
FxA A
A
MA
FyA
特点：
（1) 杆端截面A不产生线位移和角位移； （2) 杆端截面A有反力矩以及沿x、y方向的反力。
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2. 固定铰支座
模型
FxA A
FyA
FxA A
FyA
特点： (1) 杆端截面A无线位移，可以自由转动； (2) 杆端截面A产生沿x、y方向的反力。
(3) 研究在动荷载作用下，结构的动力反应 (动内力、动位移)的计算原理和方法；
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(4) 研究在静荷载作用下，结构的稳定性的计 算原理和方法；
(5) 研究在静荷载作用下，结构的极限承载力 的计算原理和方法；
3、研究对象 结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结构，
如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
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组合结构
特点：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 和剪力。
按空间观点分为平面结构和空间结构。 平面结构：各杆的轴线和外力作用线都在同
一平面内； 空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。
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按计算特性分为静定结构和超静定结构。 静定结构：杆件的内力(包括反力)可由平衡条
(2) 计算机的发展→使结构力学获得了新生， 提高了精度和适度；
(3) 各力学学科间互相渗透→扩展了计算原理 和计算方法；
(4) 关于“优化设计”问题→电算产生以前提 出的有可能解决的问题正逐步得到解决。
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§1-2 结构计算简图
一、支座和支座反力
把结构与基础联结起来的装置称为支座。 1. 固定支座
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3. 辊轴支座（活动铰支座）
A
A
FyA
特点： （1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； （2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。
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4. 滑动支座（定向支座）
A 模型
A
MA
Fy A
A
MA
Fy A
特点：
（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A存在反力矩以及沿链杆方向的反力。
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注意：车辆荷载、风载和地震荷载通常在设 计中简化为静力荷载，但在特殊情况下要按动力荷 载考虑。
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，设计者需要深入现场，结合实际 情况进行调查研究。才能对荷载作出合理的确定。
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四、线性变形体系
如吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。
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、地震荷载和 风荷载等都是动力荷载。
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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 FH（见图)；
（2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。
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4. 桁架和组合结构
静定桁架
超静定桁架
特点： 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载
作用于结点上，各杆只受轴力；
弹性力学Hale Waihona Puke 塑性力学、岩体力学、断裂力学 ……。
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2、结构力学的任务
(1) 研究结构的组成规律和合理形式，合理选 择计算简图。
组成规律：保证结构各部分之间不发生相对 运动，使结构能承受荷载，并且能够维持平衡。
合理形式：有效利用材料，使其性能得以充 分发挥。
(2) 研究在静荷载作用下，结构的内力和变形 的计算原理和方法；
钢结构梁、柱
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埃菲尔铁塔
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2. 板壳结构(薄壁结构) ——厚度远小于其长度和宽度的结构。
悉尼歌剧院
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清华大礼堂
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3. 实体结构(块体结构) ——长、宽、高三个尺寸相近的结构。
三、结构力学研究的任务、对象和内容
1、结构力学 结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结构，
如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。 (1) 结构力学是固体力学的一个分支； (2) 结构力学是以结构(建筑)为研究对象的。 力学：固体力学、流体力学、空气动力学等。 固体力学：理论力学、材料力学、结构力学、
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二、几种杆系结构
1. 梁 1）单跨梁
2）多跨梁
静定梁 超静定梁 静定多跨梁
连续梁
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截
面存在弯矩、剪力和轴力。 36
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，杆件与杆 件连结的结点多为刚结点；
（2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴 力。
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5、伸缩弹性支座 特点：
（1）只有竖向支座反力 Fy ；
（2） 竖向可有一定的弹性变形，
可转动和水平移动。
Fy
6、 旋转弹性支座
M
Fx
Fy
Fx
M
Fy
Fx
M
Fy
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特点：
（1） 有支反力矩 M 、水平支反力 Fx 和竖向 支反力 Fy ；
（2）不允许竖向位移和水平位移，可有一定 转角弹性变形。
4. 研究内容 (1) 平面杆件体系的几何构造分析；