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1、第一章 绪论,钢结构88层高420m（曾名列亚洲第一、世界第三）,上海金贸大厦,1-1 结构力学的研究对象及任务,如：房屋结构、,桥梁结构、,特种结构等。,大坝结构、,建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构，简称为结构。,1. 结构,世界第一拱(钢结构跨径550m),斜拉桥,长江三峡工程,水利工程的拱坝,中国民航飞机,高速列车,宇宙飞船,2. 结构力学的研究对象,结构力学: 结构+力学,几门力学课程研究对象比较:,材料力学: 研究单个杆件;,弹性力学: 研究杆件（更精确）、板、壳、及块体等非杆状结构。,结构力学: 研究由杆件系统（Framed Structure）组成的
2、工程结构, 即 杆系结构 ;,理论力学: 研究质点，质点系，刚体;,1-1 结构力学的研究对象及任务,3. 结构力学的研究任务,(2) 研究结构在荷载等因素作用下的内力（强度）及位移（刚度）计算。 强度结构在外力作用下是否会破坏的问题。 （如：桥在火车作用下的内力计算问题）。 刚度结构在外力作用下变形是否满足规定值。 （如：桥在火车作用下的位移、挠度、转角计算）。,(3) 研究结构的稳定性及动力荷载作用下的反应。 稳定性受压构件在轴向压力作下，能否保持其直线平衡状态。杆件如受压后变弯失稳,(1) 研究结构的组成规则和合理形式。,1-1 结构力学的研究对象及任务,理论分析、实验研究和数值计算三方
3、面。 结构力学的计算方法众多，但所有方法都要考虑下列三方面的条件：,（1）力系的平衡条件及运动条件;,（2）变形的几何连续条件;,（3）应力与变形间的物理条件（或称为本构方程）。,4. 结构力学的研究方法,1-1 结构力学的研究对象及任务,荷载： 作用在结构上的主动力。,例如，结构的自重、水压力、土压力、风载等，,在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变化的荷载。,1、按作用时间的长短分类,长期作用在结构上的不变荷载（如：结构构件的自重、土压力等）。,思考：恒载和活载对结构的影响有何不同？,活载：,恒载：,广义荷载: 还包括使结构产生内力的其他因素。 例如，温度变化、基础沉陷、材料胀缩等。,
4、1-2 荷载的分类,在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷载，吊车荷载）。,2 、按作用位置是否固定分类,在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、 风载、雪载）。,固定荷载：,移动荷载：,1-2 荷载的分类,3、按荷载作用的性质分类,1-2 荷载的分类,4、按结构与荷载接触的情况分类,荷载不是直接作用而是通过纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。,直接作用于结构上的荷载（纵梁上的荷载）。,直接荷载：,间接荷载（结点荷载）：,1、计算简图： 将一个具体的工程结构物用一个简化的受力图形来表示。,选择计算简图时，要它能反映工程结构物的如下特征：,1受力特性（荷载的大小、方向、作用位置）；,2几何特
5、性（构件的轴线、形状、长度）；,3支承特性（支座的约束反力性质、杆件连接形式）。,选取计算简图的原则：（1）正确反映实际结构的受力情况和主要性能。（2）略去次要因素，便于分析和计算。,选取计算简图时应考虑的因素：（1）结构的重要性； （2）设计阶段；（3）计算问题的性质；（4）计算工具。,1-3 结构的计算简图,对实际结构体系主要进行如下的简化：,(1) 结构整体的简化（如分解为平面结构）；,(2) 杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）；,(3) 杆件间连接的简化（铰结点、刚结点）；,(4) 结构与基础间连接的简化（支座表示）；,(5) 荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；,(6) 材料性质的简
6、化。,2、简化方法,1-3 结构的计算简图,(1) 结构整体的简化（如分解为平面结构）；,多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实际空间结构分解为平面结构。,注意：有些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。,1-3 结构的计算简图,2、简化方法,(2) 杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）；,由于杆件的截面尺寸通常比杆件长度小得多，因此在计算简图中，用轴线代替实际杆件。,注意：当截面尺寸增大时（如超过长度的14）,杆件用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。,为什么可以？请思考！,1-3 结构的计算简图,2、简化方法,(5) 荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；,(6) 材料性质的简化。
7、,在结构计算中，对组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。,(3) 杆件间连接的简化（铰结点、刚结点等）；,(4) 结构与基础间连接的简化（支座表示）；,1-3 结构的计算简图,2、简化方法,3、简化实例,1-3 结构的计算简图,1-3 结构的计算简图,3、简化实例,1-3 结构的计算简图,3、简化实例,1-4 支座和结点的类型,一、支座：把结构与基础联系起来的装置。,1. 活动铰支座(Roller support) 限制一个方向的位移,计算简图,2. 固定铰支座(Hinge support),1-4 支座和结点的类型,限制两个方向位移,3. 固定端(Fix
8、ed support),限制三个方向位移,1-4 支座和结点的类型,4. 滑动支座(Fixed support),限制两个方向位移,1-4 支座和结点的类型,1-4 支座和结点的类型,5. 弹性支座(Elastic support),抗移动弹性支座,抗转动弹性支座,二、结点：结构中杆件相互联结的地方。,1. 铰结点(Hinge joint),杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有x 向和 y 向反力，但无弯矩。,1-4 支座和结点的类型,2. 刚结点(Rigid joint),杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有x和y 向反力，也有弯矩。,1-4 支座和结点的类型,3. 组合结
9、点,同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。,组合梁（加劲梁）,1-4 支座和结点的类型,（1）杆件结构由杆件组成的结构（杆件的几何特征是横截面尺寸比长度小很多）。如：梁、拱、桁架、刚架。,（2）板壳结构结构的形状是平面或曲面，它的厚度比长度和宽度小得多。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。,1. 从几何角度分类,（3）实体结构长、宽、厚三个方向尺寸相当。如: 大坝、挡土墙。,1-5 结构的分类,2. 按受力特性的不同分类,(1) 梁(Beam)是一种受弯杆，轴线为直线，有单跨与多跨的。,简支外伸梁 多跨连续梁,简支梁 悬臂梁,1-5 结构的分类,(2) 拱(Arch)：轴线是曲线，竖向荷载作用下
10、产生水平支承推力。,1-5 结构的分类,(3) 刚架(Frame)：由直杆组成，并具有刚结点。 ( bending, shearing and tension or compression） 主要以受弯为主。,多跨多层空间刚架,1-5 结构的分类,(4) 桁架(Truss): 所有结点均为铰结点，各杆仅受轴力。,1-5 结构的分类,(5) 组合结构(Composite structure): 桁架与梁或刚架组合在一起。,部分桁架杆，部分梁式杆的结构,梁式杆,1-5 结构的分类,(6) 悬索结构(cable-suspended structure),1-5 结构的分类,3. 按杆件系统的轴线是否
11、在同一平面内分类,4. 按内力是否静定分类,1-5 结构的分类,本章重点,一、与相关课的关系,1、“理力”、“材力”是“结构力学”的先修课。,（1）“理力”为“结力”提供基本的力学原理。,（2）“材力”以研究单根杆件为主，“弹力”以研究实体结构与薄壁结构为主，“结构力学”研究的是杆系结构。,2、“钢结构”、“钢筋混凝土结构”、“砖石结构”、“结构抗震”等是“结力”的后继课。,3、“结力”的特点,（1）系统性：一环套一环，连锁反应。（2）灵活性：一题多解，殊途同归。,二、 如何选择结构的计算简图,三、 各种结点，支座的计算简图形式,四、 通过结构力学的学习，逐步培养如下能力,1. 分析能力,（1
12、）选择结构计算简图的能力,（2）力系平衡分析和变形几何分析的能力，是结构分析的两个看家本领，要在反复运用中加以融会贯通，逐步提高，力求达到正确、熟练、灵活运用的水平。,（3）选择计算方法的能力方法众多，要了解各种方法的特点和最适用的场合，具有根据具体问题选择恰当计算方法的能力。,本章重点,2. 计算能力,（1）对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力;,（2）对计算体系进行定量校核或定性判断的能力;,（3）初步具有使用结构计算程序的能力。,3. 自学能力,自学能力就是在没有教师指导的情况下自己获取知识的能力，它包括三个方面：,（1）复习已学的知识即精读教材；,（2）摄取新的知识即阅读参考书;,4. 表达能力,作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。,（3）理解、分析、概括、整理、运用所学知识。,本章重点,本章思考题,1. 杆系结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？,5. 什么是结构的计算简图?,6. 如何选择结构的计算简图?,3. 儿童在地面上跳动与在跳跳板上跳动的荷载性质相同吗？,4. 移动荷载与动力荷载的主要区别是什么?,2. 动力荷载与静力荷载的主要是什么区别？,8. 梁与拱的区别是什么?,9. 刚架与桁架的区别是什么?,10.静定结构与超静定结构的区别是什么?,7. 将下图简化成计算简图。,本章思考题,
