第一章緒論（結(jié)構(gòu)力學(xué)課件）

1、第一章 緒論,本章重點(diǎn),一、與相關(guān)課的關(guān)系,1、“理力”、“材力”是“結(jié)構(gòu)力學(xué)”的先修課。,（1）“理力”為“結(jié)力”提供基本的力學(xué)原理。,（2）“材力”以研究單根桿件為主，“彈力”以研究實(shí)體結(jié)構(gòu)與薄壁結(jié)構(gòu)為主，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”研究的是桿系結(jié)構(gòu)。,2、“鋼結(jié)構(gòu)”、“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”、“磚石結(jié)構(gòu)”、“結(jié)構(gòu)抗震”等是“結(jié)力”的后繼課。,3、“結(jié)力”的特點(diǎn),（1）系統(tǒng)性：一環(huán)套一環(huán)，連鎖反應(yīng)。（2）靈活性：一題多解，殊途同歸。,二、 如何選擇結(jié)構(gòu)

2、的計(jì)算簡圖,三、 各種結(jié)點(diǎn)，支座的計(jì)算簡圖形式,四、 通過結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)，逐步培養(yǎng)如下能力,1. 分析能力,（1）選擇結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的能力,（2）力系平衡分析和變形幾何分析的能力，是結(jié)構(gòu)分析的兩個看家本領(lǐng)，要在反復(fù)運(yùn)用中加以融會貫通，逐步提高，力求達(dá)到正確、熟練、靈活運(yùn)用的水平。,（3）選擇計(jì)算方法的能力——方法眾多，要了解各種方法的特點(diǎn)和最適用的場合，具有根據(jù)具體問題選擇恰當(dāng)計(jì)算方法的能力。,本章重點(diǎn),2. 計(jì)算能力,（1）對各種結(jié)構(gòu)進(jìn)

3、行計(jì)算或確定計(jì)算步驟的能力;,（2）對計(jì)算體系進(jìn)行定量校核或定性判斷的能力;,（3）初步具有使用結(jié)構(gòu)計(jì)算程序的能力。,3. 自學(xué)能力,自學(xué)能力就是在沒有教師指導(dǎo)的情況下自己獲取知識的能力，它包括三個方面：,（1）復(fù)習(xí)已學(xué)的知識——即精讀教材；,（2）攝取新的知識——即閱讀參考書;,4. 表達(dá)能力,作業(yè)條理清楚，步驟整齊，計(jì)算書書寫整潔。,（3）理解、分析、概括、整理、運(yùn)用所學(xué)知識。,本章重點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)88層高420m（曾名列亞洲第一、

4、世界第三）,上海金貿(mào)大廈,§1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象及任務(wù),如：房屋結(jié)構(gòu)、,橋梁結(jié)構(gòu)、,特種結(jié)構(gòu)等。,大壩結(jié)構(gòu)、,建筑物和工程設(shè)施中承受、傳遞荷載而起骨架作用的部分稱為工程結(jié)構(gòu)，簡稱為結(jié)構(gòu)。,1. 結(jié)構(gòu),世界第一拱(鋼結(jié)構(gòu)跨徑550m),斜拉橋,長江三峽工程,水利工程的拱壩,中國民航飛機(jī),高速列車,宇宙飛船,2. 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象,結(jié)構(gòu)力學(xué): 結(jié)構(gòu)+力學(xué),幾門力學(xué)課程研究對象比較:,材料力學(xué): 研究單個桿件;,彈性力

5、學(xué): 研究桿件（更精確）、板、殼、及塊體等非桿狀結(jié)構(gòu)。,結(jié)構(gòu)力學(xué): 研究由桿件系統(tǒng)（Framed Structure）組成的工程結(jié)構(gòu), 即 桿系結(jié)構(gòu) ;,理論力學(xué): 研究質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)系，剛體;,§1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象及任務(wù),3. 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究任務(wù),(2) 研究結(jié)構(gòu)在荷載等因素作用下的內(nèi)力（強(qiáng)度）及位移（剛度）計(jì)算。 ☆ 強(qiáng)度——結(jié)構(gòu)在外力作用下是否會破壞的問題。 （如：橋在火車作用下的內(nèi)力計(jì)

6、算問題）。 ☆ 剛度——結(jié)構(gòu)在外力作用下變形是否滿足規(guī)定值。 （如：橋在火車作用下的位移、撓度、轉(zhuǎn)角計(jì)算）。,(3) 研究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及動力荷載作用下的反應(yīng)。 ☆穩(wěn)定性——受壓構(gòu)件在軸向壓力作下，能否保持其直線平衡狀態(tài)。桿件如受壓后變彎——失穩(wěn),(1) 研究結(jié)構(gòu)的組成規(guī)則和合理形式。,§1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象及任務(wù),理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算三方面。 結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算方法眾多，但所有方法都要考慮下列三方面的

7、條件：,（1）力系的平衡條件及運(yùn)動條件;,（2）變形的幾何連續(xù)條件;,（3）應(yīng)力與變形間的物理?xiàng)l件（或稱為本構(gòu)方程）。,4. 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究方法,§1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象及任務(wù),荷載： 作用在結(jié)構(gòu)上的主動力。,例如，結(jié)構(gòu)的自重、水壓力、土壓力、風(fēng)載等，,在建筑物施工和使用期間，大小、位置會發(fā)生變化的荷載。,1、按作用時間的長短分類,長期作用在結(jié)構(gòu)上的不變荷載（如：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重、土壓力等）。,思考：恒載和活載對結(jié)構(gòu)的影響有

8、何不同？,活載：,恒載：,廣義荷載: 還包括使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力的其他因素。 例如，溫度變化、基礎(chǔ)沉陷、材料脹縮等。,§1-2 荷載的分類,在結(jié)構(gòu)上的作用位置是移動的（如：汽車荷載，吊車荷載）。,2 、按作用位置是否固定分類,在結(jié)構(gòu)上的作用位置是固定的（如：恒載、 風(fēng)載、雪載）。,固定荷載：,移動荷載：,§1-2 荷載的分類,3、按荷載作用的性質(zhì)分類,§1-2 荷載的分類,4、

9、按結(jié)構(gòu)與荷載接觸的情況分類,荷載不是直接作用而是通過縱橫梁系間接地作用于結(jié)構(gòu)（主梁上的荷載）。,直接作用于結(jié)構(gòu)上的荷載（縱梁上的荷載）。,直接荷載：,間接荷載（結(jié)點(diǎn)荷載）：,1、計(jì)算簡圖： 將一個具體的工程結(jié)構(gòu)物用一個簡化的受力圖形來表示。,選擇計(jì)算簡圖時，要它能反映工程結(jié)構(gòu)物的如下特征：,1．受力特性（荷載的大小、方向、作用位置）；,2．幾何特性（構(gòu)件的軸線、形狀、長度）；,3．支承特性（支座的約束反力性質(zhì)、桿件連接形式）。,選取計(jì)算

10、簡圖的原則：（1）正確反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力情況和主要性能。（2）略去次要因素，便于分析和計(jì)算。,選取計(jì)算簡圖時應(yīng)考慮的因素：（1）結(jié)構(gòu)的重要性； （2）設(shè)計(jì)階段；（3）計(jì)算問題的性質(zhì)；（4）計(jì)算工具。,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,對實(shí)際結(jié)構(gòu)體系主要進(jìn)行如下的簡化：,(1) 結(jié)構(gòu)整體的簡化（如分解為平面結(jié)構(gòu)）；,(2) 桿件的簡化（桿軸表示，荷載作用桿軸）；,(3) 桿件間連接的簡化（鉸結(jié)點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)）；,(4)

11、結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡化（支座表示）；,(5) 荷載的簡化（集中荷載、分布荷載）；,(6) 材料性質(zhì)的簡化。,2、簡化方法,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,(1) 結(jié)構(gòu)整體的簡化（如分解為平面結(jié)構(gòu)）；,多數(shù)情況下，可以忽略一些次要的空間約束，將實(shí)際空間結(jié)構(gòu)分解為平面結(jié)構(gòu)。,注意：有些結(jié)構(gòu)具有明顯的空間特征而不宜簡化成平面結(jié)構(gòu)。,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,2、簡化方法,(2) 桿件的簡化（桿軸表示，荷載作用桿軸）；

12、,由于桿件的截面尺寸通常比桿件長度小得多，因此在計(jì)算簡圖中，用軸線代替實(shí)際桿件。,注意：當(dāng)截面尺寸增大時（如超過長度的1／4）,桿件用其軸線表示的簡化，將引起較大的誤差。,為什么可以？請思考！,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,2、簡化方法,(5) 荷載的簡化（集中荷載、分布荷載）；,(6) 材料性質(zhì)的簡化。,在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，對組成各構(gòu)件的材料一般都假設(shè)為連續(xù)的、均勻的、各向同性的、完全彈性或彈塑性的。,(3) 桿件間連接的簡化

13、（鉸結(jié)點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)等）；,(4) 結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間連接的簡化（支座表示）；,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,2、簡化方法,3、簡化實(shí)例,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,3、簡化實(shí)例,§1-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,3、簡化實(shí)例,§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,一、支座：把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)聯(lián)系起來的裝置。,1. 活動鉸支座(Roller support) 限制一個方向的位移,計(jì)算簡

14、圖,2. 固定鉸支座(Hinge support),§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,限制兩個方向位移,3. 固定端(Fixed support),限制三個方向位移,§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,4. 滑動支座(Fixed support),限制兩個方向位移,§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,二、結(jié)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)中桿件相互聯(lián)結(jié)的地方。,1. 鉸結(jié)點(diǎn)(Hinge joint),桿件間不能相對平動，但可以相對轉(zhuǎn)動；結(jié)點(diǎn)具有x 向和

15、 y 向反力，但無彎矩。,§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,2. 剛結(jié)點(diǎn)(Rigid joint),桿件間不能相對平動，也不能相對轉(zhuǎn)動；結(jié)點(diǎn)處既有x和y 向反力，也有彎矩。,§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,3. 組合結(jié)點(diǎn),同一結(jié)點(diǎn)處，有些桿件為剛結(jié)，有些為鉸接。,組合梁（加勁梁）,§1-4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型,（1）桿件結(jié)構(gòu)——由桿件組成的結(jié)構(gòu)（桿件的幾何特征是橫截面尺寸比長度小很多）。如：梁、拱、桁架、剛架。,（

16、2）板殼結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)的形狀是平面或曲面，它的厚度比長度和寬度小得多。如：樓板、地下連續(xù)墻、殼體屋蓋。,1. 從幾何角度分類,（3）實(shí)體結(jié)構(gòu)——長、寬、厚三個方向尺寸相當(dāng)。如: 大壩、擋土墻。,§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,2. 按受力特性的不同分類,(1) 梁(Beam)——是一種受彎桿，軸線為直線，有單跨與多跨的。,簡支外伸梁 多跨連續(xù)梁,簡支梁 懸臂梁,§1-5 結(jié)構(gòu)

17、的分類,(2) 拱(Arch)：軸線是曲線，豎向荷載作用下產(chǎn)生水平支承推力。,§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,(3) 剛架(Frame)：由直桿組成，并具有剛結(jié)點(diǎn)。 ( bending, shearing and tension or compression） 主要以受彎為主。,多跨多層空間剛架,§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,(4) 桁架(Truss): 所有結(jié)點(diǎn)均為鉸結(jié)點(diǎn)，各桿僅受軸力。,§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,(5)

18、組合結(jié)構(gòu)(Composite structure): 桁架與梁或剛架組合在一起。,部分桁架桿，部分梁式桿的結(jié)構(gòu),梁式桿,§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,(6) 懸索結(jié)構(gòu)(cable-suspended structure),§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,3. 按桿件系統(tǒng)的軸線是否在同一平面內(nèi)分類,4. 按內(nèi)力是否靜定分類,§1-5 結(jié)構(gòu)的分類,8. 梁與拱的區(qū)別是什么?,9. 剛架與桁架的區(qū)別是什么?,10.靜定結(jié)構(gòu)與超靜定