03-讲义：1.4 杆件结构的分类
杆件结构
内力：物体因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力。
杆件结构：杆件的几何特征是杆件的长度远远大于杆件的截面的宽度和厚度，杆件结构便是由细长的杆件或若干根细长的杆件所组成的结构，或称杆系结构。
轴向拉力：说到“轴向”，就是相对于“径向”。
“径向”垂直于“轴向”。
轴的两端各拴一根绳子，同时向外拉，这时，轴“承受轴向拉力”；轴的两端各有一个力向中间挤压轴，这时，轴“承受轴向压力”。
杆件：所谓杆件，是指长度远大于其他两个方向尺寸的变形体。
如房屋中的梁、柱、屋架中的各根杆等等。
杆件的形状和尺寸可由杆的横截面和轴线两个主要几何元素来描述。
横截面是指与杆长方向垂直的截面，而轴线是各横截面中心的连线。
横截面与杆轴线是互相垂直的。
轴线为直线、横截面相同的杆称为等直杆。
建筑力学主要研究等直杆。
拉力：在弹性限度以内，物体受外力的作用而产生的形变与所受的外力成正比。
形变随力作用的方向不同而异，使物体延伸的力称“拉力”或“张力”。
拉力简写为F,力的单位为牛顿，简称牛，符号N。
拉力是按力的效果定义的，从力的性质来看，拉力也是弹力。
而从力的作用对象来看，拉力可能是内力，也可能是外力。
剪力：所谓剪力就是：作用于同一物体上的两个距离很近（但不为零）剪力图，大小相等，方向相反的平行力。
例如剪刀去剪一物体时，物体所受到两剪刀口的作用力就是剪力。
剪力墙在建筑中的运用一个重要的作用就是抗震。
假设，你手上有一根木棍，你用力折断它，如果折断了，那么在折断处那个点就是受力点，那个受力点受到了较大的剪力，剪力的方向一般是与木棍垂直的。
就好像一把剪刀从中间把木棍剪断了，所以叫做剪力。
剪力可以利用公式计算得出。
应力定义为“单位面积上所承受的附加内力”。
公式记为其中，σ表示应力；ΔFj 表示在j 方向的施力；ΔAi 表示在i 方向的受力面积。
弹性模量：一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。
《结构力学》讲义课件
结构力学讲义第1章绪论§1-1 杆件结构力学的研究对象和任务结构的定义: 建筑物中支承荷载而起骨架作用的部分。
结构的几何分类:按结构的空间特征分类:空间结构和平面结构。
杆件结构力学的任务:(1)讨论结构组成规律与合理形式,以及结构计算简图的合理选择；(2)内力与变形的计算方法.进行结构的强度和刚度验算；(3)讨论结构稳定性及在动力荷载作用下的结构反应。
结构力学的内容(从解决工程实际问题的角度提出)(1) 将实际结构抽象为计算简图；(2) 各种计算简图的计算方法；(3) 将计算结果运用于设计和施工。
§1-2 杆件结构的计算简图1.结构体系的简化一般的构结都是空间结构。
但是，当空间结构在某一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时，可以把空间结构分解成几个平面结构进行计算。
本课程主要讨论平面结构的计算。
当然，也有一些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。
2.杆件的简化铰支座(2) 滚轴支座(3) 固定支座4.(4)定向支座M5.材料性质的简化将结构材料视为连续、均匀、各向同性、理想弹性或理想弹塑性。
6.荷载的简化集中荷载与分布荷载§1-3 杆件结构的类型§1-4 荷载的分类2.4.刚架5.组合结构6.A B荷载可分为恒载和活载。
一、按作用时间的久暂荷载可分为集中荷载和分布荷载 荷载可分为静力荷载和动力荷载 荷载可分为固定荷载和移动荷载。
二、按荷载的作用范围三、按荷载作用的性质四、按荷载位置的变化• §2-1 几何组成分析的目的和概念几何构造分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何可变，或者如何保证它成为几何不变体系，只有几何不变体系才可以作为结构。
几何不变体系：不考虑材料应变条件下，体系的几何形状和位置保持不变的体系一、几何不变体系和几何可变体系几何可变体系：不考虑材料应变条件下，体系的几何形状和位置可以改变的体系。
二、自由度杆系结构是由结点和杆件构成的，我们可以抽象为点和线，分析一个体系的运动，必须先研究构成体系的点和线的运动。
平面四杆机构知识整理
《平面四杆机构》知识整理1.平面连杆机构：由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构。
平面连杆机构：实现较为复杂的平面运动，用于动力的传递或改变运动形式。
最常用的平面连杆机构是具有四个构件(包括机架)的低副机构，称为四杆机构。
2.铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平面四杆机构。
铰链四杆机构是四杆机构的基本形式。
3.铰链四杆机构的基本类型有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
4. 曲柄摇杆机构能将主动件(曲柄)整周的回转运动转换为从动件(摇杆)的往复摆动，也可以将主动件(摇杆)的往复摆动转换为从动件 (曲柄)整周的回转运动。
其的应用有牛头刨床横向进给机构、剪板机、颚式破碎机、搅拌机和雷达俯仰角度的摆动装置等。
5.双曲柄机构的运动特点：主动曲柄匀速回转一周，从动曲柄随之变速回转一周。
双曲柄机构有不等长双曲柄机构、平行四边形机构和反向双曲柄机构，平行四边形机构的运动特点是：两曲柄的回转方向相同，角速度相等。
反向平行双曲柄机构的运动特点是：两曲柄的回转方向相反，角速度不等。
平行四边形机构中，主动曲柄每回转一周，曲柄与连杆两次共线，从动曲柄会产生运动的不确定现象。
6.双摇杆机构的应用有自卸翻斗装置、港口用起重机和飞机起落架收放机构等。
7.曲柄存在的条件：1）连架杆与机架中必有一个是最短杆；2）最短杆与最长杆之和必小于或等于其余两杆长度之和。
8.铰链四杆机构三种基本类型的判别方法：（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则：①、取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构；②、取最短杆为机架时，构成双曲柄机构；③、取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构。
（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。
9.急回特性：曲柄AB作等速转动时，摇杆在摆角为ψ的极限位置间往复摆动，摇杆的空回行程的平均速度大于工作行程平均速度。
(完整版)平面四杆机构的基本类型及其演化
第三讲课题：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化教学目的：理解平面四杆机构的各种类型及其应用。
教学重点: 铰链四杆机构类型及其演化，理解曲柄存在条件。
教学难点：导杆机构教学方法：课堂演示、多媒体教学互动：每个知识点后提问或讨论。
教学安排：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化复习旧课：机构组成，运动副，运动简图等。
平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。
因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
一、四杆机构的类型1．曲柄摇杆机构两连架杆一为曲柄，一为摇杆。
功能：将等速转动转换为变速摆动或将摆动转换为连续转动。
应用：雷达天线机构、缝纫机踏板机构。
2．双曲柄机构两连架杆都为曲柄功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向转动。
应用：惯性筛机构若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。
如铲斗机构还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构3．双摇杆机构两连架杆都为摇杆功能：一种摆动转换为另一种摆动。
应用：鹤式起重机、飞机起落架二、铰链四杆机构的曲柄存在条件证明：结论：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是：1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和2．曲柄为最短杆。
铰链四杆机构存在曲柄的条件是：1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和2．机架或连架杆为最短杆。
三、四杆机构类型判别否Lmax+Lmin< L' +L"是不可能有曲柄可能有曲柄最短杆对边最短杆最短杆邻边双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构四、铰链四杆机构的演化1．曲柄滑块机构2．偏心轮机构3．导杆机构①摆动导杆机构（牛头刨床）②转动导杆机构③移动导杆机构4．摇块机构小结：本次课主要熟悉四杆机构的各种类型，了解它们的应用作业：预习下次课内容。
杆件结构的分类
章 章 章 章 章 章 章章 章 章 一 二 三 四
绪 论
平 面 体 系 的 机 动 分
静静静结
定定定构
梁拱平位
与
面移
静
桁计
定
架算
刚
架
力位 渐 矩 法移 近 阵
法法位 移 法
章章章章
影极弹结
响限性构
线荷稳动
及载定力
其
计
应
算
用
析
梁 结构组成：轴线通常为直线
受力特点：当荷载垂直于梁轴线时，横截面上的内力只有M、
FS（梁式杆） 单跨静定梁
简支梁
静定梁
悬臂梁 伸臂梁
多跨静定梁
单跨超静定梁 超静定梁
连续梁
刚架
组成特点：由梁、柱组成，结点主要为刚结点 受力特点：M、FS、FN（梁式杆）
静定刚架
简支 刚架
悬臂 刚架
三铰 刚架
超静定刚架
组合 刚架
拱
组成特点：轴线通常为曲线 受力特点：在竖向荷载作用下有水平推力，主要内力为压力FN
静定拱
三铰拱
带拉杆的三铰拱
超静定拱 两铰拱
无铰拱
桁架
组成特点：全部由两端为铰结的直杆（链杆、轴力杆 或二力杆）组成 受力特点：在结点荷载作用下，各杆均只有FN 静定桁架
超静定桁架
组合结构
组成特点：由梁或刚架（梁式杆）+桁架（轴力杆）组合在一起 受力特点：梁式杆（M、FS、FN）+轴力杆（FN）
静定组 合结构
超静定组 合结构
悬索结构
组成特点：主要承重构件为悬挂于塔、柱上的缆索 受力特点：索是中心受拉构件，既无弯矩也无剪力。水
课程结构 静定结构分析 超静定结构分析 专题部分
(完整word版)结构力学讲义
第一章绪论§1.1 结构和结构的分类一、结构(structure)由建筑材料筑成，能承受、传递荷载而起骨架作用的构筑物称为工程结构。
如：梁柱结构、桥梁、涵洞、水坝、挡土墙等等。
二、结构的分类：按几何形状结构可分为：1、杆系结构(structure of bar system) ：构件的横截面尺寸<<长度尺寸；2、板壳结构(plate and shell structure) ：构件的厚度<<表面尺寸。
3、实体结构(massive structure) ：结构的长、宽、厚三个尺寸相仿。
三、杆系结构的分类：按连接方法，杆系结构可分为：§1.2 结构力学的研究对象、任务和方法一、各力学课程的比较：二、结构力学的任务：1、研究荷载等因素在结构中所产生的内力（强度计算）；2、计算荷载等因素所产生的变形（刚度计算）；3、分析结构的稳定性（稳定性计算）；4、探讨结构的组成规律及合理形式。
进行强度、稳定性计算的目的，在于保证结构满足安全和经济的要求。
计算刚度的目的，在于保证结构不至于发生过大的变形，以至于影响正常使用。
研究组成规律目的，在于保证结构各部分，不至于发生相对的刚体运动，而能承受荷载维持平衡。
探讨结构合理的形式，是为了有效地利用材料，使其性能得到充分发挥。
三、研究方法：在小变形、材料满足虎克定律的假设下综合考虑：1、静力平衡；2、几何连续；3、物理关系三方面的条件，建立各种计算方法。
§1.3 结构的计算简图(computing model of structure )一、选取结构的计算简图必要性、重要性：将实际结构作适当地简化，忽略次要因素，显示其基本的特点。
这种代替实际结构的简化图形，称为结构的计算简图。
合理地选取结构的计算简图是结构计算中的一项极其重要而又必须首先解决的问题。
二、选取结构的计算简图的原则：1、能反映结构的实际受力特点，使计算结果接近实际情况。
§1-4杆件结构的分类
静定桁架
超静定桁架
组合结构
组成特点：由梁或刚架（梁式杆）+桁架（轴力杆）组合在一起 受力特点：梁式杆（M、FS、FN）+轴力杆（FN） 静定组 合结构
超静定组 合结构
悬索结构
组成特点：主要承重构件为悬挂于塔、柱上的缆索 受力特点：索是中心受拉构件，既无弯矩也无剪力。水平反力 为H，方向是向外的
斜拉桥
组成特点：由梁、柱组成，结点主要为刚结点 受力特点：M、FS、FN（梁式杆） 静定刚架 简支 刚架 悬臂 刚架 三铰 刚架
超静定刚架
组合 刚架
拱
组成特点：轴线通常为曲线
受力特点：在竖向荷载作用下有水平推力，主要内力为压力FN
静定拱 三铰拱 超静定拱 两铰拱 无铰拱 带拉杆的三铰拱
桁架
组成特点：全部由两端为铰结的直杆（链杆、轴力杆 或二力杆）组成 受力特点：在结点荷载作用下，各杆均只有FN
§1-4 杆件结构的分类 (根据计算简图)
从受力特 性划分
梁 刚架 拱 桁架 组合结构 悬索结构
铰结结构
从计算 特点划 分
由静力平衡条 静定结构 件确定全部支 反力和内力 不能由静力 平衡条件确 定全部支反 力和内力 只产生竖 向支反力 竖向支反力＋ 向内水平推力 向支反力＋向 外水平拉力
超静定结构分
第 十 二 章 结 三 章 十 四 第 十 第
从联结性 质划分
梁式 结构 从支座 反力方 向划分 拱式 结构 悬式 结构
刚结结构 混合结构
本课程的组成结构
梁
结构组成：轴线通常为直线 受力特点：当荷载垂直于梁轴线时，横截面上的内力只有M、 FS（梁式杆） 简支梁 单跨静定梁 静定梁 多跨静定梁 悬臂梁 伸臂梁
常用机构(四连杆机构)
三、平面四杆机构的传动特性
急回特性 死点位置 压力角和传动角
急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征
极位夹角： 对应从动杆的两个极限位置, 主动件两相应位置所夹锐
角.
急回特性分析： 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 -
慢 快
(3) 传力特性
压力角和传动角
压力角 从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点 速度方位线所夹锐角. (不考虑摩擦)
传动角
压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)
F
d
V
d
d
1800 d
传动不利，设计时规定 4050 通常，机构在运动过程中传动角是变化的，最小值在哪？
设计
已知活动铰点B、C中心位置，求固定铰链A、D 中心位置。
B1
C1
B2
A●
●D
C2
四杆机构 AB1C1D 为所求.
实现连杆给定的三个位置
C1 C2
B1 B2
B3 C3
D
A
四杆机构 AB1C1D 为所求.
2.具有急回特性的机构
按给定的 K 值,设计曲柄摇杆机构
1） 给定 K、y、LCD
① 分析.
(1) 曲柄存在条件
（以曲柄摇杆机构为例）
设 AB 为曲柄, 且 a<d . 由 △BCD :
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b 以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：
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第四节杆件结构的分类
这里将对结构力学主要研究对象—平面杆件结构进行分类。
杆件结构可根据其计算简图，从不同的方面进行分类。
比如，若按计算特性来划分，杆件结构可分为静定结构和超静定结构两大类。
静力结构的全部支座反力和内力可由静力平衡条件唯一确定；而对超静定结构，不能由静力平衡条件确定全部支座反力和内力，还必须考虑变形条件。
杆件结构通常按受力特性来划分，可分为梁、刚架、拱、桁架、组合结构及悬索结构六大类型。
一、梁
如图1-16所示，梁是一种受弯构件，它的轴线一般为直线。
在竖向荷载作用下不产生水平方向的支座反力，其内力一般有弯矩和剪力，以弯矩为主。
梁有静定梁和超静定梁。
单跨静定梁有简支梁（图1-16(a)）、悬臂梁（图1-16(b)）和外伸梁（图1-16(c)），如图1-16(d)所示为多跨静定梁。
图1-16(e)、1-16(f)分别为单跨、多跨的超静定梁。
二、刚架
如图1-17所示，刚架是由梁和柱组成，结点多为刚结点。
其内力一般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。
刚架有静定刚架（图1-19(a)和图1-19(b)）和超静定刚架(图1-19(c))所示。
图1-16 梁
(a)简支梁(b)悬臂梁(c)外伸梁(d)多跨静定梁(e)单跨超静定梁(f)多跨超静定梁
图1-17 刚架
(a)三铰刚架（b）两层静定刚架(c)超静定刚架
三、拱
如图1-18所示，拱的轴线一般为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平推力，这使得拱内弯矩、剪力比相应梁中内力要小得多，拱的内力以压力为主。
图1-18(a)所示为三铰拱，它是静定拱。
图1-18(b)、1-18(c)所示分别为两铰拱和无铰拱，它们为超静定拱。
图1-18 拱
(a)三铰拱(b) 两铰拱(c) 无铰拱
四、桁架
如图1-19所示，桁架全由两端铰接的链杆组成。
当仅受结点荷载作用时，桁架各杆只有轴力（拉力或压力）。
图1-19(a)为静定三角形桁架，图1-19(b)为超静定平行弦桁架。
图1-19 桁架
(a) 静定桁架(b) 超静定桁架
五、组合结构
如图1-20所示，组合结构由只承受轴力的链杆和主要承受弯矩的梁式杆组成，其中含有组合结点。
如图1-20(a)为由桁架和刚架组合而成的静定组合结构，图1-20（b）所示为由桁架和梁组合而成的超静定组合结构。
图1-20 组合结构
(a) 静定组合结构(b) 超静定组合结构
六、悬索结构
悬索结构指由一系列柔性受拉的索作为主要承重构件，按一定规律组成各种不同形式的体系，悬挂在相应支承上的承重结构。
现代悬索结构主要用于大跨度桥梁工程及大跨度屋盖结构，如图1-21所示为由主索、吊杆及加劲梁等构成的劲式悬索桥。
图1-21 斜拉桥。