结构力学第一章
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结构力学第一章
杆件结构（杆系结构）
框
架
结
构
拱
结
构
网
架（壳） 结
构
桁
架
结
构
斜
拉
桥
悬
索
桥
薄
壁
结
构
（ 折
板
结
构 ）
薄
膜
结
构
高
耸
结
构
2.按材料性质、结构类型分类
如：钢筋混凝土结构、钢结构、 木结构、砖石结构等。 如：梁结构、钢架（框架）结构、 桁架结构、高层结构等。
三、结构力学的任务和内容
• 任务：
四、结构力学与其他课程的联系 •
• • • • 结构力学是一门技术（基础）课。 先修课： 数学（高等数学、线性代数等）； 理论力学（力学的基本规律）； 材料力学（与结构力学的研究对象不同）。
• 后续课：钢筋混凝土结构，钢结构，
高层建筑结构，大跨结构等。（是这些 课程的力学基础） 关联课：弹性力学， 有限单元法等课程。
五、学习方法
•
本课程中，新的、纯粹的理论推导并 不多，主要是将前面所学的理论力学、 材料力学等课程的知识，综合应用在结 构的分析和计算上。学习时要注意对问 题的分析方法和解题思路。强调能力培 养（分析、计算、自学、表达）。
1、总结分析问题的一般方法：如，由已知 领域向未知领域转化；由整体向局部转化，在由 局部向整体转化。 2、勤学多练：必须做一定量的习题，否则 很难掌握结构力学的基本概念、基本原理和基本 的分析方法。 3、学习要求：（1）、预习；（2）、课堂 记笔记， 注意习题和课堂讨论课；（3）、独立、 认真完成作业；（4）、主动答疑，多提问题。
(1)滚轴支座
于玲玲结构力学第一章_结构的几何构造分析
（2）图 b
刚片 I、II 和 I、III 分别由无穷远处的瞬铰 A、B 相连，由于点 A 和点 B 为同方向的无穷远点，根
据结论（1），两点其实是一点，因此该点与连接刚片 II、III 的铰 C 共线，三点共线，所以该体系为几何
瞬变体系。
（3）图 c
显然为几何常变体系。
（4）图 d
刚片 I、II、III 分别由铰 C 和无穷远处的瞬铰 A、B 相连，由于 A、B 不同方向，所以其连线是一条
(a)
A
(b) A
B
(c)
B
(d)
A
B
C
C
A
B
C
C
(a) E
C
A
D
图 1-5 B
(b) E
C
A
DB
图 1-6
注意：二元体的三个结点都必须是铰接，如图 1-6，b 图中的 CEB 部分是二元体，而 a 图中的 CEB
2
部分不是二元体，区别仅在于 C 结点的连接方式不同。 去掉二元体是体系的拆除过程，应从体系的周边开始进行，而增加二元体是体系的组装过程，应从
结点 F、G、H、I、J 用 10 根链杆分别连于基础和刚片，约束数为 10，因此，
W=1×3＋2×5－6－10=－3
2、由计算自由度得出的结论
（1）若 W > 0，则体系缺乏必要约束，是几何常变的。注意：若所分析的体系没有与基础相连，应
将计算出的 W 减去 3，如果仍大于零，才可判断体系为几何常变，否则不是几何常变，详见例 1－3。
刚片，因此铰 O 不是瞬铰；而 b 图中的铰 O 是瞬铰，因为刚片 I、II 和链杆 3 组成一更大的刚片 IV，即
杆 1 和 2 连接的都是刚片 III 和 IV，因此铰 O 是瞬铰。
结构力学第一章
*空间结构简化成平面结构
*杆件用轴线代替 平截面假定
杆件
轴线
§1-2 杆系结构的计算简图
*结点与支座
*材料简化、荷载简化
§1-3 杆系结构的分类
§1-4 荷载的分类
❖按作用时间的久暂可分为: 1、恒载：长期作用于结构上且各个因素都不改变的荷载。 2、活载：在施工和使用期间可能存在的可变的荷载。
结构按几何特征分类
杆系结构
结构力学
板壳结构
实体结构
弹性力学
§1-1 结构力学的任务
结构力学是土木工程的一门专业基础课，土木 工程专业的灵魂。 ——考研的课程，体现能力的课程。 主要任务: 杆系结构的组成规律和合理形式。 掌握杆系结构的计算原理和计算方法，解决结 构的强度和刚度问题。稳定和动力计算等专题。 了解各类结构的受力性能，培养结构分析与计 算等方面的能力。
“教” 讲概念、原理、方法、要点和难点
“学” 预习 听课（动脑） 看书复习 练习 懂 会 熟练 悟性 学知识 培养能力
结构力学内容的特点 循序渐进，由已知求未知，一环扣一环
学习要求 有问题及时弄懂 作业是最好的实践活动，是学好结构力学的必 经之路，没有投机取巧或捷径，严禁抄袭
复习与思考：
1、结点、支座的允许变形和变形约束与约束力之间 的对应关系
三峡大坝
三峡大坝是钢筋混凝土重力 坝，一共用了1600多万立方 米的水泥砂石料，相当于浇 筑1米厚3米多高的墙体可绕 地球赤道一圈。
§1-2 杆系结构的计算简图
取计算简图原则： 突出主要因素——计算准确 忽略次要因素——计算简单
简化内容： 结构、杆件、结点、支座、材料、荷载
§1-2 杆系结构的计算简图
（Civil engineering）
《结构力学》第1章_绪论.
2.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
3.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
4.支座的简化: 固定铰支座 活动较支座 固定支座 滑动支座(定向支座)
§1-3 杆件结构的类型
根据其结构特点可分为如下五类
1、梁
⑴ 单跨梁
静定梁 超静定梁
⑵ 多跨梁
静定多跨梁
连续梁
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在荷载作用下，截面存在弯矩、剪力和轴力。
作题练习是重要环节，不作一定数量的习题，就很难对基本概念和方法 有深入的理解，也很难培养好计算能力。但作题也要避免各种盲目性。
⑶ 自学能力 消化已学知识；摄取新知识。
⑷ 表达能力 作业计算书要书写整洁；作题要步骤分明、思路清楚、图形简明、数据 准确，注重培养严谨作风。
§1-2 结构的计算简图及简化要点
结构力学
第1章 绪论 第2章 体系的几何组成分析 第3章 静定结构的内力力分析 第4章 虚功原理和结构位移计算 第5章 力法 第6章 位移法和力矩分配 第7章 影响线及其应用
(课内:2,课外与课内之比1:1) (课内:6,课外与课内之比3:1) (课内:12,课外与课内之比3:1) (课内:10,课外与课内之比3:1) (课内:12,课外与课内之比3:1) (课内:12,课外与课内之比3:1) (课内:6,课外与课内之比2:1)
预习内容： 概念 几何不变体系和几何可变体系
自由度 刚片 约束 多余约束 瞬变体系 瞬铰
二、杆件的简化
计算简图中杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆 长用结点间的距离表示，荷载的作用点也转移到轴线上。
三、杆件间连接的简化---结点简化
(1) 铰结点
(2) 刚结点
结构力学(第一章)
例4: 对图示体系作几何组成分析
解: 该体系为瞬变体系. 该体系为瞬变体系. 方法3: 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的 刚片看成链杆. 刚片看成链杆.
方法1: 若基础与其它部分三杆相连, 方法1: 若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆.
几何组成作业题
1-1 b c 1-2 a d g h i j k l 交作业时间: 交作业时间:本周 5
§1. 几何组成分 析
作业: 作业: 1-1 (b)试计算图示体系的计算自由度 试计算图示体系的计算自由度
解:
或:
W = 8×311×2 3 = 1 W =1×3+ 5×2 2×2 10= 1
例6: 对图示体系作几何组成分析
解: 该体系为无多余约束几何不变体系. 该体系为无多余约束几何不变体系. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加.
方法1: 若基础与其它部分三杆相连, 方法1: 若基础与其它部分三杆相连,去掉基础只分析其它部分 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法2: 利用规则将小刚片变成大刚片. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法3: 将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆. 方法4: 去掉二元体. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加. 方法4: 去掉二元体. 方法5: 从基础部分(几何不变部分)依次添加.
§1. 几何组成分析
§1-2 无多余约束的几何不变体系的组成规则
一. 三刚片规则 二. 两刚片规则 三. 二元体规则 二元体: 二元体:在一个体系上用两个不共线的链杆连 接一个新结点的装置. 接一个新结点的装置. 在一个体系上加减二元体不影响原体系的机动性质. 在一个体系上加减二元体不影响原体系的机动性质.
朱慈勉结构力学第一章
绪论 框架结构传力分析
绪论 桁架结构传力分析
绪论 拱结构传力分析
绪论
二、结构力学的任务
1、研究结构的组成规律：杆件如何拼装才能 成为一个结构，怎样拼装才能成为一个好的结构。
2、研究结构在外部因素作用下的强度、刚度 和稳定性的计算原理计算方法
3、结构组成举例：
绪论 1、静定结构 2、超静定结构 3、几何可变体系
A
VA
（3）固定支座（固定端支座）：力作用点、方向、大小均未知。
A
HA MA VA
绪论
（4）定向支座（滑动支座）：力作用点、方向、大小均未知。
A
A
HA
MA
MA
4、荷载的简化
VA
（1）体荷载：折算为作用于杆轴、沿杆轴线分布的线荷载。例如 自重。
（2）面荷载：折算为作用于杆轴的集中荷载或线荷载。例如风压、 雪压、设备重等。
A
B
CD
A：刚结点 B、D：铰结点
E
F
G
C：组合结点
杆BF与杆CD为刚结， 杆BC与杆BF为铰结。
绪论
3、支座结点的简化
支座定义：把结构与基础联结起来的装置。
（1）铰支座（固定铰支座）：力作用点在铰中心，方向大小均未知。 A
HA
VA
（2）可动铰支座（辊轴支座）：力作用点在铰中心，方向向上，大
小未知。
5、结构简化举例 单层工业厂房：
绪论
厂房 排架
桁架 吊车梁
绪论
1.3 平面结构的分类 一、按构造特征和受力特点分：
1、梁
梁
2、拱
3、桁架
4、刚架
拱
5、组合结构
桁架
刚架
组合结构
结构力学课件 第1章 绪论
一、荷载与作用 ➢荷载：主动作用在结构上的外力，如自重荷载、风荷载等； ➢广义荷载：外力、温度改变、支座沉降、制造误差、材料的收缩及松 驰、地震作用等； ➢作用：广义荷载，引起结构受力或变形的外因(外力、温度变化、支 座沉降、制造误差、材料收缩以及松弛、徐变等)
二、荷载(作用)的确定
➢荷载(作用)的确定是结构设计中极为重要的工作；
➢《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 ➢《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）
三、荷载的分类 ➢1、根据荷载作用时间的久暂划分
恒载 （永久荷载）
Permanent load 活载
（可变荷载) Variable load
永久作用在结构上的不变 荷载，如构件自重、设备
荷载等
暂时作用在结构上的可变荷载， 列车荷载、风载、地震作用等
三、荷载的分类
➢2、按作用 位置变化情况
固定荷载 移动荷载
作用在结构上的位置 是不变的，如恒载、 某些活载（风载、雪
载等）
能在结构上移动的荷载，如 列车荷载、吊车荷载
三、荷载的分类
静力荷载 动力荷载
➢3、根据荷载对结构产生的动力效应划 分 指大小、方向和位置不随时间 变化或变化很缓慢的荷载，
第一章 绪 论（Introduction )
中国矿业大学 鲁彩凤
§1-1 结构力学的研究对象和任务 §1-2 荷载的分类 §1-3 结构的计算简图 §1-4 杆件结构的分类
§1-1 结构力学的研究对象和任务
(Research object and task of Structural Mechanics )
本节主要内容： 一、工程结构及分类 二、结构力学的研究对象 三、结构力学的任务
《结构力学》第1章：结构的计算简图
超静定结构分析方法
力法
力法是以多余约束力为基 本未知量，通过建立和求 解力法方程来求解超静定 结构的方法。
位移法
位移法是以节点位移为基 本未知量，通过建立和求 解位移法方程来求解超静 定结构的方法。
混合法
混合法是结合力法和位移 法的优点，同时以多余约 束力和节点位移为基本未 知量进行求解的方法。
超静定结构计算简图绘制
明确计算目的
在绘制结构计算简图之前，需要明确计算的目的 和要求，从而确定需要简化的结构和保留的细节 。
保持结构几何不变性
在简化结构时，需要保持结构的几何不变性，即 简化后的结构在几何形状上应与原结构保持一致 。
合理简化结构
在绘制结构计算简图时，需要对结构进行合理的 简化，忽略对计算结果影响较小的细节，突出主 要受力构件和节点。
01
深入研究结构力学的基本原理和方法，为结构计算简图的发展
提供坚实的理论基础。
推动技术创新与应用
02
鼓励和支持新技术、新方法的研究与应用，提高结构计算简图
的精度和效率。
加强人才培养与交流
03
重视结构力学领域的人才培养和技术交流，推动行业技术的不
断进步和发展。
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机械工程中的应用
确定机械零件的承载能力和变形特性
通过结构计算简图，可以对机械零件进行受力分析，从而确定零件在不同荷载作用下的承载能力 和变形特性，为机械设计和制造提供依据。
优化机械设计方案
利用结构计算简图，可以对不同的机械设计方案进行比较和分析，从而选择最优的设计方案，提 高机械的可靠性和经济性。
未来展望与挑战
展望
未来结构计算简图将更加注重实时性、动态性和可视化，能够更好地模拟实际结 构的受力情况和变形过程，为工程设计和施工提供更加可靠的依据。
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第一题、单项选择题（每题1分，5道题共5分）
1、为了保证结构不致发生过大的变形，并满足使用要求，要计算结构
A、强度
B、刚度
C、稳定性
D、内力
2、结构的强度是指
A、结构抵抗破坏的能力
B、结构抵抗变形的能力
C、结构抵抗失稳的能力
D、结构保持原有平衡形式的能力
3、杆系结构中的构件的长度
A、等于截面的高和宽
B、与截面的高和宽是同一量级
C、远远小于截面的高和宽
D、远远大于截面的高和宽
4、固定铰支座有几个约束反力分量？
A、一个
B、两个
C、三个
D、四个
5、可动铰支座有几个约束反力分量
A、一个
B、两个
C、三个
D、四个
第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分）
1、结构的稳定性是指
A、结构抵抗破坏的能力
B、不发生刚体运动的能力
C、结构抵抗变形的能力
D、结构抵抗失稳的能力
E、结构保持原有平衡形式的能力
2、按几何形状，结构可分为
A、杆系结构
B、板结构
C、实体结构
D、壳结构
E、建筑结构
3、对结构进行几何组成分析，是为了
A、保证结构既经济又安全
B、保证结构不致发生过大的变形
C、使结构美观实用
D、保证结构不发生刚体运动
E、保证结构中各构件不发生相对刚体运动
4、刚结点的受力特点是
A、可以传递轴力
B、可以传递剪力
C、不能传递力矩
D、不能传递力
E、能传递力矩
5、固定铰支座有几个约束几个约束反力？
A、两个约束
B、两个约束反力分量
C、三个约束
D、三个约束反力分量
E、无法确定
第三题、判断题（每题1分，5道题共5分）
1、结构是建筑物和构筑物中承受荷载起骨架作用的部分。
正确错误
2、板壳结构的厚度远远小于其它两个尺度。
正确错误
3、为了保证结构不致发生过大的变形影响了正常使用，要求结构要有足够的强度。
正确错误
4、代替实际结构的简化图形，称为结构的计算简图。
正确错误
5、可动铰支座反力可以表示为一个大小未知方向已知的力。
正确错误。