1、結結 構構 力力 學學Structural Mechanics2015.92015.9教材教材: :龍馭球等編龍馭球等編結構力學結構力學I 基本教程基本教程高等教育出版社高等教育出版社2012.82012.8上海蓮花上海蓮花13層倒樓層倒樓成都居民樓雨后傾斜成都居民樓雨后傾斜塔科馬大橋風振破壞塔科馬大橋風振破壞地震作用下鐵路破壞地震作用下鐵路破壞課程的性質和任務課程的性質和任務 結構力學為建筑橋梁類專業本科生的一門主要結構力學為建筑橋梁類專業本科生的一門主要專業基礎課專業基礎課。通過本課程的教學，使學生了解桿件。通過本課程的教學，使學生了解桿件體系的組成規律、受力性能，撐握桿件結構的計算體系的

2、組成規律、受力性能，撐握桿件結構的計算原理和方法，培養分析與解決工程實際中桿系結構原理和方法，培養分析與解決工程實際中桿系結構力學問題的能力，為學習后續有關專業課程以及將力學問題的能力，為學習后續有關專業課程以及將來進行結構設計和科學研究打下力學基礎。來進行結構設計和科學研究打下力學基礎。 目標：目標： 掌握系統的結構力學知識；提高結構計算能力，能掌握系統的結構力學知識；提高結構計算能力，能熟練地分析計算熟練地分析計算土木工程結構的力學性能土木工程結構的力學性能； 培養學生的培養學生的分析能力和科學作風分析能力和科學作風； 為學習有關專業課程（為學習有關專業課程（鋼筋混凝土結構、鋼結構、鋼筋混

3、凝土結構、鋼結構、地基基礎地基基礎等）等） 為畢業后從事為畢業后從事結構設計、施工和科研工作結構設計、施工和科研工作打好扎實打好扎實的理論基礎。的理論基礎。 課程的主要內容課程的主要內容共八章共八章 第一篇第一篇: : 結構靜力分析結構靜力分析第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 結構的幾何構造分析結構的幾何構造分析第一部分第一部分 靜定結構靜定結構第三章第三章 受力分析受力分析第四章第四章 影響線影響線第五章第五章 位移計算位移計算第二部分第二部分 超靜定結構超靜定結構第六章第六章 力法力法第七章第七章 位移法位移法第八章第八章 漸近法漸近法第一章第一章 緒緒 論論學習要求：學習要求： 了解

4、結構力學的任務以及與其它課程的關系，了解了解結構力學的任務以及與其它課程的關系，了解荷載的分類。荷載的分類。 正確理解結構計算簡圖的概念、簡化要點和條件。正確理解結構計算簡圖的概念、簡化要點和條件。第一章第一章 緒緒 論論1.1 1.1 學科內容學科內容1.1.4 4 荷載的分類荷載的分類1.1.2 2 結構計算簡圖結構計算簡圖1.1.3 3 桿件結構的分類桿件結構的分類主要內容：主要內容：學習要求：學習要求： 了解結構力學的內容和任務。了解結構力學的內容和任務。 理解結構的概念和分類。理解結構的概念和分類。1.1 1.1 結構力學的學科內容和任務結構力學的學科內容和任務the Basic C

5、ontents of the Course and Teaching Requirements 主要內容：主要內容： 結構力學的內容和任務。結構力學的內容和任務。 結構的概念和分類。結構的概念和分類。1.1 1.1 結構力學的學科內容和任務結構力學的學科內容和任務the Basic Contents of the Course and Teaching Requirements 理論力學：理論力學：材料力學：材料力學：主要研究桿件結構的主要研究桿件結構的幾何組成規律，幾何組成規律， 強度、剛度、穩定性和動力反應。強度、剛度、穩定性和動力反應。1.1.1 1.1.1 結構力學的學科內容和任務結構

6、力學的學科內容和任務研究物體機械運動一般規律。研究物體機械運動一般規律。研究單個桿件的強度、剛度、穩定性。研究單個桿件的強度、剛度、穩定性。(1)(1)結構的定義結構的定義建筑物實景圖建筑物實景圖建筑物結構圖建筑物結構圖去掉去掉建筑圍護及裝飾部分建筑圍護及裝飾部分等等(1)(1)結構的定義結構的定義 在土木工程中，如房屋、橋梁、在土木工程中，如房屋、橋梁、 隧道、水壩等，用以支隧道、水壩等，用以支承荷載而起骨架作用的部分。承荷載而起骨架作用的部分。 板、梁柱 結構由構件組成。結構由構件組成。建筑工程中的構件：一建筑工程中的構件：一般有板、梁、柱、墻和般有板、梁、柱、墻和基礎等。基礎等。(2)(

7、2)結構的分類結構的分類桿件結構桿件結構： 結構由桿件組成，桿件的幾何特征是結構由桿件組成，桿件的幾何特征是 橫截面尺寸要比長度小得多橫截面尺寸要比長度小得多。按幾何角度分按幾何角度分板殼結構：板殼結構： 也稱也稱薄壁結構薄壁結構 厚度比長度和寬度小得多厚度比長度和寬度小得多。實體結構：實體結構： 結構的長、寬、厚結構的長、寬、厚三個尺度大小相仿三個尺度大小相仿。桿件結構桿件結構： 結構由桿件組結構由桿件組成，桿件的幾何特征是成，桿件的幾何特征是橫截橫截面尺寸要比長度小得多面尺寸要比長度小得多。板殼結構：板殼結構： 也稱也稱薄壁結薄壁結構，構，厚度比長度和寬度厚度比長度和寬度小得多小得多。實體

8、結構：實體結構： 結構的結構的長、寬、厚長、寬、厚三個尺三個尺度大小相仿度大小相仿。(2)(2)結構的分類結構的分類按桿件系統的軸線和外力是否在同一平面內分：按桿件系統的軸線和外力是否在同一平面內分：平面結構平面結構空間結構空間結構在同一平面在同一平面不在同一平面不在同一平面軸線和外力軸線和外力3. 3. 剛度問題剛度問題，即研究結構抵抗變形的能力。，即研究結構抵抗變形的能力。2. 2. 強度問題強度問題，即研究結構抵抗破壞的能力。，即研究結構抵抗破壞的能力。4. 4. 結構的結構的穩定穩定問題。問題。1. 1. 研究體系的研究體系的幾何組成幾何組成規律。規律。(3)(3)結構力學的任務結構力

9、學的任務5. 5. 結構的結構的動力反應動力反應。幾何不變幾何不變幾何可變幾何可變幾何組成的概念幾何組成的概念yx強度問題強度問題上海蓮花上海蓮花13層倒樓層倒樓 剛度問題剛度問題塔科馬大橋風振破壞塔科馬大橋風振破壞穩定問題穩定問題輸線塔整體失穩輸線塔整體失穩動力反應動力反應地震作用下鐵路破壞地震作用下鐵路破壞 注重力學概念；注重力學概念； 活學活用，理論聯系實際；活學活用，理論聯系實際； 多練，多想，提高計算能力；多練，多想，提高計算能力； 培養自學能力。培養自學能力。(4) (4) 學習方法學習方法小結：小結： 結構力學的學科內容結構力學的學科內容 結構的概念與分類結構的概念與分類課后調研

10、：課后調研： 身邊的建筑物的結構形式身邊的建筑物的結構形式學習要求：學習要求： 了解簡化原則。了解簡化原則。 理解桿件、結點、支座、荷載等的簡化方法。理解桿件、結點、支座、荷載等的簡化方法。1.1.2 2 結構的計算簡圖及簡化要點結構的計算簡圖及簡化要點 Computing Models of Structures and the Main Point of Their Simplification 主要內容：主要內容： 結構體系的簡化結構體系的簡化 桿件的簡化桿件的簡化 桿件間連接的簡化桿件間連接的簡化 結構與基礎間連接的簡化結構與基礎間連接的簡化 荷載的簡化荷載的簡化 材料性質的簡化材料性

11、質的簡化1.1.2 2 結構的計算簡圖及簡化要點結構的計算簡圖及簡化要點 Computing Models of Structures and the Main Point of Their Simplification 反映實際反映實際便于計算便于計算選取計算簡圖的原則：選取計算簡圖的原則：結構計算簡圖的定義：結構計算簡圖的定義：用一個簡化的圖形來代替實際結構用一個簡化的圖形來代替實際結構1.1.2 2 結構的計算簡圖及簡化要點結構的計算簡圖及簡化要點 引言引言空間結構空間結構平面結構平面結構計算簡圖計算簡圖1.1. 桿件的簡化桿件的簡化2.2. 桿件間連接桿件間連接的簡化的簡化3.3. 結

12、構與基礎間連接結構與基礎間連接的簡化的簡化4.4. 荷載荷載的簡化的簡化計算簡圖計算簡圖1. 桿件簡化桿件簡化桿件桿件用軸線表示；用軸線表示；桿件連接區桿件連接區用結點表示；用結點表示；桿長桿長用結點間的距離表示；用結點間的距離表示；荷載荷載作用點移到軸線上。作用點移到軸線上。計算簡圖計算簡圖2. 桿件間連接的簡化桿件間連接的簡化桿件間連接區簡化為桿件間連接區簡化為結點（結點（鉸結點和剛結點鉸結點和剛結點）（1） 鉸結點鉸結點(Hinge joint)： 被連接的桿件在連接處被連接的桿件在連接處不能相對移動不能相對移動， 但但可相對轉動可相對轉動。（2） 剛結點剛結點(Rigid joint)

13、 被連接的桿件在連接處既被連接的桿件在連接處既不能相對移動不能相對移動，又又不能相對轉動不能相對轉動。計算簡圖計算簡圖預埋鋼板焊縫柱屋架梁梁柱柱 3. 結構與基礎間連接的簡化結構與基礎間連接的簡化結構與基礎的連接區簡化為結構與基礎的連接區簡化為支座支座（support）（1） 滾軸支座滾軸支座（2） 鉸支座鉸支座（3） 定向支座定向支座（4） 固定支座固定支座按受力特征，一般簡化為以下四種情況：按受力特征，一般簡化為以下四種情況：（1） 滾軸支座滾軸支座梁梁 磚墻磚墻 Fy 被支承的部分可以轉動和水平移動，但被支承的部分可以轉動和水平移動，但不能豎向移動不能豎向移動。 計算簡圖：用計算簡圖：用

14、一根支桿一根支桿表示。表示。磚墻磚墻 （2） 鉸支座鉸支座梁梁 被支承的部分可以轉動，但被支承的部分可以轉動，但不能移動不能移動。 計算簡圖：用計算簡圖：用兩根相交的支桿兩根相交的支桿表示。表示。FyFx（3） 定向支座定向支座M 被支承的部分被支承的部分不能轉動不能轉動, ,但可以沿一個方向平行滑動但可以沿一個方向平行滑動。 計算簡圖：用計算簡圖：用兩根平行支桿兩根平行支桿表示。表示。Fy（4） 固定支座固定支座M 被支承的部分被支承的部分完全被固定完全被固定。 計算簡圖：按計算簡圖：按圖圖表示。表示。FyFx計算簡圖計算簡圖細石混凝土4. 荷載的簡化荷載的簡化計算簡圖計算簡圖體積力體積力表

15、面力表面力 作用在結構內部任意一點。如結構的自重作用在結構內部任意一點。如結構的自重由其它物體通過接觸面而傳給結構的作用力。由其它物體通過接觸面而傳給結構的作用力。簡化為作用在桿件軸線上的力簡化為作用在桿件軸線上的力 線荷載線荷載 （5）材料性質的簡化）材料性質的簡化 建筑材料通常為建筑材料通常為 鋼、混凝土、磚、石鋼、混凝土、磚、石等。等。注意：注意： 木料為各向異性材料（橫紋與順紋不同）木料為各向異性材料（橫紋與順紋不同）假設：假設： 連續的、均勻的、各向同性的、完全彈性或彈塑性的。連續的、均勻的、各向同性的、完全彈性或彈塑性的。 小結：小結：課后調研：課后調研： 身邊的建筑物的結構計算簡

16、圖身邊的建筑物的結構計算簡圖 桿件的簡化桿件的簡化 桿件間連接的簡化桿件間連接的簡化結點結點 結構與基礎間連接的簡化結構與基礎間連接的簡化支座支座 荷載的簡化荷載的簡化1.3 1.3 桿件結構的分類桿件結構的分類1. 桿件的幾何特性桿件的幾何特性 橫截面：橫截面：垂直長度方向的截面垂直長度方向的截面 軸線：軸線：橫截面形心的連線橫截面形心的連線2. 2. 桿件結構的分類桿件結構的分類（1 1）梁）梁 beam：軸線常為直線，是受彎構件軸線常為直線，是受彎構件簡支梁簡支梁懸臂梁懸臂梁伸臂梁伸臂梁多跨梁多跨梁（2 2）桁架）桁架 truss：由直桿組成，結點為鉸結點由直桿組成，結點為鉸結點三角形三

17、角形梯形梯形（3 3）拱）拱 arch：軸線是曲線，豎向荷載下有水平反力軸線是曲線，豎向荷載下有水平反力三鉸拱三鉸拱兩鉸拱兩鉸拱無鉸拱無鉸拱（4 4）剛架）剛架 rigid frame：由直桿組成，結點大多數剛性結點由直桿組成，結點大多數剛性結點懸臂懸臂簡支簡支三鉸三鉸三層兩跨三層兩跨（5 5）組合結構）組合結構 combinatorial structure 桁架和梁或剛架組合而成桁架和梁或剛架組合而成1.4 1.4 荷載（荷載（load）的分類）的分類結構上的力結構上的力主動力主動力約束反力約束反力( (支座反力支座反力) )約束力約束力荷載荷載主動力與約束力主動力與約束力FABFAxFB

18、yFAy荷載的分類荷載的分類1. 1. 按作用時間的久暫按作用時間的久暫 恒載：恒載：長期作用于結構上的不變荷載。長期作用于結構上的不變荷載。 特征：大小、方向、作用位置是不變的。特征：大小、方向、作用位置是不變的。 實例：結構的自重、安裝在結構上的設備重量等實例：結構的自重、安裝在結構上的設備重量等活載：活載：建筑物在施工和使用期間可能存在的可變荷載建筑物在施工和使用期間可能存在的可變荷載 實例：吊車荷載、結構上的人群、風、雪等實例：吊車荷載、結構上的人群、風、雪等2. 2. 按荷載的作用范圍按荷載的作用范圍 集中荷載：集中荷載：荷載的作用面積相對于總面積是微小的。荷載的作用面積相對于總面積

19、是微小的。 實例：固定設備，屋頂水箱等實例：固定設備，屋頂水箱等分布荷載：分布荷載：分布作用在一定面積或長度上的荷載分布作用在一定面積或長度上的荷載 實例：風、雪、自重等荷載。實例：風、雪、自重等荷載。3. 3. 按荷載作用的性質按荷載作用的性質 靜力荷載：靜力荷載： 大小、方向和位置不隨時間變化或變化極其緩慢，大小、方向和位置不隨時間變化或變化極其緩慢，不使結構產生顯著的加速度。不使結構產生顯著的加速度。 實例：結構自重、樓面活載等；實例：結構自重、樓面活載等；動力荷載：動力荷載： 隨時間迅速變化或在短暫時間內突然作用或消失的隨時間迅速變化或在短暫時間內突然作用或消失的荷載，使結構產生顯著的加速度。荷載，使結構產生顯著的加速度。 實例：地震、爆炸力、動力機械產生的荷載等；實例：地震、爆炸力、