结构力学第一章绪论
结构力学复习要点知识大纲
第一章绪论本章复习内容：结构、结构计算简图、铰结点、刚结点、滚轴支座、铰支座、定向支座、固定支座等基本概念。
1、首先必须深刻理解结构、结构计算简图的概念。
结构力学中的概念，都可在理解的基础上用自己的语言表达，不必死记教材上的原话，所谓理解概念，就是弄清其目的、条件、实现目的的手段、适用场合等。
结构是建筑物中承载的骨架部分，本课程研究的是狭义的结构，即杆件结构。
实际的结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的（可以断言，即使许多年后科学更发达，100％按照结构的实际情况进行力学分析仍然是不可能的！因为结构的复杂性是无穷尽的，科学的发展是无止境的），也是不必要的（次要因素的影响较小，抓住主要因素即可满足工程误差要求）。
因此，对实际结构去掉不重要的细节，抓住其本质的特点，得到一个理想化的力学模型，用一个简化的图形来代替实际结构，就是结构计算简图。
获得结构计算简图没有现成的公式可以套用，必须发挥研究者和工程师的智慧（正是在这点上体现他们水平的高低），经过长期研究和实践，他们总结出以下6方面的简化要点：结构体系的简化（由空间到平面）；杆件的简化（用轴线代替杆）；杆件间连接的简化（结构内部结点的简化）；结构及基础间连接的简化（结构外部支座的简化）；材料性质的简化（杆件材料物理力学特性的简化）；荷载的简化（结构受外部作用的简化）2、对支座的位移限制、约束反力的认识非常重要，因为土木工程结构都是非自由体，不可避免要处理各种支座。
特将本课程中常见的4种支座归纳如下：去掉对某方向平动的限制去掉对转动的限制第二章平面杆件体系的几何构成分析在绪论之后，第二章并没有一头扎进去计算各种结构，因为结构是多个杆件组成的系统，必须对此杆件系统进行几何构成分析，是否能作为结构承载，若是结构，它是怎样“搭”成的，为正确、简便地“拆”结构进行分析打下基础。
正如前面所述，本章非常重要，是结构力学分析的重要基础。
本章复习内容：深刻理解几何不变体系、刚片、自由度、约束、瞬铰、多余约束、二元体、瞬变体系等基本概念，深刻理解几何不变体系的组成规律；熟练掌握用几何不变体系的组成规律对平面杆件体系作几何构成分析。
结构力学《第一章绪论》龙奴球
第一章
绪论
恒载
第一章
绪论
恒载
第一章
绪论
活载
第一章
绪论
活载
第一章
绪论
第一章
绪论
第一章
绪论
第一章
绪论
二、按荷载的作用范围
荷载可分为集中荷载和分布荷载。 荷载的作用面积相对于总面积是微小的， 作用在这个面积上的荷载，可以简化为集中
荷载。
分布作用在一定面积或长度上的荷载，可
简化为分布荷载，如风、雪、自重等荷载。
如果结构的各杆轴线及外力（包括荷载和 反力）均在同一平面内，则称为平面结构，否 则便是空间结构。
实际工程中的结构都是空间结构，不过在 很多情况下可以简化为平面结构或近似分解为 几个平面结构来计算。当然，有些必须作为空 间结构来计算。
第一章
绪论
二、简化内容
1. 结构体系的简化
空间结构 平面结构
第一章
第一章
绪论
三、结构力学的任务
• 结构力学的任务是根据力学原理研究外力和其他外界 因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、 稳定性和动力反应，以及结构的几何组成规律。包括 以下几方面内容： • (1) 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简 图的合理选择； • (2) 讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度 和刚度的验算； • (3)讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反 应 • (4)创造新的结构形式，研究建立新的计算理论与方法。
Fx
Fy
第一章
绪论
(3)固定支座
约束杆端 不能移动也不 能转动，有三 个反力分量。 Fx Fy
Fx
Fy
第一章
绪论
第一章
结构力学(全套课件131P) ppt课件
的两根链杆的杆轴可以平行、交叉，或延长线交于
一点。
当两个刚片是由有交汇点的虚铰相连时，两个刚
片绕该交点（瞬时中心，简称瞬心）作相对转动。
从微小运动角度考虑，虚铰的作用相当于在瞬时
中心的一个实铰的作用。
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20
规则二 （三刚片规则）： 三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰（可以
是虚铰）两两相连，组成无多余约束的几何不变体 系。
两个平行链杆构成沿平行方向上的无穷远虚铰。
三个刚片由三个单铰两两相连，若三个铰都有交 点，容易由三个铰的位置得出体系几何组成的结论 。当三个单铰中有或者全部为无穷远虚铰时，可由 分析得出以下依据和结论：
１、当有一个无穷远虚铰时，若另两个铰心的连 线与该无穷远虚铰方向不平行，体系几何不变；若 平行，体系瞬变。
３、通过依次从外部拆除二元体或从内部（基础、 基本三角形）加二元体的方法，简化体系后再作分 析。
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第一部分 静定结构内力计算
静定结构的特性： １、几何组成特性 ２、静力特性 静定结构的内力计算依据静力平衡原理。
第三章 静定梁和静定刚架
§3-1 单 跨 静 定 梁
单跨静定梁的类型：简支梁、伸臂梁、悬臂梁 一、截面法求某一指定截面的内力
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１、单约束（见图２-2-2） 连接两个物体（刚片或点）的约束叫单约束。
１）单链杆（链杆）（上图） 一根单链杆或一个可动铰（一根支座链杆）具
有１个约束。 ２）单铰（下图）
一个单铰或一个固定铰支座（两个支座链杆） 具有两个约束。 ３）单刚结点
一个单刚结点或一个固定支座具有３个约束。
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２、复约束 连接３个（含３个）以上物体的约束叫复约束。
三、对体系作几何组成分析的一般途径
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．．．．．．．。
结构力学讲义ppt课件
x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2）一个刚片在平面内有三个自由度，因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
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约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
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3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
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4. 滑动支座（定向支座）
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点： 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；
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A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行（不等 长），故铰B、C在同一无穷远点，所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上，故体系为瞬变 体系（见图c）。
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二、举例
解题思路： 基础看作一个大刚片；要区分被约束的刚片及
提供的约束；在被约束对象之间找约束；除复 杂链杆和复杂铰外，约束不能重复使用。
高等教育出版社
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第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
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§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
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 框架结构、桥梁、大 坝等。
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1-3章讲稿
第一章绪论（约3学时）§1-1结构力学的研究对象和任务一、结构和结构的分类力：物体之间的相互作用；力学：理论力学，弹性力学，材料力学，结构力学，塑性力学，粘塑性力学，液体力学，断裂力学等结构：用建筑材料组成在建筑物中承担荷载并起骨架作用的部分，称为结构。
如梁、柱、楼板、桥梁、堤坝及码头等。
结构力学：构件：结构中的各个组成部分称为构件。
结构的类型：可从不同方面进行分类从结构型式划分：砖混结构、框架结构、剪力墙结构、框剪结构、框筒结构；从建筑材料划分：砖石结构、木结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、组合结构等；从空间角度划分：平面结构、空间结构等以上结构从几何角度来分，有：（1）杆系结构：由杆件组成，杆件的长度远大于其横截面的宽度和高度，这是本课的研究内容。
建筑结构中的梁、柱、桥梁、框架结构等（2）板壳结构：厚度尺寸远小于长度和宽度，即薄壁结构；板、壳、墙体等。
弹性力学（3）实体结构：长、宽、高三个几何尺寸属于同一数量级；基础、坝体等。
弹性力学二、结构力学研究对象：平面杆系结构材料力学：研究单个杆件的强度、刚度及稳定性问题；结构力学：以杆件结构为研究对象；弹性力学：对杆件作更精确的分析，并以板、壳、块体等实体结构为研究对象。
注：结构力学：常指狭义的方面，即平面杆件结构力学。
三、结构力学的任务（从结构设计的内容引出）1、土木工程项目建设过程1） 业主投资：可行性研究、报建立项、城建规划土地批文、招标投标2） 设计：方案、（工艺）、建筑、结构、设备（水暖电火自控）[初步、技术、施工]3） 施工（承包人、材料供应、运输、保险、质检、定额、银行）、投入运行4） 全过程控制：监理2、设计部分指建筑、结构、设备施工图及相应的设计说明书，供施工需要。
结构设计过程与步骤:(1)选择合理承重体系及构件几何尺寸；(2)引入简化假定，取计算简图，进行结构分析；(3)依据结构分析结果，进行结构设计和构造处理3、强度、刚度和稳定性为了使结构既能安全、正常地工作，又能符合经济的要求，就要对其进行强度、刚度和稳定性的计算。
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弹性(弹塑性)，小变形 荷载的简化 • 体积力，表面力 • 集中荷载 （集中力，集中力偶），分
组合结构：由梁式构件和拉压构 件构成。
Jersey: Prentice-Hall, Inc., 2002. (中译本，结构分析，北 京：电子工业出版社, 2005.) 5. 单建. 趣味结构力学. 北京：高等教育出版社, 2008. 6. 黄达海, 郭全全. 概念结构力学. 北京航空航天大学出版社, 2010. 7. 王焕定. 结构力学学习指导. 北京：清华大学出版社，2004.
４、结构力学的任务：
根据力学原理研究在外力和其他外界因素作用下结 构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和 动力反应，以及结构的组成规律。
• 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算 简图的合理选择；
• 讨论结构内力和变形的计算方法，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结构 反应 （结构控制，非线性，不确定性）
２）刚结点：
汇交于一点的杆端用一个完全不变 形的刚性结点连结，形成一个整 体。刚结点所连各杆端相互之间 的夹角不能改变。
３）组合结点（半铰)：
刚结点与铰结点的组合体。
木屋架，钢筋混凝土
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结构与 支承物(基础间)连接的简化：
以理想支座代替结构与其支承物 （一般是基础）之间的连结 。
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5、结构力学的内容（从解决工程实际问题的角 度提出）
• 将实际结构抽象为计算简图； • 各种计算简图的计算方法； • 将计算结果运用于工程设计和施工 6、结构分析方法都要考虑下列三方面的条件： • 力系的平衡条件或运动条件； • 变形的几何连续条件； • 应力和变形间的物理条件（或称本构方程） 7、结构力学的两种解法：平衡－几何方法（基
结构体系的简化：空间体系——平面体系 杆件的简化：杆件——轴线，杆件之间连接处——结点， 杆长——结点距离，荷载作用点——移到轴线
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杆件之间连接的简化：理想结点代 替杆件与杆件之间的连接。
１）铰结点：
汇交于一点的杆端用一个完全无磨 擦的光滑铰连结。铰结点所连各 杆端可独自绕铰心自由微小转动 ，即各杆端之间的夹角可任意改 变。
本解法）；虚功－能量方法 8、传统结构力学，概念/定性结构力学，计算结
构力学
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9、学习方法和能力培养
• 学习方法：结构力学作为一门需从工程来、到实 践中去的工程学科，应以力学基本概念、基本原 理及其科学应用为主线；以认知规律为出发点； 以工程实践为背景；注重提高素质与能力。
布荷载
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§1-3 杆件结构（计算简图）的分类
1、按结构的受力特点分类： 梁：由水平（或斜向）放置杆件
构成。梁构件主要承受弯曲变形， 是受弯构件。
刚架：不同方向的杆件用结点 （一般都有刚结点）连接构成。刚 架杆件以受弯为主，所以又叫梁式 构件。
桁架：由若干直杆在两端用铰结 点连接构成。桁架杆件主要承受轴 向变形，是拉压构件。
1. 龙驭球, 包世华等. 结构力学II－专题教程. 北京：高等教育 出版社, 2007.
2. 朱慈勉. 结构力学(上册). 北京：高等教育出版社, 2004. 3. 李廉锟. 结构力学(上册). 北京：高等教育出版社, 2004. 4. Hibbeler R C. Structural Analysis (5th Edition). New
１）活动铰支座（滚轴支座）： 允许沿支座链杆垂直方向微小移
动，绕铰心微小转动。沿支座链杆 方向产生约束力。
２）固定铰支座（铰支座）： 允许绕固定铰铰心微小转动。过
铰心产生任意方向的约束力（分解 成水平和竖直方向的两个力）。
３）固定支座： 不允许有任何方向的移动和转动，
产生水平、竖直及限制转动的约束 力和反力矩。
• 提倡研究性学习，探究式学习 结合工程实际思 考问题，重视实践和实验
• §1.5 学习方法：会加，会减，会问，会用，创新
• 能力培养：分析能力，计算能力，自学能力，表 达能力
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§1-2 结构计算简图
１、结构计算简图的概念 结构计算分析时，常利用简化和假设手段把
复杂结构的次要因素忽略，但又要能反映出实际 结构的主要受力特征。这种经过简化了的结构图 形称为结构的计算简图。
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U.S.A空军F-16战斗机着陆传动装置结构件用SiC/Ti 复合
材料
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Stealth missile destroyer （China）
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３、结构力学研究对象：平面杆件结构。
２、结构计算简图的简化原则 １）从实际出发：计算简图反映实际结构的主
要性能, 既要能反映实际结构的主要受力和变形特 点，又要使计算结果安全可靠；
２）便于计算：即计算简图的简化程度要与计 算手段以及对结果的要求相一致。分清主次，存 本去末，略去细节
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３、结构计算简图的几个要点：
结构力学
杨迪雄 大连理工大学工程力学系
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课程简介
• 主要内容： ⑴ 概论,结构几何构造分析(4学时) ⑵ 静定结构分析(20学时) ⑶ 超静定结构分析（24学时）
• 教材： «结构力学I—基本教程» 龙驭球，包世华主编 北京:高等教育出版社，2006
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参考书
网络资源：清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学 结构力学 国家精品课程网站
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第一章
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§1-1 结构力学的研究对象和任务
１、结构的概念：结构是在建筑物或工程设施中起主要承受 和传递荷载作用的骨架部分。 ２、结构的分类（按几何特征）：杆件结构（空间或平面） 、薄壁结构（薄板、薄壳）、实体结构。