(2.1)--《结构力学》第1章_绪论.ppt

结构力学结构力学结构力学结构力学第第 1 1 章章绪绪 论论一、建筑结构一、建筑结构一、建筑结构一、建筑结构 1-1 结构力学的学科内容和教学要求结构力学的学科内容和教学要求 建筑物或构筑物中承受、传建筑物或构筑物中承受、传递荷载而起递荷载而起骨架骨架作用的部分称为作用的部分称为结构结构结构结构。结构分类：结构分类：杆件结构杆件结构杆件结构杆件结构钢结构梁、柱钢结构梁、柱钢结构梁、柱钢结构梁、柱由杆件长度由杆件长度 l 远大于横截面尺寸远大于横截面尺寸 b、h 的细长杆组成的结构。的细长杆组成的结构。板壳结构板壳结构板壳结构板壳结构悉尼歌剧院悉尼歌剧院悉尼歌剧院悉尼歌剧院厚度远小于其长度和宽度的结构。厚度远小于其长度和宽度的结构。三峡大坝三峡大坝 实体结构实体结构实体结构实体结构长、宽、高三个尺寸相近的结构。长、宽、高三个尺寸相近的结构。二、结构力学的研究对象二、结构力学的研究对象1 1、研究对象、研究对象2 2、任务、任务 结构力学以杆件结构为主要研究对象，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构力学以杆件结构为主要研究对象，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。结构等。讨论讨论结构的组成规律结构的组成规律和合理形式，及结构计算简图的合理选择。和合理形式，及结构计算简图的合理选择。讨论讨论结构内力和变形结构内力和变形的计算方法，进行结构的的计算方法，进行结构的强度和刚度强度和刚度的验算。的验算。讨论结构讨论结构在在动力荷载作用下的结构反应动力荷载作用下的结构反应。强度强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并符合经济要求。计算在于保证结构物使用中的安全性，并符合经济要求。刚度刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形从而影响使用。计算在于保证结构物不会产生过大的变形从而影响使用。*稳定性验算在于保证结构不会产生失稳破坏。稳定性验算在于保证结构不会产生失稳破坏。结构的结构的组成规律组成规律主要是讨论几何不变体系的组成规律，因为只有几何不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。变体系才能作为结构来使用。动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载作用下的动力反应动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载作用下的动力反应 结结构受到的地震力、结构的位移、速度、加速度及动内力等。构受到的地震力、结构的位移、速度、加速度及动内力等。*极限荷载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极限荷载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。算转变为塑性计算。结构力学问题的结构力学问题的研究手段：研究手段：理论分析、实验研究和数值计算理论分析、实验研究和数值计算三个方面。三个方面。实验研究方法的内容在实验力学和结构检验课程中讨论，理论分析和数实验研究方法的内容在实验力学和结构检验课程中讨论，理论分析和数值计算方面的内容在结构力学课程中讨论。值计算方面的内容在结构力学课程中讨论。在结构分析中，首先把在结构分析中，首先把实际结构简化为计算模型实际结构简化为计算模型，称为，称为计算简图计算简图；然后；然后对计算简图进行计算。结构力学中的计算方法是多种多样的，但都要考虑下对计算简图进行计算。结构力学中的计算方法是多种多样的，但都要考虑下列三方面的条件：列三方面的条件：力系的平衡条件或运动条件。力系的平衡条件或运动条件。变形的几何连续条件。变形的几何连续条件。应力与变形间的物理条件应力与变形间的物理条件（或称为本构方程）。（或称为本构方程）。结构力学中的基本解法是直接应用上述三方面条件进行解算的，可称为结构力学中的基本解法是直接应用上述三方面条件进行解算的，可称为“平衡几何平衡几何”解法解法。这些解法如采用虚功和能量形式来表述，则称为。这些解法如采用虚功和能量形式来表述，则称为“虚虚功能量功能量”解法解法。“手算手算”和和“电算电算”：与与“电算电算”关系密切的内容如能量原理，结构矩阵关系密切的内容如能量原理，结构矩阵分析、有限元法、半解析法、结构分析软件、结构优化设计等，己在结构力分析、有限元法、半解析法、结构分析软件、结构优化设计等，己在结构力学学科领域里形成了一个新的分支学科计算结构力学。学学科领域里形成了一个新的分支学科计算结构力学。三、课程教学中的能力培养三、课程教学中的能力培养分析能力、计算能力、自学能力和表达能力。分析能力、计算能力、自学能力和表达能力。分析能力分析能力 选择结构计算简图的能力；对结构的受力状态进行平衡分析及对结构的选择结构计算简图的能力；对结构的受力状态进行平衡分析及对结构的变形和位移状态进行几何分析的能力；变形和位移状态进行几何分析的能力；选择计算方法的能力。选择计算方法的能力。计算能力计算能力 对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力；具有对计算结果进行定量对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力；具有对计算结果进行定量校核或定性判断的能力；初步具有使用结构计算程序的能力。校核或定性判断的能力；初步具有使用结构计算程序的能力。表达能力表达能力 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。准确，注重培养严谨作风。自学能力自学能力消化已学知识；摄取新知识。消化已学知识；摄取新知识。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。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。1-2 结构的计算简图及简化要点结构的计算简图及简化要点 计算简图中杆件用其轴线表示，杆件之间的连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。的作用点也转移到轴线上。二、杆件的简化二、杆件的简化三、杆件间连接的简化三、杆件间连接的简化 结构的计算简图：结构的计算简图：对实际结构加以简化，略去不重要的细节，显示其基本特点，用一个简对实际结构加以简化，略去不重要的细节，显示其基本特点，用一个简化的图形来代替实际结构。化的图形来代替实际结构。选择计算简图的原则：选择计算简图的原则：从实际出发从实际出发计算简图要反映实际结构的计算简图要反映实际结构的主要受力和变形性能主要受力和变形性能；分清主次，略去细节分清主次，略去细节计算图形要计算图形要便于计算便于计算。一、结构体系的简化一、结构体系的简化 一般结构实际上各部分相互连接成为一个空间整体，从承受各个方向可一般结构实际上各部分相互连接成为一个空间整体，从承受各个方向可能出现的荷载。但在多数情况下，常可忽略一些次要的空间约束而将实际结能出现的荷载。但在多数情况下，常可忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为构分解为平面结构平面结构，使计算简化。，使计算简化。(1)(1)铰结点铰结点(2)刚结点刚结点(3)定向结点定向结点四、结构与基础间连接的简化四、结构与基础间连接的简化结构与基础的连接区简化为结构与基础的连接区简化为支座支座。1 1、活动铰支座、活动铰支座A2、固定铰支座、固定铰支座模型模型AAA3、定向支座（滑动支座）、定向支座（滑动支座）模型模型AAA4、固定支座、固定支座AB模型模型工程实例工程实例简图简图A五、材料性质的简化五、材料性质的简化将结构材料视为连续、均匀、各向同性、理想弹性或理想弹塑性。将结构材料视为连续、均匀、各向同性、理想弹性或理想弹塑性。六、荷载的简化六、荷载的简化将体积分布和表面分布荷载简化为集中荷载与分布线荷载。将体积分布和表面分布荷载简化为集中荷载与分布线荷载。选取结构计算简图示例：选取结构计算简图示例：课本第课本第 6、7 页图页图 1-7 所示单层厂房。所示单层厂房。2.2.杆件的简化杆件的简化:杆件杆件 杆件的轴线杆件的轴线 3.3.结点的简化结点的简化:刚结点刚结点 铰结点铰结点 半铰结点半铰结点(组合结点组合结点)4.4.支座的简化支座的简化:固定铰支座固定铰支座 可动较支座可动较支座 固定支座固定支座 滑动支座滑动支座(定向支座定向支座)1.1.体系的简化体系的简化:空间结构空间结构 平面结构平面结构 1、梁、梁 单跨梁单跨梁超静定梁超静定梁 静定梁静定梁 多跨梁多跨梁静定多跨梁静定多跨梁连续梁连续梁梁的特点：梁的特点：梁的轴线通常为直线，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。在荷载作用下，截面存在弯矩、剪力和轴力。1-3 杆件结构的类型杆件结构的类型2、拱、拱拉杆拱拉杆拱拉杆拉杆 无铰拱无铰拱 三铰拱三铰拱拱的特点：拱的特点：拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。拱的轴线拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座有水平推力为曲线，在竖向荷载作用下支座有水平推力 （见图（见图)；3、刚架、刚架静定刚架静定刚架超静定刚架超静定刚架刚架的特点：刚架的特点：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刚结点；荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。4、桁架、桁架静定桁架静定桁架超静定桁架超静定桁架组合结构组合结构特点：特点：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；只受轴力；5、组合结构、组合结构特点：特点：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。不仅有轴力，还有弯矩和剪力。1、按荷载作用时间长短可分为按荷载作用时间长短可分为：恒载恒载 永久作用在结构上的荷载。如自重等。永久作用在结构上的荷载。如自重等。活载活载 荷载有时作用在结构上，有时又不作用在结构上。如：荷载有时作用在结构上，有时又不作用在结构上。如：楼面活荷载，雪荷载。楼面活荷载，雪荷载。1-4 荷载的分类荷载的分类2、按荷载按荷载作用位置可分为作用位置可分为：固定荷载固定荷载 作用位置不变的荷载，如自重等。作用位置不变的荷载，如自重等。移动荷载移动荷载 荷载作用在结构上的位置是移动的，如吊车荷载、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。桥梁上的汽车和火车荷载。3、按按荷载作用的性质可分荷载作用的性质可分为：为：静荷载静荷载 荷载的大小、方向、位置不随时间变化或变化很缓荷载的大小、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。慢的荷载。恒载都是静荷载。动荷载动荷载 荷载的大小、方向随时间迅速变化，使结构产生显荷载的大小、方向随时间迅速变化，使结构产生显 著振动，结构的著振动，结构的质量承受的加速度及惯性力质量承受的加速度及惯性力不能忽不能忽 略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷载和风荷略。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。载等都是动力荷载。