结构力学讲义1.

1.1 结构力学的内容
结构力学的研究内容（任务）
• 强度 Strength • 刚度 Stiffness • 稳定性 Stability • 组成规律 / 合理形式 • 各类结构的受力特点
为什么要计算简图?
1.2 结构的计算简图
computing model
实际结构一般很复杂
完全按实际情况分析很困难，甚至不可能 什么
thickness
✓ 实体结构 （长 ∽ 宽 ∽ 高）
massive structure
1.1 结构力学的内容
杆件结构（杆系结构） 由若干杆件组成，杆 件的横截面尺寸要比长
度小得多。梁、拱、刚架、桁架属于杆件结构。
1.1 结构力学的内容
板壳结构（薄壁结构）：它的 厚 度要比长度和宽度小得多。 如：楼板 、壳体屋盖。 实体结构：它的长、宽、厚三个几何尺寸 属 于同一个数量级。
结构体系的简化 空间结构 → 平面结构（杆件及荷载共面）
space structure plane structure
1.2 结构的计算简图
空间结构简化为平面结构
1.3 杆系结构的分类
按构件轴线形式、连接方式和受力特点划分：
梁 beam（图1.3a）
✓ 主要承受横向 transverse（⊥轴线）荷载
1.3 杆系结构的分类
组合结构（图1.3e、f）
✓ 含组合结点
(e)
✓ 梁式杆 ＋ 二力杆
索式结构（图1.3f）
(a)
✓ 构件主要受弯 bending
• 直梁 straight
• 曲梁 curved 或折梁 broken
• 单跨梁 single-span • 多跨梁 multi-span
刚架（图1.3b）rigid frame
✓ 多根不全共线的直杆，含刚结点
(b)
✓ 杆件一般同时发生弯、剪 shearing
和 轴向 axial 变形 deformation
是计算简图? 对实际结构加以简化而建立的抽象
“模型”
例：理论力学： 物体 → 质点 和 刚体
mass point rigid body 材料力学： 梁 → 线段（轴线）
计算简图的基本要求： 1.2 结构的计算简图
• 不离谱 － 能反映结构及其所受外部作用的主要特征 • 好计算
简化内容（例：图1.1） 杆件的简化
支座对结构的约束情况（图1.2、表1.1 ）
1.2 结构的计算简图
FRy
FRy
FRx
(a)
FRy M
(c)
图 1.2
(b)
M FRy FRx
(d)
支座类型 可动铰
1.2 结构的计算简图
表1.1 不同支座的约束情况
自由位移
Δx
Δy
φ
√×√
反力和反力矩
FRx
FRy
M
×√×
固定铰
×× √
√
√×
定向支座
√ ××× √
√
固定支座 × × × √
√
√
规律：约束位移与反力一一对应
荷载的简化
1.2 结构的计算简图
• 集中荷载 concentrated • 分布荷载 distributed 材料性质 / 结构体系的简化 材料性质的简化（假定）： • 连续 continuous • 均匀 homogeneous • 各向同性 isotropic • 理想弹性或弹塑性 elastic-plastic
1.1 结构力学的内容
1.1 结构力学的内容
1.1 结构力学的内容
结构的分类（按 构件 的几何特点）
classification member
✓ 杆系结构 （长 >> 宽 ∽ 高）
bar system length width height
✓ 板壳结构 （长 ∽ 宽 >> 厚）
plate & shell
1.3 杆系结构的分类
拱（图1.3c）arch
✓ 通常：曲杆
(c)
✓ 主要力学特征：在竖直vertically向下的荷载下，
支座产生水平horizontal推力
拱式结构：拱式刚架（图1.3b）、拱式桁架……
桁架（图1.3d）truss
✓ 直杆、铰结点 ✓ 主要力学特征：结点荷载下，
(d)
杆件均为二力杆，只有轴力
（至少 3 根杆件）
1.2 结构的计算简图
a. 铰结点 被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可
以相对转动。可以传递力，但不能传递力矩。
1.2 结构的计算简图
b. 刚结点 被连接的杆件在连接处不能相对移动，又不能
相对转动。可以传递力，也可以传递力矩。
1.2 结构的计算简图
c. 组合结点 特征是汇交于结点的各杆均不能 移动，但其
中一部分杆件为刚性联结，各杆端不允许相对转 动，其余杆件为铰接，允许Байду номын сангаас结点转动。
1.2 结构的计算简图 支座的简化 support
支座 － 结构与地基的连接点 • 作用：
✓ 约束 restriction － 限制位移 displacement ✓ 反力 reaction － 提供反力或反力矩 moment
力学
mechanics
结构
structure
1.1 结构力学的内容
结构就是建筑物的骨架skeleton 其作用是承受或传递荷载load 例： 房屋：板 → 梁 → 柱 → 基础
plate beam column base 桥梁：梁 → 索 → 塔 → 基础
beam cable tower base
杆件 → 轴线
bar
axis
直杆 → 直线段
阶梯型变截面柱 → 粗细线段
图 1.1
1.2 结构的计算简图 结点的简化
joint，node 杆件连接区域 → 结点（轴线的交点）
铰结点 — 杆件不能相对移动，但可以相对转动 刚结点 — 杆件不能相对移动，也不能相对转动 组合结点 —杆件连接方式既有铰接，又有刚接
结构力学的特点及学习方法
重要性：优秀土木工程师赖以生存的专业工具。 特点：各章知识联系紧密，一环套一环。
不但要理解、还要熟练运用。 学习方法：课堂及时跟进，课后迅速回顾，掌握基 本原理，勘透力学本质。
总之，两个字：勤、思
1.1 结构力学的内容
结构力学是研究结构的力学行为的科学
behavior
→ structur结构al力me学chanics
1.1 结构力学的内容
1.1 结构力学的内容
结构力学与其他力学课程的分工 理论力学 － 质点（系）、刚体（系）
theoretical mechanics
材料力学 － 单杆
strength of material
结构力学 － 杆系
弹性力学 － 板壳、块体
theory of elasticity