结构力学绪论
结构力学绪论01
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
刚结点
§2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
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
简化内容:
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座)
结构力学
绪论
1 . 结构力学的内容和任务
一.对象
结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构
二.任务 研究结构的刚度,强度,稳定性的
计算原理和计算方法
三.内容 结构组成;内力,位移,临界力计算.
§2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
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。
结构力学绪论
刚架
受力特点：内力有弯矩、剪力、轴力。
桁架
受力特点：荷载作用于结点时，各杆只受轴力。
组合结构
受力特点：梁式杆有弯矩、剪力、轴力； 链杆只受轴力。
总结
在建筑物中承受和传递荷载而起 骨架作用的部分或体系。
结构
杆件结构 ——平面杆件结构 板壳结构 实体结构 杆件的简化 ——轴线 结点的简化 ——铰结、刚结 支座的简化 ——活动铰支、固定铰支、固定 荷载的简化 端、定向支座
A
变形
纵向线应变 = L/L 横向线应变´= d/d
虎克定律：=E· 泊松比： =|´/|
x 相对扭转角 GI p
扭矩Mx 扭转（右手螺旋定则）
（ M x ）
剪应力τ
M l
IP
单位长度扭转角
Mx GI p
平面 弯曲
剪力Q
（ QSz
剪应力τ
平面杆件结构的分类
梁：轴线为直线 拱：轴线为曲线 刚架：由梁、柱直杆用刚结点组成 桁架：由两端为铰的直链杆用铰结点组成 组合结构：由梁式杆和链杆组成
梁
单跨梁 静定 多跨梁
超 静定
受力特点：在竖向荷载下无水平支座反力， 内力有弯矩、剪力。
拱
受力特点：在竖向荷载下有水平支座反力， 内力有弯矩、剪力、轴力。
作用
维护和分隔空间
作用
支撑和传递荷载
厂房结构
结构的分类
按几何特征分类 杆件结构 板、壳结构 实体结构 按空间结构分类 平面结构 空间结构
现代高层结构 框架结构 剪力墙结构 框剪结构 筒中筒结构
杆件结构：由杆件组成
杆件——长度远大于横截面尺寸 细而长 如：梁、柱等
结构力学 绪论
确定计算简图的原则： 确定计算简图的原则： 简化内容: 简化内容:
1.能反映实际结构的主要力学特性 1.能反映实际结构的主要力学特性; 能反映实际结构的主要力学特性; 2.分析计算尽可能简便 2.分析计算尽可能简便 杆件 杆件的轴线 半铰结点(组合结点) 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点) 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座) 滑动支座(定向支座) 空间结构 平面结构 集中力、集中力偶、分布荷载 集中力、集中力偶、
绪论
§1 . 结构力学研究对象、任务和学习方 结构力学研究对象、 法
一.对象
结构： 结构：承受并传递荷载的骨架部分
高层建筑
水利工程
桥梁工程
高耸结构
核电建筑
体育建筑
绪论
§1 . 结构力学研究对象、任务和学习方 结构力学研究对象、 法
一.对象
结构： 结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构分类:杆系结构,板壳结构, 结构分类:杆系结构,板壳结构,实体结构
绪论
§1 . 结构力学研究对象、任务和学习方法 结构力学研究对象、
一.对象
结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构： 结构分类:杆系结构,板壳结构, 结构分类:杆系结构,板壳结构,实体结构 杆系结构： 桁架、刚架、 杆系结构：梁、拱、桁架、刚架、组合结构
二.任务 研究结构的刚度,强度,稳定性的 研究结构的刚度,强度,
确定计算简图的原则： 确定计算简图的原则： 简化内容: 简化内容:
1.能反映实际结构的主要力学特性 1.能反映实际结构的主要力学特性; 能反映实际结构的主要力学特性; 2.分析计算尽可能简便 2.分析计算尽可能简便 杆件 杆件的轴线 半铰结点(组合结点) 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点) 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座) 滑动支座(定向支座)
结构力学课件 第1章 绪论
一、荷载与作用 ➢荷载：主动作用在结构上的外力，如自重荷载、风荷载等； ➢广义荷载：外力、温度改变、支座沉降、制造误差、材料的收缩及松 驰、地震作用等； ➢作用：广义荷载，引起结构受力或变形的外因(外力、温度变化、支 座沉降、制造误差、材料收缩以及松弛、徐变等)
二、荷载(作用)的确定
➢荷载(作用)的确定是结构设计中极为重要的工作；
➢《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 ➢《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）
三、荷载的分类 ➢1、根据荷载作用时间的久暂划分
恒载 （永久荷载）
Permanent load 活载
（可变荷载) Variable load
永久作用在结构上的不变 荷载，如构件自重、设备
荷载等
暂时作用在结构上的可变荷载， 列车荷载、风载、地震作用等
三、荷载的分类
➢2、按作用 位置变化情况
固定荷载 移动荷载
作用在结构上的位置 是不变的，如恒载、 某些活载（风载、雪
载等）
能在结构上移动的荷载，如 列车荷载、吊车荷载
三、荷载的分类
静力荷载 动力荷载
➢3、根据荷载对结构产生的动力效应划 分 指大小、方向和位置不随时间 变化或变化很缓慢的荷载，
第一章 绪 论（Introduction )
中国矿业大学 鲁彩凤
§1-1 结构力学的研究对象和任务 §1-2 荷载的分类 §1-3 结构的计算简图 §1-4 杆件结构的分类
§1-1 结构力学的研究对象和任务
(Research object and task of Structural Mechanics )
本节主要内容： 一、工程结构及分类 二、结构力学的研究对象 三、结构力学的任务
结构力学绪论
第一章绪论§1-1结构力学的研究对象和任务一、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。
二、结构的类型：从结构型式划分：砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构、框剪结构、筒体结构等；从建筑材料划分：砖石结构、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：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。
板壳结构：厚度尺寸远小于长度和宽度，即薄壁结构；弹性力学实体结构：长、宽、高三个几何尺寸属于同一数量级；弹性力学结构力学研究对象：平面杆系结构注：结构力学：常指狭义的方面，即杆件结构力学。
三、任务：（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5）结构设计：结构方案（合理布置）、竖向承重体系、水平承重体系、附属结构体系、施工图6）初步方案+尺寸+材料、外力（静动荷载+支座反力）、内力（应力）+位移（应变变形）、强度刚度稳定性设计动力响应、最后尺寸材料（钢、木、钢筋混凝土、组合）（修正或验证）四、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。
三种破坏形式材料力学：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。
五、结构力学的任务：(1)研究结构的组成规则和合理形式等问题(组成规则：保证结构各部分之间不能发生相对运动，以承担预定的荷载；合理形式：为了充分发挥结构的性能，更有效地利用材料，以达到安全、经济的目的。
第一章-结构力学绪论
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 水平支承推力。 三铰拱：
06:50
水平推力
第一章 绪 论 （Introduction）
§1-5 结构的分类 2、拱(Arch)：
06:50
第一章 绪 论 （Introduction）
§1-4 支座(Supports)和结点(Joints)的类型 3.固定端(Fixed support)：
力作用点、方向、大小均未知。
06:50
A
HA
MA
VA
第一章 绪 论 （Introduction）
支座
06:50
第一章 绪 论 （Introduction）
§1-4 支座(Supports)和结点(Joints)的类型 二、结点——结构中杆件相互联结的地方。
第一章 绪 论 （Introduction）
§1-5 结构的分类
四、按受力特性的不同来分：
1、梁(Beam)：
——是一种受弯杆，轴线为直线，有单 跨与多跨的。
简支梁
悬臂梁
06:50 简支外伸梁
多跨连续梁
第一章 绪 论 （Introduction）
§1-5 结构的分类 1、梁(Beam)：
06:50
06:50
第一章 绪 论 （Introduction）
现代桥梁欣赏
06:50
第一章 绪 论 （Introduction）
06:50
第一章 绪 论 （Introduction）
桥跨结构
桥台
风、雪荷载
06:50
屋架
第一章 绪 论 （Introduction）
结构力学(绪论)
第一章绪论1.1结构力学的研究内容一、结构的概念建筑物和工程设施中，起主要受力、传力及支承作用的骨架部分。
二、结构的分类1、按构件的几何特征分为：杆系结构(空间或平面)；板壳(薄壁:薄板、薄壳)结构；实体结构。
(1) 杆系结构：由杆件组成。
几何特征：横截面<<长度图1.1 杆系结构<2>、板壳（薄壁：薄板、薄壳）结构几何特征：厚度<<长度和宽度图1.2 板壳结构<3>、实体结构几何特征：任何一个方向的尺寸都不能被忽略掉图1.3 实体结构2、按结构型式划分为：砖混结构、框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等；3、从建筑材料划分：砖石结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、组合结构等；4、从空间角度划分：平面结构、空间结构等；三、《结构力学》研究的对象理论力学：刚体材料力学：变形体(单个杆件：简支梁、悬臂梁、伸臂梁)结构力学：变形体(平面杆系结构：多跨梁、桁架、刚架、组合结构、拱)四、《结构力学》研究的内容<1> 研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的内力(强度计算)；<2>研究平面杆系结构在载荷等外因作用下产生的变形(刚度计算)；<3>分析平面杆系结构的稳定性；<4>探讨平面杆系结构的组成规律及合理形式(几何构造分析)；结构力学应用举例说明：①设计思路②钢筋混凝土悬臂梁，只考虑自重，钢筋应该配在上部，还是下部？为什么？③脚手架(超静定桁架)的设计1.2结构的计算简图一、结构计算简图在结构计算中，用以代替实际结构，并反应实际结构主要受力和变形特点的计算模型。
二、结构计算简图的简化原则选取的原则是：1、要从实际出发2、要分清主次既要尽可能正确反映结构的实际工作状态，又要尽可能使计算简化。
计算简图不是唯一的：根据不同的要求和具体情况，对于同一实际结构也可选取不同的计算简图。
例如：初步设计阶段，可选取比较粗略的计算简图，施工图设计阶段，则可选取较为精确的计算简图；用手算时，可选取较为简单的计算简图，用电算时，则可选取较为复杂的计算简图。
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杆件的简化
杆件用其轴线来表示，杆件之间的连接区或支撑区用 结点来表示，杆件的长度用结点间距表示，荷载作用在轴 线上
结点的简化
结点：各杆件连接在一起的区域称为结点，根据受力特 点可分为铰结点、刚结点、组合结点三种。 铰结点——相连的各杆件可以自由转动，但不能产生相 对移动。一般用小圆圈表示“ ○ ”。 刚结点——对相连接的杆件即限制转动又限制移动。 组合结点——由两种不同的结点组合在一起的结点，这 种结点的一部分有铰结点的特性，另一部分有刚结点的特性。
• 结构：建筑物中起支承荷载作用的骨架。 例如：梁、柱、板
克里姆林宫
结构及结构的分类
★结构的分类： 杆系结构：横截面尺寸＜＜构件长度 薄壁结构：构建的厚度＜＜构件的其它两个尺寸 实体结构：长、宽、厚三个尺寸相当
15.结构的计算简图
★概念：将实际结构进行抽象和简化，使之既能反映结构的 主要受力，又能简化计算，保留影响结构的主要因素、去 掉次要因素做出的图形叫做结构计算简图。 ★计算简图的简化原则： a.正确反映结构的实际受力情况 b.忽略对结构内力影响较小的次要因素，简化计算 ★影响计算简图的因素 结构重要性：重要结构——精； 次要结构——粗 设计阶段： 初步设计——粗： 技术设计——精 计算工具： 先进——精： 简陋——粗
平面杆系结构的分类
平面杆系结构的分类
• 根据计算特点不同，结构又可分为静定结构和超静定结 构两种。 • 静定结构——用静力平衡方程可以求解的。 • 超静定结构——用静力平衡方程不能求解的。
荷载的分类
• 根据作用时间可分为 恒荷载 活荷载 • 根据荷载的作用范围可分为 集中荷载 分布荷载 • 根据荷载的位置变化可分为 固定荷载 移动荷载 • 根据荷载的作用性质可分为 静力荷载 动力荷载
结构的简化
• • • • • •
结构体系的简化 杆件的简化 结点的简化 支座的简化 荷载的简化 材料性质的简化
构件简化
结构体系的简化
★把实际的空间体系在可能的条件下简化或分解为若干个平
面结构体系。 屋架、房顶——竖向荷载、均匀分布 墙体的风荷载——水平荷载，且各榀受力规律相当，所 以可取其中一榀为研究对象
结构力学
石嘴山联合学院 能源与建筑工程系
引言
学习内容：
结构力学的研究对象； 杆件结构的支座形式、结点形式； 结构的计算简图： 常见的杆系结构类型。
学习目的和要求： 了解常见杆件结构的分类； 掌握结构计算简图的概念和确定结构计算简图的原则； 掌握杆件结构的支座分类和结点分类。结构力学的任务及研究方法
荷载的简化
荷载的简化可分为集中荷载和均布荷载。
材料性质的简化
对组成结构的建筑材料，一般都假定为均匀连续、各 向同性、完全弹性（或塑性）。
平面杆系结构的分类
• 平面杆系结构按组成和受力特点可分为梁、拱、刚架、桁 架、组合结构五种。 • 梁——轴线为一条直线，有单跨梁和多跨梁。梁的内力有 剪力和弯矩。支座可以是铰支座、可动铰支座、固定支座。 • 拱——轴线是曲线。支座既有竖向支座反力又有水平支座 反力，荷载作用下拱内可以产生剪力、弯矩以及轴力。 • 刚架——由梁和柱组成，柱下的支座通常为固定支座。杆 件一般同时存在剪力、轴力、弯矩。 • 桁架——由若干个杆件通过铰结点连接起来的结构，各杆 的轴线是直线，桁架的支座一般是固定铰支座或可动铰支 座。当荷载只作用在桁架的结点上时，各杆件只产生轴力。 • 组合结构——结构中既有链杆又有梁或刚架。在载荷作用 下链杆只产生轴力，而梁和刚架则会产生弯矩和剪力。
• 与其它课程的联系：承上启下 • 结构力学的任务： ①研究结构的组成，合理形式以及结构计算简图的选择； ②研究结构在荷载、温度等因素影响下的内力和变形，通过 强度、刚度计算确保结构的经济、安全；（结构力学的主要 工作） ③研究结构的稳定性，确保结构承受的最大荷载在结构许用 荷载的范围内；
结构及结构的分类
支座的简化
支座：结构构件和支撑物之间的连接装置。支座根据实际构造和约 束点可分为固定铰支座、可动铰支座、固定支座三种。 固定铰支座——支座限制构件水平方向及竖直方向的移动，不限制转动。 可动铰支座——支座只限制构件垂直方向的移动。（一个单链杆表示） 固定支座——支座即限制构件水平、竖直方向的移动又限制构件的转动。