第1章 结构力学绪论.ppt

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1、结 构 力 学结构力学结构力学Structural mechanics 第第1章章 绪绪 论论1-1 结构力学的学科内容和教学要求结构力学的学科内容和教学要求 一、结构的概念与分类一、结构的概念与分类1.概念：由基本构件按一定方式联结而成的承受荷载并传 递荷载的骨架称为结构结构。2.分类（1 1）按几何特征分：按几何特征分：按几何特征分：按几何特征分：（2）按杆件系统的轴线是否在同一平面内分：按杆件系统的轴线是否在同一平面内分：（3 3）按内力是否静定分：按内力是否静定分：按内力是否静定分：按内力是否静定分：二、课程的主要研究对象二、课程的主要研究对象u 理论力学研究物体机械运动的基本规律，静

2、力学:研究的是刚体的平衡问题u 材料力学以研究单个杆件为主u 结构力学结构力学研究平面杆件结构u 弹塑性力学研究板、壳、及实体结构三三、学习任务、学习任务 1.研究结构的组成规律组成规律，以保证在荷载作用下结构各部分不致发生相对运动。探讨结构的合理形式，以便能有效地利用材料，充分发挥其性能。2.计算由荷载、温度变化、支座沉陷等因素在结构各部分所产生的内力内力，为结构的强度强度计算提供依据，以保证结构满足安全和经济的要求。3.计算由上述各因素所引起的变形和位移变形和位移，为结构的刚度刚度计算提供依据，以保证结构在使用过程中不致发生过大变形。4.分析动力荷载作用下的特性及反应。四、能力培养四、能力

3、培养u 分析能力选择结构计算简图的能力、对结构受力进行平衡 分析、对结构变形和位移进行几何分析、选择计算方法的能力。u 计算能力计算、校核、判断，需要作大量的习题。u 自学能力消化已学的知识，提取新的知识，以理解为主。u 表达能力作业要整洁、清晰、步骤分明，思路清楚。1-2 结构的计算简图结构的计算简图一、计算简图的概念和简化原则一、计算简图的概念和简化原则1.概念：将实际结构进行抽象和简化，使之既能反映实际工程的主要受力和变形受力和变形特征，同时又能使计算大大简化。这种经合理简化，用来代替实际结构的力学模型力学模型叫做结构的计算简图计算简图。2.简化原则（1）计算简图要尽可能反映实际结构的主

4、要受力和变形特点，使计算结果安全可靠；（2）略去次要因素，便于分析和计算。二、简化要点二、简化要点1结构体系结构体系的简化：由空间向平面简化2杆件杆件的简化：以杆件的轴线代替杆件 3结点结点的简化：杆件之间的连接由理想结点来代替（1）铰结点铰结点：铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动，不存在结点对杆的转动约束，不会传递力矩，只能传递轴力和剪力，一般用小圆圈表示。如图1所示。（2）刚结点刚结点：结点对杆端的转动有约束作用，转动时各杆间的夹角保持不变。杆端除产生轴力和剪力外，还产生弯矩。如图2所示。（3）组合结点（半铰）：组合结点（半铰）：刚结点与铰结点的组合体。图图1 铰结点铰结点图图2 刚结点

5、刚结点 4 支座支座的简化（1）固定铰支座（简称铰支座）如图3所示的结构，预制柱插入杯形基础，四周用沥青麻丝填实。(2)可动铰支座（又称活动铰、辊轴、链杆支座）在单层多跨并有纵向变形缝的厂房中，当中柱为单柱时，搭在中柱柱顶的其中一榀屋架将直接搁置于钢滚轴上，而钢滚轴搁置于柱顶或牛腿顶面上。如图4(a)所示。(3)固定支座在实际工程中，有些结构构件既不能发生任何方向的移动，也不能发生任何角度的转动。如图5(a)所示。(4)定向支座（滑动支座）在实际工程中，为了简化计算而利用对称性时，常会用到定向支座。这种支座能够限制结构的转动和一个方向上的移动，但允许在另一个方向上的滑动。如图6所示。5 荷载荷

6、载的简化 荷载的简化是指将实际结构构件上所受到的各种荷载简化为作用在构件纵轴上的线荷载、集中荷载或力偶。在简化时应注意力的作用点、方向和大小。6 材料性质材料性质的简化 在力学计算中一般都把各构件材料假设为均匀、连续、各向同性、完全弹性或弹塑性的，但对于混凝土、钢筋混凝土、砖、石等材料有一定程度的近似性。三、计算简图示例三、计算简图示例例1 如图7(a)所示为某排架结构单层厂房的剖面图，图7(b)为其平面布置图，屋面板为大型预应力屋面板，基础为独立杯形基础，并用细石混凝土灌缝，试确定该排架结构的计算简图。解：（1）结构的简化 结构体系的简化将该空间结构简化为一平面体系的结构，即取一平面排架作为

7、研究对象，而不考虑相邻排架对它的影响。结构构件的简化柱用其轴线表示，屋架因其平面内刚度很大，故也可用一直杆表示。（2）结点的简化在该平面排架内的结点只有屋架与柱的连接结点，一般该结点均为螺栓连接或焊接，结点对屋架转动的约束较弱，故可简化为铰结点。（3）支座的简化由于柱插入基础后，用细石混凝土灌缝嵌固，限制了柱在竖直方向和水平方向的移动及转动，因此柱下按固定支座考虑。（4）荷载的简化该平面排架结构的计算简图如图8所示。例2 现浇整体式框架结构的结构体系的简化。如图9(a)所示的框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构，要精确计算其内力是十分困难的。为了简化计算通常忽略它们之间的空间联系，而将

8、空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出具有代表性的一榀或几榀框架作为计算单元。一般可取纵向边框架、纵向中框架、横向边框架和横向中框架共四榀作为计算单元。由于现浇整体式框架结构的梁柱结点是现浇成整体的，纵梁和横梁的梁端弯矩可通过该结点进行传递和分配，所以该结点一般认为是刚结点刚结点。柱下端一般与基础整体浇注在一起，可简化为固定支座固定支座，见图9(b）、(c)。图 91-3 平面杆件平面杆件结构和荷载的分类结构和荷载的分类一、平面杆件结构的分类一、平面杆件结构的分类1.梁梁是一种受弯构件，轴线常为一直线，可以是单跨梁，也可以是多跨连续梁，其支座可以是铰支座、可动铰支座，也可以是固定支座

9、。如图10(a)为单跨梁，图10(b)为多跨连续梁。2.拱拱的轴线为曲线，在竖向力作用下，支座不仅有竖向支座反力，而且还存在水平支座反力，拱内不仅存在剪力、弯矩，而且还存在轴力。图10(c)所示为一两铰拱。3.刚架刚架由梁、柱组成，梁、柱结点多为刚结点，柱下支座常为固定支座，在荷载作用下，各杆件的轴力、剪力、弯矩往往同时存在，但以弯矩为主。如图10(d)所示。4.桁架由若干杆件通过铰结点连接起来的结构，各杆轴线为直线，支座常为固定铰支座或可动铰支座，当荷载只作用于桁架结点上时，各杆只产生轴力，如图10(e)所示。5.组合结构即结构中部分是链杆，部分是梁或刚架，在荷载作用下，链杆中往往只产生轴力

10、，而梁或刚架部分则同时还存在弯矩与剪力，如图10(f)所示。图 10梁梁(BeamBeam)拱拱(Arch)刚架刚架(Frame)刚架刚架(Frame)桁架桁架(Truss)桁架桁架(Truss)二、荷载的分类二、荷载的分类 荷载是主动作用在结构上的外力，如结构自重、人的重量、水压力、风压力等。根据特征的不同，荷载可有下列的分类：1.根据荷载作用时间的久暂，荷载可分为恒荷载和活荷载（也叫可变荷载）。恒荷载是长期作用在结构上的大小和方向不变的荷载，如结构的自重等，活荷载是随着时间的推移，其大小、方向或作用位置发生变化的荷载，如雪荷载、风荷载、人的重量等。2.根据荷载的分布范围，荷载可分为集中荷载

11、和分布荷载。集中荷载是指分布面积远小于结构尺寸的荷载，如吊车的轮压，由于这种荷载的分布面积较集中，因此在计算简图上可把这种荷载作用于结构上的某一点处。分布荷载是指连续分布在结构上的荷载，当连续分布在结构内部各点上时叫体分布荷载，当连续分布在结构表面上时叫面分布荷载，当沿着某条线连续分布时叫线分布荷载，当为均匀分布时叫均布荷载。3.根据荷载位置的变化情况，荷载可分为固定荷载和移动荷载。固定荷载是指荷载的作用位置固定不变的荷载，如所有恒载、风载、雪载等；移动荷载是指在荷载作用期间，其位置不断变化的荷载，如吊车梁上的吊车荷载、钢轨上的火车荷载等。4.根据荷载的作用性质，荷载可分为静力荷载和动力荷载。静力荷载的数量、方向和位置不随时间变化或变化极为缓慢，因而不使结构产生明显的运动，例如结构的自重和其它恒载；动力荷载是随时间迅速变化的荷载，使结构产生显著的运动，例如锤头冲击锻坯时的冲击荷载、地震作用等。1-4 结构力学的学习方法结构力学的学习方法一、课程定位一、课程定位 结构力学是土建工程专业一门必修的主要技术基础课，在专业学习中有承上启下的作用。前续课程：理论力学、材料力学、高等数学、线性代数等 后续课程：混凝土结构、钢结构、砌体结构、抗震设计等二、学习方法二、学习方法1注意理论联系实际，为后续专业课的学习打基础2注意掌握分析方法与解题思路3注意对基本概念和原理的理解，多做习题