结构力学(绪论)

第一章绪论

1.1结构力学的研究内容

一、结构的概念

建筑物和工程设施中，起主要受力、传力及支承作用的骨架部分。

二、结构的分类

1、按构件的几何特征分为：杆系结构(空间或平面)；板壳(薄壁:薄板、薄壳)结构；实体结构。

(1) 杆系结构：由杆件组成。

几何特征：横截面<<长度

图1.1 杆系结构

<2>、板壳（薄壁：薄板、薄壳）结构

几何特征：厚度<<长度和宽度

图1.2 板壳结构

<3>、实体结构

几何特征：任何一个方向的尺寸都不能被忽略掉

图1.3 实体结构

2、按结构型式划分为：

砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等；

3、从建筑材料划分：

砖石结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、组合结构等；

4、从空间角度划分：

平面结构、空间结构等；

三、《结构力学》研究的对象

理论力学：刚体

材料力学：变形体(单个杆件：简支梁、悬臂梁、伸臂梁)

结构力学：变形体(平面杆系结构：多跨梁、桁架、刚架、组合结构、拱)

四、《结构力学》研究的内容

<1> 研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的内力(强度计算)；

<2>研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的变形(刚度计算)；

<3>分析平面杆系结构的稳定性；

<4>探讨平面杆系结构的组成规律及合理形式(几何构造分析)；

结构力学应用举例说明：

①设计思路

②钢筋混凝土悬臂梁，只考虑自重，钢筋应该配在上部，还是下部？为什么？

③脚手架(超静定桁架)的设计

1.2结构的计算简图

一、结构计算简图

在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实际结构主要受力和变形特点的计算模型。

二、结构计算简图的简化原则

选取的原则是： 1、要从实际出发2、要分清主次

既要尽可能正确反映结构的实际工作状态，又要尽可能使计算简化。

计算简图不是唯一的：根据不同的要求和具体情况，对于同一实际结构也可选取不同的计算简图。例如：初步设计阶段，可选取比较粗略的计算简图，施工图设计阶段，则可选取较为精确的计算简图；用手算时，可选取较为简单的计算简图，用电算时，则可选取较为复杂的计算简图。

三、实际杆件结构的简化

1、杆件体系的简化

实际工程结构都是空间结构，在大多数情况下，常可忽略一些次要的空间约束而将其分解为平面结构，使计算得到简化。本书主要讨论平面杆件结构的计算问题。

2、杆件(几何形式)的简化

无论是直杆或曲杆，均可以其轴线(截面形心的连线)代替杆件，而将杆轴线形成的几何轮廓来代替原结构。

3、约束的简化

体系运动时可以独立改变的座标的数目，称为该体系的自由度。

平面内一个点的自由度为2，如图1.15(a)所示；平面内一个刚片的自由度为3。

刚片：体系的几何组成分析不考虑材料的应变，任一杆件(或体系中一几何不变部分)均可看为一个刚体，一个平面刚体称为一个刚片。

减少自由度的装置称为约束(或联系)。可以减少1个自由度的装置是1个约束。

约束分内部约束和外部约束。支座为外部约束，节(结)点为内部约束。 ①支座的简化：

(1) 活(滑)动铰支座(轴支座、辊轴支座

)

(a) 点

(b) 刚片 图1.4 自由度

(2) 固定铰支座(不动铰支座)

(3) 固定支座

(4) 定向支座(滑动支座，双链杆支座)

(5) 弹性支座

其约束力的个数和方向如下图所示：

②连接结点的简化

结构中的结点也称之为内部约束，可简化为链杆、铰结点、刚结点、组合结点。

(链杆

)

图1.5 滑动铰支座

图1.6 固定铰支座

图1.7 固端支座

图1.8 定向支座

图1.9 弹性支座

一个链杆可以提供一个约束。

(2) 铰结点：其变形特征和受力特点是，汇交于结点的各杆端可以绕结点自由转动；在铰结点处，只能承受和传递力，而不能传递力偶，如下图所示。

(c) (d)

图1.11 铰结点

连接两个杆的铰结点叫做单铰(提供2个约束），连接两个及以上杆件的铰结点叫做复铰(连接n 个刚片的复铰可折算成(n -1)个单铰，提供2(n -1)个约束)。

(2) 刚结点：其变形特征和受力特点是：汇交于结点的各杆端之间不能发生相对转动；刚结点处不但能承受和传递力，而且能承受和传递力偶。

连接两个杆的刚结点叫做单刚结点(提供3个约束)，连接两个及以上杆件的刚结点叫做复刚节点，连接n 个刚片的复刚结可折算成(n -1)个单刚结，提供3(n -1)个约束）。

图1.10 链杆(支杆)

(a) 单铰结点

(b) 复铰结点 A

(3) 组合结点(又称不完全铰结点或半铰结点)：在同一结点上，部分刚结，部分铰结。

图1.13 组合结点 5、材料性质的简化

一般均假设为连续、均匀, 各向同性、弹性。

6、荷载的简化

①集中荷载：次梁 主梁(kN)；柱自重

②线荷载：梁的自重(kN/m)

③面荷载：板的自重(kN/m 2)

1.3 平面杆系结构的分类

不同的分类方法：

一、按结构坐标维度分类

平面杆系结构、空间杆系结构

二、按计算特性分类

1、静定结构：其杆件内力(包括反力)可由平衡条件惟一确定。

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惟一确定。

三、按结构的受力和变形特性分类

(a) 单刚结点

(b) 复刚结点 图1.12 刚结点

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