结构力学绪论
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结构力学
Structural Mechanics
清华大学土木工程系 结构力学教研室
1
电子版教材编者
张玉良 辛克贵
须寅
2
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
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) 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 用在结构上。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。
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。
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。
32
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。
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 。
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。
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
3
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
38
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
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
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 F （见图 )； H 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；
25
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。
26
§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
Structural Mechanics
清华大学土木工程系 结构力学教研室
1
电子版教材编者
张玉良 辛克贵
须寅
2
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
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) 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，如吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。
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。
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。
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 。
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。
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。
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四、线性变形体系
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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
38
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
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意大利比萨斜塔
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凯旋门
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埃菲尔铁塔
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吉隆坡石油双塔
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桥梁
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赵州桥
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青马大桥
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旧金山大桥
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
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 F （见图 )； H 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；
25
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。
26
§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