结构力学第一章
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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
按连接方法，结构可分为：
2、拱 (arch)
1、梁(beam)
静定结构
(statically determinate structure) 3、桁架(truss)
4、刚架(frame)
超静定结构
(statically indeterminate structure)
按计算方法，结构可分为：
5、组合结构(composite structure)
结 构 与 结 构 分 类
西华大学建筑与土木工程学院
§1.1 结构和结构的分类
一、结构(structure)由建筑材料筑成， 能承受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……。
5
西华大学建筑与土木工程学院
框架结构
6
西华大学建筑与土木工程学院
塔桅结构 （空间桁架）
12
西华大学建筑与土木工程学院
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 考虑以下三方面的条件，建立各种计算方法。 1、静力平衡；2、几何连续；3、物理关系！！
14
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§1.3 结构的计算简图(computing model of structure )
2、拱 (arch)
1、梁(beam)
静定结构
(statically determinate structure) 3、桁架(truss)
4、刚架(frame)
超静定结构
(statically indeterminate structure)
按计算方法，结构可分为：
5、组合结构(composite structure)
结 构 与 结 构 分 类
西华大学建筑与土木工程学院
§1.1 结构和结构的分类
一、结构(structure)由建筑材料筑成， 能承受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……。
5
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框架结构
6
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塔桅结构 （空间桁架）
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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 考虑以下三方面的条件，建立各种计算方法。 1、静力平衡；2、几何连续；3、物理关系！！
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§1.3 结构的计算简图(computing model of structure )
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。
《结构力学第1章》课件
2
和截面惯量。
根据平衡和应变等性质，展示不同载荷
情况下的应力分布情况。
3
梁的截面特性
根据底层原理分析梁的截面特性，例如
工程应用实例
4
拟合梁矩阵法。
结合实际工程问题，解决实际工程需要 的梁的应力计算和验证问题。
结构的稳定性分析
基本概念和定义
理解稳定性概念和重要方程 变量，例如屈曲稳定性和散 体稳定性。
结构的稳定性判定方法
根据不同的稳定性问题，选 择否定法或主动法进行分析。
常见的结构稳定性问题
例如墙体的稳定性分析和桥 梁悬臂钢管立柱稳定性分析。
结构的振动与动力响应分析
结构振动的特点和表现形式 结构振动的参数
探讨结构振动基本原理，理解桥 梁或建筑物等结构的振动现象。
理解影响结构振动的关键参数， 例如周期和自由振荡。
动力响应分析的基本方法
探讨动力响应的基本原理，包括 使用数值分析软件模拟或使用经 验公式并进行实际测试。
总结
1 知识点回顾
优化知识点总结，观察学 习效果。
2 学习收获和问题咨询
提倡对学习过程的反思， 并在掌握知识之后进行问 题咨询。
3 学习建议和提高措施
分享个人的学习经验，并 鼓励采取行动提高学习效 果。
《结构力学第1章》PPT 课件
探讨结构力学的基础概念，理解重要的受力、应力分析方法，实现结构的稳 定性分析和动力响应分析。加强工程应用的实例分析，以提高学习的质量。
概述
结构力学的定义
结构力学是研究物体内部受力和结构的力学学科。
结构力学的重要性
结构力学为建筑和桥梁等建筑物提供了设计和解决问题的基础。
三种典型的梁的结构形式以及在受力时的表现。
《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》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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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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*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）
人类愈文明，结构愈复杂，是人类文明程度的一个尺度。 结构概念引伸：分子、星系、文章、地质结构等。
结构按几何分类： 杆系结构（Framed structure） 板壳结构（Plate and shell） 实体结构（Massive structure）
§1-1 结构力学的任务
结构力学第一章
第1章 绪论
Introduction
§1-1 结构力学的任务 §1-2 杆系结构的计算简图 §1-3 杆系结构的分类 §1-4 荷载的分类 §1-5 结构力学的学习方法
§1-1 结构力学的任务
结构：凡是能承担一定外力并能实现某些人 类所需功能的固体物体。 “结构”—最早用于土木工程
学习结构力学追求的境界 ——感知结构的力学行为、对结构有了悟性。
§1-1 结构力学的任务
学习结构力学的能力培养
计算能力：手算，电算，作大量习题，快、准 自学能力：消化已学知识，摄取新知识 表达能力：作业书写，计算书（清晰、整洁） 分析能力：选择计算简图，平衡分析，变形分析，
选择计算方法，结果判断
❖按作用位置是否改变可分为： 1、固定荷载：作用位置固定不变。 2、移动荷载：作用位置是移动的。
❖按作用性质可分为： 1、静力荷载(static load) ：大小、方向和位置不随时间 变化或变化极其缓慢的荷载。 2、动力荷载(dynamic load) ：随时间迅速变化的荷载。
§1-5 结构力学的学习方法
总投资约300亿元，设计高度606m，将打造成仅 次于阿联酋迪拜塔和上海中心大厦的中国第二、 世界第三高楼。希望成为武汉瞭望世界和让世 界聚焦武汉的“台阶”。
湖南矮寨 特大悬索桥
长1176米，跨高350米，2012年通车。
矮寨大桥创下了四项“世界第一” 1、大桥为目前世界峡谷跨径最大悬索桥； 2、首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案； 3、首次采用“轨索滑移法”架设钢桁梁； 4、首次采用岩锚吊索结构，用碳纤维作为预应力筋材。
2、静力平衡的概念，平面问题刚片的平衡条件，空 间问题刚体的平衡条件
3、杆件内力与应力之间的关系，应力与应变的关系， 应变与变形的关系
4、想成为未来的结构设计大师吗？学好结构力学吧！
谢谢
与其它课程的关系
结构举例
万里长城
河北隋朝赵州桥
建于隋代（公元581－618年） 大业年间（公元605－618年）， 由著名匠师李春设计和建造，距 今已有1400年的历史，是当今世 界上现存最早、保存最完善的古当山金顶
明朝永乐年间公元1412年 北建紫禁城，南修武当山 距今（2012年）10甲子
国家大剧院
国家体育场
作为世界最大的钢结构工程， “鸟巢”外部钢结构的钢材用 量为4.2万吨，整个工程用钢 量达到了11万吨。 美国福特级核动力航空母舰满 载排水量10万吨。
香港建筑群
武汉长江大桥
建于1957年，摄于1958年 眼前的钢铁巨龙激发了他 去东北为新中国的钢铁事 业而奋斗。
武汉绿地国际金融城
§1-1 结构力学的任务
先修 数学：数学分析、线性代数、常微分方程 理力：质点与刚体、平衡条件、运动规律、虚位移与达朗 伯尔原理等 材力：单根杆、拉压弯剪扭、截面法、变形体分析基本方 法、微分关系、应变能等
后续 专业课：砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构、高层建筑 结构、结构抗震、有限元法、计算机在工程中的应用等