结构力学第一章 绪论和构造分析
结构力学基础概念
结构力学基本概念第一章绪论1、建筑物和工程设施中承受．．称为工程结构，简称为结构。
．．．．的部分．．、传递荷载．．．．而起骨架作用从几何角度来看，结构可分为三类，分别为：杆件结构、板壳结构、实体结构。
2、结构力学中所有的计算方法都应考虑以下三方面条件：①力系的平衡条件或运动条件。
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）。
3、结点分为：铰结点、刚结点。
铰结点：可以传递力，但不能传递力矩。
刚结点：既可以传递力，也可以传递力矩。
4、支座按其受力特质分为：滚轴支座、铰支座、定向支座、固定支座。
5、在结构计算中，为了简化，对组成各杆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。
6、荷载是主动．．作用于结构的外力。
狭义荷载：结构的自重、加于结构的水压力和土压力。
广义荷载：温度变化、基础沉降、材料收缩。
7、根据荷载作用时间的久暂，可以分为：恒载、活载。
根据荷载作用的性质，可以分为：静力荷载、动力荷载。
第二章结构的几何构造分析1、在几何构造分析中，不考虑这种由于材料的应变所产生的变形．．．．．．．．．．．．．．．．．．。
2、杆件体系可分为两类：几何不变体系------在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是不能改变的。
几何可变体系------在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是可以改变的。
3、自由度：一个体系自由度的个数．．。
．．．．．．．的个数．．．可以独立改变的坐标．．．．．．，等于这个体系运动时一点在平面内有两个自由度（横纵坐标）。
一个刚片在平面内有三个自由度（横纵坐标及转角）。
4、凡是自由度．．都是几何可变．．．．体系。
．．．．．的体系．．．的个数大于零5、一个支杆（链杆）相当于一个约束。
可以减少一个自由度．．．．．．．。
一个单．铰（只连接两个刚片的铰）相当于两个约束。
可以减少两个自由度．．．．．．．。
一个单．刚结（刚性结合）相当于三个约束，可以减少三个自由度．．．．．．．。
结构力学01第一章.绪论
壳式结构
通过壳体的形状和厚度 承受荷载，如穹顶、储
罐等。
荷载类型与特点
80%
永久荷载
长期作用在结构上的荷载，如结 构自重、土压力等。
100%
可变荷载
随时间变化而变化的荷载，如楼 面活荷载、风荷载、雪荷载等。
80%
偶然荷载
不常出现但一旦出现将对结构产 生重大影响的荷载，如地震力、 爆炸力等。
结构安全性与经济性
跨学科融合
与建筑学、土木工程、机械工程等学 科交叉融合，推动结构力学领域的发 展和创新。
04
结构力学在土木工程领域应用
建筑设计阶段应用
结构分析和设计
利用结构力学原理和方法，对建 筑结构进行受力分析和设计，确 保建筑物在各种荷载作用下的稳 定性和安全性。
优化设计方案
通过结构力学计算和分析，可以 对建筑设计方案进行优化，提高 建筑物的结构性能和经济效益。
国外研究现状
在结构优化设计、新材料应用等方面较为领先，注重创新性和实 用性。
未来发展趋势预测
计算方法创新
发展更高效、精确的计算方法，如有 限元法、离散元法等。
新材料应用
探索新材料在结构力学中的应用，提 高结构性能和耐久性。
智能化发展
结合人工智能、大数据等技术，实现 结构力学设计、分析的智能化和自动 化。
结构力学01第一章绪论
目
CONTENCT
录
• 绪论引言 • 结构力学基本概念 • 结构力学发展历史及现状 • 结构力学在土木工程领域应用 • 结构力学分析方法简介 • 结构力学实验方法及设备介绍
01
绪论引言
课程介绍
结构力学是固体力学的一个分 支，主要研究工程结构受力和 传力的规律，以及如何进行结 构优化的学科。
结构力学总复习
结构⼒学总复习第⼀章绪论1-1杆件结构⼒学的研究对象和任务杆件结构结构：承受荷载的建筑物和构筑物或其中的某些受⼒构件都可称之为结构。
1-2杆件结构的计算简图杆件间连接区简化为结点（铰结点、刚结点、组合结点）（1）铰结点(Hinge joint)：被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动。
（2）刚结点(Rigid joint)被连接的杆件在连接处既不能相对移动，⼜不能相对转动。
（3）组合结点同⼀结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。
⽀座（support）是指把结构与基础联系起来的装置。
传递荷载，固定结构的位置。
（1）活动铰⽀座(Roller support)可以转动和⽔平移动，但不能竖向移动。
提供竖向约束反⼒（2）固定铰⽀座(Hinge support)可以转动，但不能竖向移动和⽔平移动。
提供竖向和⽔平约束反⼒。
（3）固定⽀座(Fixed support)不能竖向移动、⽔平移动和转动。
提供竖向、⽔平约束反⼒和约束⼒矩(4)定向⽀座(Directional support)可以⽔平移动，不能竖向移动和转动。
提供竖向反⼒和约束⼒矩本章思考题1、杆系结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？杆件结构的基本特征是它的长度远⼤于其他两个⽅向的尺度——截⾯⾼度和宽度，杆件结构是由若⼲这种杆件所组成的。
薄壁结构是厚度远⼩于其他两个尺度的结构。
实体结构是指三个⽅向的尺度为同⼀量级的结构。
例：挡⼟墙，堤坝，块式基础2、拱和梁的区别是什么?简单的说，梁在荷载作⽤下，在⽀撑处只产⽣向上的反⼒，⽽拱在荷载作⽤下，在⽀撑处不但产⽣向上的反⼒，还有⼀个⽔平⼒，这是区分梁和拱的⼀个最基本的条件4. 刚架与桁架的区别是什么?刚架是由梁和柱组成的结构，各杆件主要受弯。
刚架的结点主要是刚结点，也可以有部分的铰结点和组合结点。
桁架是由若⼲杆件在两端⽤铰联结⽽成的结构。
桁架各杆的轴线都是直线，当仅受作⽤于结点的荷载时，各杆只产⽣轴⼒。
结构力学 第一章-绪论
第一章 绪 论 （Introduction） ）
支座(Supports)和结点(Joints) (Supports)和结点(Joints)的类型 §1-4 支座(Supports)和结点(Joints)的类型 刚架结构中的铰结点： 刚架结构中的铰结点：
结点杆（焊接）
10:34
第一章 绪 论 （Introduction） ）
(Supports)和结点(Joints)的类型 和结点(Joints) §1-4 支座 (Supports)和结点(Joints)的类型 2. 刚结点 刚结点(Rigid joint)： ： ——各汇交于结点的杆端之间不能发生任 各汇交于结点的杆端之间不能发生任 何相对位移。 何相对位移。
第一章 绪 论 （Introduction） ）
§1-5 结构的分类 Beam) 1、梁(Beam)：
10:34
第一章 绪 论 （Introduction） ）
§1-5 结构的分类 2、拱(Arch)： 、 ：
——轴线是曲线 ， 竖向荷载作用下产生 轴线是曲线， 轴线是曲线 水平支承推力。 水平支承推力。 三铰拱： 三铰拱：
（Resist bending, shearing. and tension or compression） ）
10:34
第一章 绪 论 （Introduction） ）
§1-5 结构的分类 3、刚架 、刚架(Frame)： ：
结构力学第一章
2、刚架：刚架由梁和柱组成，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。
3、拱：拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生 水平反力（推力）。这使得拱内弯矩和剪力比同跨度、 同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。
4、桁架：桁架由直杆组成，所有结点都为理想铰结 点。当仅受结点集中荷载作用时，其内力只有轴力 （拉力和压力）。
2. 薄壁结构（或板壳结构）：构件的厚度远小于长度和 宽度；
3. 实体结构：构件的长、宽、高三个尺寸大致相近。
二、结构力学的研究对象及任务
研究对象：（第一类）杆件结构 任务： 1、组成规律
2、内力计算 3、位移计算 4、稳定性计算
注意: 结构力学与材料力学的联系与区别： 材料力学研究 单根杆件的强度、刚度和稳定性； 结构力学则是研究杆 （杆件）结构的内力、位移和稳定性。
（3） 组合结点（或称半铰） 在同一个结点上，某些杆件相互刚结，而另一些 杆件相互铰结。如下图：
4.
支座的简化 结构与基础的连接装置称为支座。 支座的作用是把结构固定于基础上，结构所 受的荷载通过支座传递到基础和地基。 支座对结构的反作用力称为支座反力。 平面结构支座的类型： （1） 活动铰支座：由一根支撑链杆表示。
在实际工程结构中，杆件与杆件连接的构造做法 是多种多样的，但是计算简图中的结点通常简化为以下 三种理想情况： （1） 刚结点 刚结点的特点是：被连接的杆件在结点处既不能相对 移动，也不能相对转动；在刚结点处不但能承受和传递 力，而且能承受和传递力矩。
（2） 铰结点 铰结点的特点是：被连接的杆件在结点处不 能相对移动，但各杆可绕铰自由转动；在铰结点 处可以承受和传递力，但不能承受和传递力矩。 木屋架的结点比较接近铰结点。铰结点用小 圆圈表示。
结构力学总复习
单铰结点
单刚结点
复铰结点
复刚结点
组合结点
4
4、结构与基础间连接的简化 支座——连接结构与基础的装置
按受力特征，可以简化为以下几种情况：（注 意各类支座的支座链杆数目！）
1）滚轴支座（可动铰支座） 2）铰支座（固定铰支座） 3）固定支座（固定端支座） 4）定向支座（滑动支座） 5）弹簧支座
5
滚轴支座，支 座链杆数：1
固定铰支座，支 座链杆数：2
定向支座，支 座链杆数：2
固定支座，支 座链杆数：3
6
理力与材力回顾
1、力及力的分解和合成
力：物体间相互的机械作用。力的作用效应：使 物体的机械运动状态（移动或转动）改变。
y
B
B
FPy
A A
FPy
FP FPx
A
B x
分解：FFPPxy
= =
j--体系中铰结点数，单链杆与体系相连的铰计入， 但与地基相连的铰不计入； b：体系中杆件根数，r： 支座链杆总数
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3、体系计算自由度与几何构造分析
W>0, 缺少足够联系，体系几何可变。 W=0, 具备成为几何不变体系所需最少联系数目 W<0， 体系具有多余联系
4、S，W，n的关系
S=(各部件自由度总数)－(必要约束总数) = a - c =(各部件自由度总数)－(全部约束数)+(多余约束数) = a–d+n
4、约束（亦称：联系）-减少自由度的装置
1）一根链杆：相当1个约束 2）铰结点（单铰）：相当2个约束 3）刚结点（单铰）：相当3个约束 4）复约束（复铰结点 ，复刚结点），连接n根杆 件的复约束相当于（n-1）个单约束的约束作用
结构力学 第1章 绪论
2. 根据荷载的分布范围，荷载可分为集中荷载和分 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。
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 刚结点 整体浇注在一起，可简化为固定支座 固定支座，见图9(b）、(c)。 固定支座
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 受力和变形 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 力学模型 做结构的计算简图 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。
5 ．荷载 荷载的简化 荷载 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 材料性质 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。
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，而梁或刚架部 分则同时还存在弯矩与剪力，如图10(f)所示。
(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.2、忽略次要因素，便于分析计算。
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某移动式医院
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常州大学机械工程学院力学教研室
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结构力学 Structural Mechanics
结构力学 Structural Mechanics
第一章 绪论和构造分析
§1-1 结构力学任务和学习方法 §1-2 结构的计算简图 §1-3 结构和荷载的分类 §1-4 几何构造分析的几个概念 §1-5 平面几何不变体系的组成规律
结构力学 Structural Mechanics
§1-6 平面杆件体系的计算自由度 §1-7 空间体系的几何构造分析 §1-8 几何构造与静力特性的关系 §1-9 结语 习题分析
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结构力学 Structural Mechanics
4、课程教学中的能力培养
1. 分析能力 • 选择结构计算简图的能力 • 力系平衡分析和变形几何分析的能力 • 选择计算方法的能力
2. 计算能力
• 对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力; • 对计算体系进行定量校核或定性判断的能力; • 初步具有使用结构计算程序的能力。
常州大学机械工程学院力学教研室
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结构力学 Structural Mechanics
常
房
州 大
屋
学 体
结
育
馆
构
常 州 大 学 教 学 主 楼
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4
结构力学 Structural Mechanics
房 屋 结 构
返回
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常州大学机械工程学院力学教研室
2020年4月4日1时52分
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结构力学 Structural Mechanics
§1-2 结构的计算简图
计算简图——可以代替某一实际结构用一个简化的简 化图形。
一、确定计算简图的原则 （1） 从实际出发——计算简图要反映结构的主要性能。 （2）分清主次,略去细节——计算简图要便于计算。
薄壳结构-悉尼歌剧院
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结构力学 Structural Mechanics
(3)实体结构——长、宽、厚三个方向尺寸相当。 如： 大坝、挡土墙。
三峡工程
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结构的分类
(1)杆件结构— 由杆件组成的结构（横截面尺寸比长度 小很多）。 如：梁、拱、桁架、刚架。
杆件结构—刚架大跨厂房
杆件结构－桁架 —南京长江大桥
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结构力学 Structural Mechanics
(2)板壳结构— 形状是平面或曲面的结构（厚 度比长度和宽度小得多）。如：楼板、地下连 续墙、壳体屋盖。
特种结构
会展中心—薄膜结构
冷却塔— 薄壳结构
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特种结构
东
空
方
间
明
框
珠 电 视
架 结 构
塔
金字塔－砌体结构
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结构力学 Structural Mechanics
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结构力学 Structural Mechanics
§1-1 结构力学任务及学习方法 1、结构的概念
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。
如：房屋结构、 桥梁结构、 水工结构、 特种结构。
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水工 大坝 结构
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结构力学 Structural Mechanics
长江三峡工程
荷兰拦海大坝
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结构力学 Structural Mechanics
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结构力学 Structural Mechanics
5、思考题
1. 杆件结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？
2. 结构力学、材料力学、弹性力学的研究对象的主要 差别是什么？
3. 常见的雨伞、降落伞和气球各属于那种（张拉式薄 膜结构充气式薄膜结构）薄膜结构？
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结构力学 Structural Mechanics
桥梁结构
赵州桥
澳门桥
澳门桥
重庆长江大桥
虎门大桥
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结构力学 Structural Mechanics
桥 梁 结 构
斜拉结构－上海南浦大桥
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悬索结构--伦敦塔楼
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注：结构力学只研究杆件结构.
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结构力学 Structural Mechanics
2） 结构力学的任务
• 讨论结构的组成规律和合理形式, 确定结构的计算简图。 • 讨论结构内力和变形的计算方法, 以进行结构的强度和刚
度验算。 • 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的响应。
2020年4月4日1时52分
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结构力学 Structural Mechanics
3. 自学能力 • 复习已学的知识——即精读教材； • 摄取新的知识——即阅读参考书; • 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。
4. 表达能力 • 作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。
3、结构力学的研究对象及任务
1) 结构力学的研究对象
结构力学与理力、材力、弹力的任务基本相同，但 研究对象和侧重点有所区别：
理论力学研究刚体的运动，不考虑物体本身的变形。
材料力学、结构力学和弹性力学都是讨论结构及其 构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题;
材料力学只研究单根杆件，结构力学以杆件结构为 研究对象，弹性力学以实体结构和板壳结构为主要 研究对象。