结构力学学习要点简介

静定桁架
超静定桁架 组合结构
Introduction 特点： 1) 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载作用于结 点上，各杆只受轴力；
2) 组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其中梁式杆以受弯为 主，内力不仅有轴力，还有弯矩和剪力。
5. 悬吊结构(Suspended structures) 索只能承担拉力，不能受压力、剪力和弯矩。
由杆件长度远大于横截面尺 寸的细长杆组成的结构。
2. 薄壁结构(Thin Walled Structures) 厚度远小于其长度和宽度的 结构。亦称板壳结构
Introduction
3. 实体结构(Massive Structures) 长、宽、高三个尺寸相近的结构。
三、结构力学研究的对象和任务
1. 对象(Object) 结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结构，如
2. 按荷载作用位置可分为： 固定荷载(Fixed load)—作用位置不变的荷载，如自重等。
移动荷载(Moving load)—荷载作用在结构上的位置是移动的， 如吊车荷载、桥梁上的汽车和火车荷载。
Introduction
3. 按荷载作用的性质可分为：
静荷载(Static load)——荷载的大小、方向、位置不随时间变 化或变化很缓慢的荷载。恒载都是静荷载。
A
A1

各杆件在连接处不能够发生任意的相对位移 特点 各杆件在刚结点连接处能够承担并传递力矩
3.组合结点(Composite joints)
特点
部分具有铰结点性质,部分具 刚结点性质
Introduction
§1-5 杆件结构的分类
1. 梁(Beam) 1）单跨梁(Single-span beam)
Introduction
Chapter 1 Introduction
§1-1 结构力学的研究对象和任务
§1-2 荷载的分类 §1-3 结构计算简图 §1-4 支座和结点的类型 §1-5 结构的分类
重点： 结构力学的研究对象和任务 结构的计算简图
难点： 结构的计算简图
Introduction
§1-1 结构力学的研究对象和任务
动力分析(Dynamic Analysis)是研究结构的动力特性以及 在动荷载作用下的动力反应。 极限荷载(Ultimate Load)的求解是为了充分发挥结构的 承载能力，由讨论结构的弹性计算转变为塑性计算。
四、基本假设
1.微小连续变形(Small Deformation) 变形与杆件尺寸相比很小，结构变形后几何尺寸无变 化，荷载位置及作用线不变。
Introduction
结构力学
Structural Mechanics
Introduction
几句赠言 本课程中的力学分析，基本上都是基于牛顿定律的。
我想用牛顿的一段话作为开头：
我不知道世人怎样看我，但我自己看来，我不过像是一个在海 边玩耍的小孩，不时发现比寻常更光滑的一块石子，或比寻常 更美丽的一片贝壳而沾沾自喜，对展现在我面前的浩瀚的真理 海洋却全然没有发现。布儒斯特（回忆牛顿1855）
4. 荷载(Load)的简化 集中力、集中力偶、分布荷载
5. 体系(System)的简化 空间结构、平面结构
Introduction
§1-4 支座和结点的类型
一、支座和支座反力(Supports and Reactions)
把结构与基础联结起来的装置称为支座。 1. 固定支座(Fixed support)
强度检算(Strength Validation)在于保证结构物使用中的 安全性，并符合经济要求。
刚度计算(Stiffness Validation)在于保证结构物不会产 生过大的变形从而影响使用。
稳定性验算(Stability Analysis)在于保证结构不会产生 失稳破坏。
Introduction
B
A
模型
工程实例
Introduction
简图：
FxA A
A
MA
特点：
FyA
1) 杆端截面A不产生线位移和角位移；
2) 杆端截面A有反力矩以及沿x、y方向的反力。
2. 固定铰支座(Hinged support)
模型
FxA A
FyA
FxA A
FyA
Introduction 特点：
1) 杆端截面A无线位移，可以自由转动； 2) 杆端截面A产生沿x、y方向的反力。 3. 辊轴支座(Roller support)
意义： 简化计算
没有必要
二、确定计算简图的原则
1.能反映实际结构的主要力学特性 2.分析计算尽可能简便
Introduction
三、计算简图的内容
1. 杆件(Member)的简化 杆件 杆件的轴线 2. 结点(Joint)的简化 刚结点、铰结点、半铰结点 (组合结点) 3. 支座(Support)的简化 固定铰支座、可动较支座、 固定端支座、滑动支座(定向支座)
静定梁
超静定梁
2）多跨梁(Multi-span beam) 静定多跨梁
连续梁
Introduction
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截面存在弯矩、 剪力和轴力。 2. 刚架(Frames)
静定刚架
超静定刚架
刚架的特点：
1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆件连结的结 点多为刚结点； 2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。
牛顿 Isaac Newton 1642~1727, 物理、数学和天文学家，建立 牛顿定律，发现万有引力定律，建立经典力学基本理论。
大多数人一心想着都是如何谋生，而你们中的佼佼者关心的 则是更大的事情，比方赚大钱、建立自己的公司、当官走仕 途之路等。作为老师，总还希望有些人追求下述目标：把自 然现象归结为有序的、简单的、牛顿式的解释。
A
A
特点： FyA
1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。
Introduction 4. 滑动支座（Directional support）
A
模型 特点：
A
MA
Fy A
A
MA
Fy A
1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线位移，可 以产生垂直于链杆方向的线位移；
：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
2. 任务（Task) 平面杆件体系的几何构造分析； 讨论结构的强度、刚度、稳定性、动力反应以及结构
极限荷载的计算原理和计算方法等。
Introduction
几何构造分析(Geometric Stability Analysis)主要是讨论 几何不变体系的组成规律，因为只有几何不变体系才能作 为结构来使用。
一、结构(Structures)
建筑物或构筑物中承受、传递荷载而起骨架作用的 部分称为结构。如：房屋中的梁柱体系、桥梁、水坝等 等都是工程结构的例子。
Introduction
Introduction
二、结构分类(Types of Structures)
1. 杆系结构(Framed Structures)
2.材料服从虎克定律(Hooke’s Law)
E
思考:这两条假设有何必要?
Introduction
§1-2 荷载的分类
一、 荷载(Load)
荷载是主动作用在结构上的外力
1. 按荷载作用时间长短可分为：
恒载(Dead load)—长期作用在结构上的不变荷载。
活载(Live load)—暂时作用在结构上可变荷载。如：列车荷 载、楼面活荷载、雪荷载。
Introduction
3. 拱(Arches)
FP
FH FV
三铰拱
FH
FV
拉杆Байду номын сангаас拉杆拱
拱的特点：
1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有水平推力 （见图)；
2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。
Introduction 4. 桁架和组合结构(Trusses and composite structures)
2）杆端A存在反力矩以及沿链杆方向的反力。
Introduction
二、结点(Joints)
把杆件与杆件联结起来的装置称为结点
1.铰结点(Hinge joints)
特点
各杆件在连接处能够发 生任意的相对转动
各杆在铰结点的端部不 能承担力矩
0

Introduction 2.刚结点(Rigid joints)
动荷载(Dynamic load)——荷载的大小、方向随时间迅速变 化，使结构产生显著振动，结构的质量承受的加速度及惯性 力不能忽略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷载和风荷 载等都是动力荷载。
Introduction
§1-3 结构的计算简图
一、计算简图的概念和意义
计算简图（Computing Model)：在结构分析当中用来 代替实际结构的理想化计算模型(图形）。