1绪论,重庆大学,文国治版结构力学课件
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屋架
柱
吊车梁 牛腿
基础
(c)
EA→∞
20
(d)
土木工程专业系列教材—结构力学
出版社 科技分社 出版社 科技分社
1.3
平面杆件结构的分类
结构的分类，实际上是指结构计算简图的分类。 1）按受力和变形特性分
（1）梁 梁是一种受弯构件，其轴线通常为直线。梁有单跨的 和多跨的。其内力一般有弯矩和剪力，以弯矩为主。
出版社 科技分社
1
土木工程指导性专业规范系列教材
出版社 科技分社
结构力学
主讲人：文国治、陈名弟、刘 纲、王达诠
出版社
2
土木工程指导性专业规范系列教材
出版社 科技分社
本章导读 ●基本要求 了解结构力学的研究对象和任务；了解选取结构 计算简图的原则、要求及其主要内容；了解平面杆件结构的分 类。 ●重点 结构力学研究的对象和任务；杆件结构的计算简图。 ●难点 结构计算简图的选取。
h l
b
其长度l比截面宽度b和厚度h大得多，杆件结 构也称杆系结构。
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结构按其几何特征通常分为以下三类： (2) 薄壁结构 薄壁结构又称为板壳结构。薄壁构件的厚度h 要比长、宽两个尺度小得多。
h h
b
l
(a)
平板
(b)
壳体
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●能反映实际结构的主要受力及变形性能——即准确； ●保留主要因素，略去次要因素，使计算简图便于计 算——即简单。
计算简图的选择要根据当时当地的具体要求和条件来选用，并 不是一成不变的。譬如，对不重要的结构可以采用较简单的计算简 图，对重要的结构应采用较精确的计算简图；在初步设计阶段可选 择较粗糙的计算简图，在施工图设计阶段可选择较精确的计算简图； 用手算时可选取较简单的计算简图，用电算时可选取较复杂的计算 简图。
●杆件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。
●杆件结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。
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1.2
杆件结构的计算简图
1）计算简图及其选择原则 将实际结构简化后的力学计算模型称为计算简图。 计算简图的选择应遵循下列两条原则：
(2) 按照荷载的分布情况分：
①集中荷载 ：当荷载的分布面积远小于结构的尺寸时，则可认 为此荷载是作用在结构的一个点上，称为集中荷载。集中荷载 有集中力和集中力偶两种。
②分布荷载 当荷载的分布面积较大时，即是分布荷载。分布荷 载又可分为均匀分布荷载、线性分布（如三角形或梯形分布） 荷载等。 17
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（3）拱 拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水 平反力（推力）。这使得拱内弯矩和剪力比同跨度、 同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。
(a)
(b)
(c)
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（4）桁架 桁架由直杆组成，所有结点都为理想铰结点。 当仅受结点集中荷载作用时，其内力只有轴力（拉 力和压力）。
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（5）组合结构 组合结构是由只承受轴力的桁杆和主要承受 弯矩的梁杆（梁或刚架杆件）组成的结构，其中 含有组合结点 。
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源自文库
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2）按计算特性分
（1）静定结构：其杆件内力（包括反力）可由平衡 条件唯一确定。 （2）超静定结构：其杆件内力（包括反力）仅由平 衡条件还不能惟一确定，而必须同时考虑变形条件才能 唯一确定。
A FAx MA FAy (b) (c)
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MA
A
(a)
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⑤弹性支座——如果在结构计算中，需要考虑支座本身的变形 时，则这种支座称为弹性支座。弹性支座又分为抗移动弹性支 座和抗转动弹性支座。
A k FAy MA (a) FAx A k FAy (b)
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2）计算简图的简化要点 ——应从以下几方面进行简化
(1) 结构体系的简化 ——如平面杆件结构 。 (2) 杆件的简化——不论是直杆或曲杆均可用其轴线（截面 形心的连线）表示。 (3) 结点的简化 ①刚结点：刚结点的特点是汇交于结点的各杆端之间不能 发生相对转动，各杆间可相互传递力和力矩。
FP
(a)
(b)
(c)
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②铰结点： 铰结点的特点是汇交于结点的各杆端可以绕结点自由转 动，各杆间可相互传递力，但不能传递力矩。
钢拉杆
(a)
(a)
(b) (b)
(c)
(a)
③组合结点： 在同一结点上，某些杆件相互刚 结，而另一些杆件相互铰结，则称为 组合结点。
1
A
2
3
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(4) 支座的简化 ①活动铰支座——它允许结构绕铰A转动和沿支承平面方向移 动，但A点不能沿垂直于支承面的方向移动。
A A FAy
(a)
(b)
②固定铰支座——简称为铰支座，它允许结构绕铰A转动， 但A点不能沿水平或竖向移动。
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出版社 科技分社出版社 科
第1章 绪论
1.1 结构力学的研究对象和任务 1） 结构及其分类
建筑物或构筑物中承担荷载而起骨架作用的部分，或 其中的某些承重构件，都可称为结构。
南京长江大桥
上海金茂大厦(右)和国际金融中心(左)
4
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长江三峡大坝
国家大剧院
5
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北京奥运会主 体育馆(鸟巢)
上海世博会 中国国家馆
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结构按其几何特征通常分为以下三类：
(1) 杆件结构 杆件结构是由杆件或若干杆件相互连接组成。
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再见
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结构按其几何特征通常分为以下三类： (3) 实体结构
实体结构是由长、宽、厚三个尺度大致相当的 块体组成的结构。
挡土墙
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2） 结构力学的研究对象和任务 结构力学的研究对象是杆件结构，确切说为平 面杆件结构。即组成结构的所有杆件及结构所承 受的外荷载都在同一平面内的结构。 具体任务包括以下几个方面： ●杆件结构的组成规律和合理的组成方式。
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4）结构计算简图举例
例1.1 图示为一根两端 搁在墙上的梁，其上 放一重物，现确定梁 的计算简图。
b /2 b l0 (a)
b /2 b
FP g
l (b)
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例2:单层厂房的计算简图
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(a)
(b)
(c)
(d)
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（2）刚架 刚架由梁和柱组成，结点多为刚结点。其内力一 般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。
(a)
(b)
(c)
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(3) 按照荷载作用的性质分：
①静力荷载： 其大小、方向和位置不随时间而变化或变化极为 缓慢，不会使结构产生显著的振动，因而可略去惯性力的影响。 恒载以及只考虑位置改变而不考虑动力效应的移动荷载都是静 力荷载。
②动力荷载 ：随时间迅速变化的荷载，使结构产生显著的振动， 因而惯性力的影响不能忽略。如往复周期荷载（机械运转时产 生的荷载）、冲击荷载（爆炸冲击波）和瞬时荷载（地震、风 震）等。 除荷载外，还有其他一些因素也可以使结构产生内力 和位移，例如温度变化、支座沉陷、制造误差、材料胀缩 等。从广义上来说，可将这些因素视为广义荷载。
矩阵位移法（电算）
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本章小结 （1）结构是指建筑物或构筑物中承担荷载而起骨架作用的 部分。结构力学的研究对象是平面杆件结构，研究任务是平 面杆件体系的几何组成规律及平面杆件结构的强度、刚度、 稳定性计算和动力反应。 （2）用一理想化的简化模型来代替实际结构，该模型称为 实际结构的计算简图。选择计算简图的两条原则可归纳为“ 反映实际、简化计算”。要通过分析结构的构造特征、受力 特征，并结合经验和实验综合考虑，才能确定出计算简图。 选择计算简图时，要从结构体系、杆件、结点、支座、材 料、荷载等几个方面入手进行简化。 （3）平面杆件结构可划分为梁和刚架、桁架、拱以及组合 结构等几种类型。
(5) 材料性质的简化
为了简化计算，通常假设材料为连续的、均匀的、各向同性 的、完全弹性或弹塑性的。
(6) 荷载的简化
荷载简化为作用在杆件轴线上的力，祥见以下讨论。
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3）荷载的分类
(1) 按照荷载作用时间的长短分：
①恒载： 永久作用在结构上的不变荷载，如结构自重、固定设 备、土压力等。 ②活载 ：暂时作用在结构上的可变荷载，如临时设备、人群、 风力、水压力、移动的汽车和吊车等。
三、按几何特性分
（1）平面结构：各杆的轴线和外力的作用线均在同 一平面内。 （2）空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。如空间 刚架、网架、电视塔等。
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结构力学课程的性质和内容安排
1）性质 是土木工程专业一门重要的专业基础课。 2）内容 静定结构位移计算 静定结构内力计算 几何组成分析 超静定结构内力计算 基本方法 （力法、位移法） 3）课程特点与学习方法 由于内容连贯性强，切勿欠账。每学完一章后，应及 时复习，切实掌握。要求大家必须按时完成作业。 工程使用 力矩分配法（手算）
FAx A FAy FAy A FAx A
(a)
(b)
(c)
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③固定支座——这种支座不允许结构在支承处发生任何方向的 移动和转动。
MA FAx FAy A
④定向支座——定向支座又称滑动支座，结构在支承处不能 (a) (b) 转动，不能沿垂直于支承面的方向移动，但可沿支承面方向 滑动。
柱
吊车梁 牛腿
基础
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EA→∞
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平面杆件结构的分类
结构的分类，实际上是指结构计算简图的分类。 1）按受力和变形特性分
（1）梁 梁是一种受弯构件，其轴线通常为直线。梁有单跨的 和多跨的。其内力一般有弯矩和剪力，以弯矩为主。
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本章导读 ●基本要求 了解结构力学的研究对象和任务；了解选取结构 计算简图的原则、要求及其主要内容；了解平面杆件结构的分 类。 ●重点 结构力学研究的对象和任务；杆件结构的计算简图。 ●难点 结构计算简图的选取。
h l
b
其长度l比截面宽度b和厚度h大得多，杆件结 构也称杆系结构。
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结构按其几何特征通常分为以下三类： (2) 薄壁结构 薄壁结构又称为板壳结构。薄壁构件的厚度h 要比长、宽两个尺度小得多。
h h
b
l
(a)
平板
(b)
壳体
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●能反映实际结构的主要受力及变形性能——即准确； ●保留主要因素，略去次要因素，使计算简图便于计 算——即简单。
计算简图的选择要根据当时当地的具体要求和条件来选用，并 不是一成不变的。譬如，对不重要的结构可以采用较简单的计算简 图，对重要的结构应采用较精确的计算简图；在初步设计阶段可选 择较粗糙的计算简图，在施工图设计阶段可选择较精确的计算简图； 用手算时可选取较简单的计算简图，用电算时可选取较复杂的计算 简图。
●杆件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。
●杆件结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。
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1.2
杆件结构的计算简图
1）计算简图及其选择原则 将实际结构简化后的力学计算模型称为计算简图。 计算简图的选择应遵循下列两条原则：
(2) 按照荷载的分布情况分：
①集中荷载 ：当荷载的分布面积远小于结构的尺寸时，则可认 为此荷载是作用在结构的一个点上，称为集中荷载。集中荷载 有集中力和集中力偶两种。
②分布荷载 当荷载的分布面积较大时，即是分布荷载。分布荷 载又可分为均匀分布荷载、线性分布（如三角形或梯形分布） 荷载等。 17
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（3）拱 拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水 平反力（推力）。这使得拱内弯矩和剪力比同跨度、 同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。
(a)
(b)
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（4）桁架 桁架由直杆组成，所有结点都为理想铰结点。 当仅受结点集中荷载作用时，其内力只有轴力（拉 力和压力）。
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（5）组合结构 组合结构是由只承受轴力的桁杆和主要承受 弯矩的梁杆（梁或刚架杆件）组成的结构，其中 含有组合结点 。
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2）按计算特性分
（1）静定结构：其杆件内力（包括反力）可由平衡 条件唯一确定。 （2）超静定结构：其杆件内力（包括反力）仅由平 衡条件还不能惟一确定，而必须同时考虑变形条件才能 唯一确定。
A FAx MA FAy (b) (c)
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MA
A
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⑤弹性支座——如果在结构计算中，需要考虑支座本身的变形 时，则这种支座称为弹性支座。弹性支座又分为抗移动弹性支 座和抗转动弹性支座。
A k FAy MA (a) FAx A k FAy (b)
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2）计算简图的简化要点 ——应从以下几方面进行简化
(1) 结构体系的简化 ——如平面杆件结构 。 (2) 杆件的简化——不论是直杆或曲杆均可用其轴线（截面 形心的连线）表示。 (3) 结点的简化 ①刚结点：刚结点的特点是汇交于结点的各杆端之间不能 发生相对转动，各杆间可相互传递力和力矩。
FP
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②铰结点： 铰结点的特点是汇交于结点的各杆端可以绕结点自由转 动，各杆间可相互传递力，但不能传递力矩。
钢拉杆
(a)
(a)
(b) (b)
(c)
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③组合结点： 在同一结点上，某些杆件相互刚 结，而另一些杆件相互铰结，则称为 组合结点。
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A
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(4) 支座的简化 ①活动铰支座——它允许结构绕铰A转动和沿支承平面方向移 动，但A点不能沿垂直于支承面的方向移动。
A A FAy
(a)
(b)
②固定铰支座——简称为铰支座，它允许结构绕铰A转动， 但A点不能沿水平或竖向移动。
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第1章 绪论
1.1 结构力学的研究对象和任务 1） 结构及其分类
建筑物或构筑物中承担荷载而起骨架作用的部分，或 其中的某些承重构件，都可称为结构。
南京长江大桥
上海金茂大厦(右)和国际金融中心(左)
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国家大剧院
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(1) 杆件结构 杆件结构是由杆件或若干杆件相互连接组成。
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实体结构是由长、宽、厚三个尺度大致相当的 块体组成的结构。
挡土墙
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2） 结构力学的研究对象和任务 结构力学的研究对象是杆件结构，确切说为平 面杆件结构。即组成结构的所有杆件及结构所承 受的外荷载都在同一平面内的结构。 具体任务包括以下几个方面： ●杆件结构的组成规律和合理的组成方式。
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4）结构计算简图举例
例1.1 图示为一根两端 搁在墙上的梁，其上 放一重物，现确定梁 的计算简图。
b /2 b l0 (a)
b /2 b
FP g
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例2:单层厂房的计算简图
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(b)
(c)
(d)
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（2）刚架 刚架由梁和柱组成，结点多为刚结点。其内力一 般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。
(a)
(b)
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(3) 按照荷载作用的性质分：
①静力荷载： 其大小、方向和位置不随时间而变化或变化极为 缓慢，不会使结构产生显著的振动，因而可略去惯性力的影响。 恒载以及只考虑位置改变而不考虑动力效应的移动荷载都是静 力荷载。
②动力荷载 ：随时间迅速变化的荷载，使结构产生显著的振动， 因而惯性力的影响不能忽略。如往复周期荷载（机械运转时产 生的荷载）、冲击荷载（爆炸冲击波）和瞬时荷载（地震、风 震）等。 除荷载外，还有其他一些因素也可以使结构产生内力 和位移，例如温度变化、支座沉陷、制造误差、材料胀缩 等。从广义上来说，可将这些因素视为广义荷载。
矩阵位移法（电算）
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(5) 材料性质的简化
为了简化计算，通常假设材料为连续的、均匀的、各向同性 的、完全弹性或弹塑性的。
(6) 荷载的简化
荷载简化为作用在杆件轴线上的力，祥见以下讨论。
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3）荷载的分类
(1) 按照荷载作用时间的长短分：
①恒载： 永久作用在结构上的不变荷载，如结构自重、固定设 备、土压力等。 ②活载 ：暂时作用在结构上的可变荷载，如临时设备、人群、 风力、水压力、移动的汽车和吊车等。
三、按几何特性分
（1）平面结构：各杆的轴线和外力的作用线均在同 一平面内。 （2）空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。如空间 刚架、网架、电视塔等。
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1）性质 是土木工程专业一门重要的专业基础课。 2）内容 静定结构位移计算 静定结构内力计算 几何组成分析 超静定结构内力计算 基本方法 （力法、位移法） 3）课程特点与学习方法 由于内容连贯性强，切勿欠账。每学完一章后，应及 时复习，切实掌握。要求大家必须按时完成作业。 工程使用 力矩分配法（手算）
FAx A FAy FAy A FAx A
(a)
(b)
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③固定支座——这种支座不允许结构在支承处发生任何方向的 移动和转动。
MA FAx FAy A
④定向支座——定向支座又称滑动支座，结构在支承处不能 (a) (b) 转动，不能沿垂直于支承面的方向移动，但可沿支承面方向 滑动。