结构力学-参考答案

模块1参考答案

1.结构有哪几种分类?

答：结构主要有：杆件结构，薄壁结构和实体结构三类。

2.结构力学的研究对象和研究任务是什么?

答：结构力学的研究对象：结构力学的研究对象是杆件结构，薄壁结构和实体结构的受力分析将在弹性力学中进行研究。严格地说，一般的杆件结构是空间结构，但它们中的大多数均可简化为平面结构。所以，本门课程主要研究平面杆件结构，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。

结构力学是研究结构的合理形式以及结构在受力状态下内力、变形、动力反应和稳定性等方面的规律性的科学。研究的目的是使结构满足安全性、适用性和经济方面的要求。建筑物、构筑物、结构物在各类工程中大量存在：

（1）住宅、厂房等工业民用建筑物；

（2）涵洞、隧道、堤坝、挡水墙等构造物；

（3）桥梁、轮船、潜水艇、飞行器等结构物。

结构力学的任务：结构力学与材料力学、弹性力学有着密切的联系，他们的任务都是讨论变形体系的强度、刚度和稳定性，但在研究对象上有所区别。材料力学基本上是研究单个杆件的计算，结构力学主要是研究杆件的结构，而弹性力学则研究各种薄壁结构和实体结构，同时对杆件也作更精确的分析。

结构力学研究杆件结构的强度、刚度和稳定性问题，其具体任务包括以下几个方面：（1）杆件结构的组成规律和合理的组成方式。

（2）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。

（3）杆件结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。

结构力学是土木工程专业的一门重要的专业基础课，在各门课程的学习中起着承上启下的作用。结构力学的计算方法很多，但所有方法都必须满足以下几个三个基本条件：（1）力系的平衡条件。在一组力系作用下，结构的整体及其中任何一部分都应满足力系的平衡条件。

（2）变形的连续条件，即几何条件。连续的结构发生变形后，仍是连续的，材料没有重叠和缝隙；同使结构的变形和位移应该满足支座和结点的约束条件。

（3）物理条件。把结构的应力和变形联系起来的条件，即物理方程或本构方程。

以上三个基本条件，贯穿在本课程的全部计算中，只是满足的次序和方式不同而已。

结构力学是一门专业基础课，在专业学习中占有重要的地位。学习它一方面要用到数学、理论力学、材料力学等前修课程的只是，另一方面又要为混凝土结构、钢结构、结构抗震设计等后续专业课学习奠定必要的力学基础。

3.结构的分类可以按哪几类进行分类?

答：按几何特征区分，有杆件结构、薄壁结构和实体结构三类。按结构组成和受力特点可分为梁、刚架、桁架、组合结构、拱结构。按杆件和荷载在空间的位置分为平面结构和空间结构。按计算方法的特点分为静定结构和超静定结构。

4.支座反力的作用是什么?

答：（1）限制位移，将结构固定于基础上，限制结构朝某方向移动或转动；

（2）作为传递力，将结构上的荷载通过制作传到基础和地基。

5.结构的简化包括哪两部分?

答：结构的简化包括以下两方面：一是结构体系的简化；二是结构构件的简化。

模块2参考答案

1.什么是自由度?

答：所谓体系的自由度是指该体系运动时所具有的独立运动方式数日，即用来确定其几何位置所需的彼此独立的几何参数的数目。

2.论述几何组成分析的三个规则?

答：（1）二元体规则。所谓二元体是指用两根不在同一直线上的链杆连接一个新节点的装置。下面结合图2-9说明二元体规则的正确性。刚片（图中阴影部分）本身是几何不变的，通过链杆1、2在节点C连接（即增加二元体），由此所得体系符合三刚片规则，故体系仍为几何不变，且无多余约束。

（2）两钢片规则。平面中两个独立的刚片共有六个自由度，如果将它们组成为一个整体刚片，则有三个自由度。由此可知，在两刚片之间至少应该加入三个约束才可能使整体组成为一个几何不变的体系。下面讨论这些约束应怎样布置才能达到体系为几何不变的目的。

（3）三钢片规则。三个刚片用不在同一直线上的三个单铰两两相联，组成的体系为几何不变体系，且无多余约束。

3.常见的约束有哪些?

答：体系有自由度，若加入限制运动的装置，将使其自由度减少。我们把减少自由度的装置称为约束（Constraint）或联系，能减少几个自由度的装置就称为有几个约束。常见的约束有：链杆和铰结点。

4.什么是几何可变体系，什么是几何不变体系?

答：几何可变体系——在任意荷载的作用下，即使不考虑材料的应变，它的形状和位置也是可以改变的。几何不变体系——如果不考虑材料的应变，它的形状和位置是不能改变的。

模块3参考答案

1.静定平面刚架的特点?

答：刚架是由梁和柱等直杆组成的具有刚性结点的结构。若各杆轴线和荷载均在同一平面内，称为平面刚架；不在同一平面内，则称为空间刚架。实际工程中，平面刚架的基本几何组成形式有悬臂刚架、简支刚架和三铰刚架三种类型。其中，悬臂刚架常用于雨棚、挑檐、火车站站台以及阳台等结构中；简支刚架常见于起重机的支架；三铰刚架多用于仓库和小型厂房等结构。

刚架结构中的结点，部分或者全部为刚结点，这是刚架与桁架的重要区别。与铰结点相比，刚结点的刚性联结更容易维持结构的几何不变性。可见，刚架结构中由于具有刚结点，能够形成结构所需的内部使用空间。

从变形角度来说，当刚架受力变形时，刚结点所连接的各杆件不能发生相对转动，故汇交于联结处的各杆端之间的夹角始终保持不变。

从受力角度来说，由于刚结点对杆件的相对转动有约束，使其可以承受并传递全部内力

（包括弯矩、剪力和轴力），并使刚架中弯矩的分布更加均匀，有利于材料性质的发挥。

2.按照不同的特征，静定平面桁架可分为?

答：按照不同的特征，静定平面桁架可分为无推力的梁式桁架和有推力的拱式桁架。

3.截面法分析静定桁架时应注意哪两点?

答：在桁架分析中，有时仅需或者是先需求出某一（或某些）指定杆件的内力，这时一般用截面法比较方便。截面法指用适当的截面，截取桁架中包含两个以上结点的部分为隔离体，此时作用在隔离体上的各力通常构成平面一般力系，可以建立三个平衡方程。因此，只要隔

离体上的未知力不超过三个，一般都可以利用这三个平衡方程解得。

为简化内力计算，在应用截面法分析静定桁架时应注意以下两点：

（1）选择恰当的截面和适宜的平衡方程，尽量避免方程的联立求解。

（2）利用刚体力学中力可沿其作用线移动的特点，按照解题需要可将杆件的未知轴力移至恰当的位置进行分解，以简化计算。

4.组合结构的受力特点?

答：在一些结构中，既有只受轴力作用的桁架杆件（二力杆），又有梁式杆件，其中梁式杆件，除了承受轴力外，还承受弯矩和剪力。这种由两类杆件组成的结构，称为组合结构。组合结构常用于房屋建筑中的屋架、吊车梁以及桥梁的承重结构。如图1（a）所示为三铰拱式的三角形屋架、如图1（b）所示为下撑平行弦式的四角形加固体系，如图1（c）所示为下撑式五角形屋架，如图1（d）所示为简易斜拉桥结构。

图1

计算组合结构的关键，是正确区分桁架杆和梁式杆这两类杆件，只有无荷载作用的两端铰结的直杆才是桁架杆。桁架杆被截断后，截面上只有轴力；梁式杆被截断后，截面上有三个内力，即弯矩、剪力、轴力。

计算时，一般是先求出支座反力和桁架杆的内力，计算方法与计算桁架相同；然后再计算梁式杆件的内力，计算方法与刚架相同。如果二力杆的一端与梁式杆相联结，在计算时不能使用桁架结点法来求解，如图2所示，桁架杆DF的一端与梁式杆AC相联结于F点，由于AF、CF不是二力杆，因此不能认为FD是零杆，也不能像在桁架中那样取结点A为隔离体，利用结点法来计算AD、AF两杆的内力。