第01章+绪论 .ppt

1、结构力学郑州大学土木工程学院1结构力学结构力学宁永胜结构理论教研室我希望：我希望：大家能够喜欢我的课！大家能够喜欢我的课！上课认真听讲！上课认真听讲！下课积极完成作业！下课积极完成作业！就授课内容、方式等多提宝贵意见！就授课内容、方式等多提宝贵意见！郑州大学土木工程学院郑州大学土木工程学院宁永胜宁永胜结构力学土 木 工 程 学 院第一章第一章 绪论绪论结构力学郑州大学土木工程学院3第一章第一章 绪论绪论学习内容：学习内容：结构力学的研究对象、任务和方法；结构力学的研究对象、任务和方法；基本要求：基本要求：了解结构力学的研究对象、任务及其与其它课了解结构力学的研究对象、任务及其与其它课程的关系；

2、程的关系；了解结构计算简图的概念和确定结构计算简图了解结构计算简图的概念和确定结构计算简图的原则；的原则；了解常见杆件结构和荷载的分类了解常见杆件结构和荷载的分类;掌握杆件结构的支座分类和结点分类。掌握杆件结构的支座分类和结点分类。结构的计结构的计算简图及杆件结构的支座形式、结点形式；算简图及杆件结构的支座形式、结点形式；常常见的杆件结构类型和荷载类型。见的杆件结构类型和荷载类型。结构力学郑州大学土木工程学院411 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容12 12 结构的计算简图结构的计算简图13 13 杆件结构的分类杆件结构的分类14 14 荷载的分类荷载的分类第一章

3、第一章 绪论绪论结构力学郑州大学土木工程学院511 11 结构力学的研究对象及研究内结构力学的研究对象及研究内容容第一章第一章 绪论绪论结构力学郑州大学土木工程学院61 1、结构、结构在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并能承受荷载作用的物体或体系称为能承受荷载作用的物体或体系称为工程结构工程结构，简称，简称结构结构。如房屋建筑结构、桥梁结构、涵洞、挡土墙、大如房屋建筑结构、桥梁结构、涵洞、挡土墙、大坝等。坝等。作用：承受和传递荷载的骨架作用。作用：承受和传递荷载的骨架作用。框架结构、排架结构、剪力墙结构、框架结构、排架结构、剪力墙结构、筒体结

4、构、壳体结构、网架结构等筒体结构、壳体结构、网架结构等11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院7台湾台湾101大厦大厦世界第一高楼世界第一高楼508m上海环球金融中心上海环球金融中心大陆大陆(世界世界)第一高楼第一高楼492.5m新式巨型结构新式巨型结构筒体结构筒体结构11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院811 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容国家体育场国家体育场鸟巢鸟巢大跨度钢结构大跨度钢结构 结构力学郑州大学土木工程学院9悉尼歌剧院悉尼歌剧院壳体

5、结构壳体结构11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院1011 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥(主跨最长的悬索桥主跨最长的悬索桥)悬索结构悬索结构 结构力学郑州大学土木工程学院11三峡大坝三峡大坝实体结构实体结构11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院12单层工业厂房单层工业厂房(排架结构排架结构)11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院132 2、结构、结构的分类的

6、分类结构按其几何特征可分为：结构按其几何特征可分为：(1)(1)杆件结构杆件结构：由杆件所组成；：由杆件所组成；长度截面的长度截面的宽度与高度宽度与高度示例示例(2)(2)板壳结构板壳结构：厚度其他两个方向的尺度；又称厚度其他两个方向的尺度；又称薄壁结构薄壁结构。示例示例板板壳壳(3)(3)实体结构实体结构：三个方向的尺度大致相当。三个方向的尺度大致相当。示例示例11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院14返回返回11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院15折折板板屋屋面面壳壳体体屋

7、屋面面返回返回11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院16挡土墙挡土墙块体基础块体基础返回返回11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院173 3、结构、结构力学的研究对象力学的研究对象杆件结构杆件结构 结构力学是土木工程专业的一门重要的技术基础课程，结构力学是土木工程专业的一门重要的技术基础课程，在各门课程的学习中起着承上启下的作用。在各门课程的学习中起着承上启下的作用。结构力学与其他力学课程的比较：结构力学与其他力学课程的比较：课程课程研究对象研究对象研研 究究 任任 务务理论力学

8、理论力学材料力学材料力学结构力学结构力学弹性力学弹性力学 板壳、实体结构板壳、实体结构物体机械运动的一般规律物体机械运动的一般规律质点、刚体质点、刚体单根杆件单根杆件杆件结构杆件结构系变形体的强度、刚度变形体的强度、刚度和稳定性问题和稳定性问题结构力学是研究杆件结构的强度、刚度和稳定性问题结构力学是研究杆件结构的强度、刚度和稳定性问题的一门学科。的一门学科。11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院184 4、结构、结构力学的研究内容力学的研究内容(1)(1)研究结构的组成规律和合理形式；研究结构的组成规律和合理形式；(2)(2)研究结构在

9、荷载等因素作用下的内力、变形的计算方研究结构在荷载等因素作用下的内力、变形的计算方 法（强度和刚度的计算）；法（强度和刚度的计算）；(3)(3)研究结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。研究结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。研究组成规律的目的在于保证结构各部分不致发生相研究组成规律的目的在于保证结构各部分不致发生相对运动，使可能承担荷载并维持平衡。对运动，使可能承担荷载并维持平衡。研究结构的合理形式是为了有效地利用材料，使其性研究结构的合理形式是为了有效地利用材料，使其性能得到充分发挥。能得到充分发挥。进行强度和稳定性计算的目的在于保证结构的安全并进行强度和稳定性计算的目的在于保证结构

10、的安全并使之符合经济的要求。使之符合经济的要求。计算刚度的目的在于保证结构不致发生过大的变形，计算刚度的目的在于保证结构不致发生过大的变形，以致于影响其正常使用。以致于影响其正常使用。11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容结构力学郑州大学土木工程学院19 在外界因素的作用下，结构的整体及其任在外界因素的作用下，结构的整体及其任何一部分都应满足力系的平衡条件。何一部分都应满足力系的平衡条件。5 5、结构、结构力学的研究方法力学的研究方法(1)(1)平衡条件。平衡条件。(2)(2)几何条件。几何条件。(3)(3)物理条件。物理条件。在在小变形、材料满足胡克定律小变形、

11、材料满足胡克定律的假设下，综合考虑以下三的假设下，综合考虑以下三个方面的条件，建立各种计算方法。个方面的条件，建立各种计算方法。平衡方程平衡方程几何方程几何方程本构方程本构方程11 11 结构力学的研究对象及研究内容结构力学的研究对象及研究内容 连续的结构发生变形后，仍是连续的，材连续的结构发生变形后，仍是连续的，材料没有重叠或缝隙；同时结构的变形和位移应满足支座和料没有重叠或缝隙；同时结构的变形和位移应满足支座和结点的约束条件。结点的约束条件。把结构的应力和变形联系起来的物性条件。把结构的应力和变形联系起来的物性条件。结构力学郑州大学土木工程学院2012 12 结构的计算简图结构的计算简图第

12、一章第一章 绪论绪论结构力学郑州大学土木工程学院211 1、结构的计算简图、结构的计算简图代替实际结构的简化的图形，称为结构的代替实际结构的简化的图形，称为结构的计算简图计算简图。2 2、结构计算简图的选取原则、结构计算简图的选取原则(1)(1)从实际出发从实际出发应能反映出实际结构的主要受力和变应能反映出实际结构的主要受力和变 形形特点特点；(2)(2)抓主放次抓主放次保留主要特征，忽略次要因素，便于分保留主要特征，忽略次要因素，便于分 析计算。析计算。3 3、影响计算简图选取的主要因素、影响计算简图选取的主要因素(1)(1)结构的重要性：重要结构结构的重要性：重要结构精；次要结构精；次要结

13、构粗；粗；(2)(2)设计阶段：初步设计设计阶段：初步设计粗粗；技术设计；技术设计精；精；(3)(3)计算工具：手算计算工具：手算粗粗；电算；电算精。精。12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院22(1)(1)结构体系的简化结构体系的简化空间结构空间结构平面结构平面结构杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆杆长用结点间的距离表示，荷载作用于轴线上。长用结点间的距离表示，荷载作用于轴线上。(2)(2)杆件的简化杆件的简化具有明显空间具有明显空间特征的结构不能特征的结构不能简化为平面结构简化为平面结构4 4、杆件结

14、构的简化要点、杆件结构的简化要点12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院23(3)(3)结点的简化结点的简化结构中杆件间的连接区称为结构中杆件间的连接区称为结点结点。在计算简图中，结点。在计算简图中，结点可简化两种理想情形：可简化两种理想情形：铰结点铰结点 联接构造联接构造 约束特点：约束特点：约束各杆端相对移动，但不约束约束各杆端相对移动，但不约束各杆端各杆端相对转动。相对转动。受力特征：受力特征：可以承受和传递力，但不能承受和传递力矩。可以承受和传递力，但不能承受和传递力矩。力学简图力学简图 工程实例工程实例4 4、杆件结构的简化要点、杆件结构的简化要点12 1

15、2 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院24 刚结点刚结点 联接构造联接构造 约束特点：约束特点：既约束各杆端相对移动，既约束各杆端相对移动，又约束又约束各杆端相各杆端相对转动。对转动。受力特征：受力特征：既能承受和传递力，也能承受和传递力矩。既能承受和传递力，也能承受和传递力矩。力学简图力学简图 组合组合结点结点4 4、杆件结构的简化要点、杆件结构的简化要点(3)(3)结点的简化结点的简化结构中杆件间的连接区称为结构中杆件间的连接区称为结点结点。在计算简图中，结点。在计算简图中，结点可简化两种理想情形：可简化两种理想情形：12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑

16、州大学土木工程学院254 4、杆件结构的简化要点、杆件结构的简化要点(4)(4)支座的简化支座的简化将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置的装置称为的装置称为支座支座，支座对结构的约束力称为，支座对结构的约束力称为支座反力支座反力。平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：可动铰支座可动铰支座 联接构造联接构造 约束特点：约束特点：约束杆端单向平面移动约束杆端单向平面移动(垂直于支承面方向垂直于支承面方向)。支反特征：支反特征：AFR通过铰通过铰A的中的中心并与支承面相垂直。心并与支承面相垂直。力学

17、简图力学简图FRAB 工程实例工程实例动画动画12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院26辊轴支座返回返回12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院27 固定铰支座固定铰支座(铰支座铰支座)联接构造联接构造 约束特点：约束特点：约束杆端平面移动约束杆端平面移动(双双向向)，而不约束转动。，而不约束转动。支反特征：支反特征：AFR通过铰通过铰A中中心但大小、方向未知。心但大小、方向未知。力学简图力学简图 工程实例工程实例FyFxAA沥青沥青麻丝麻丝4 4、杆件结构的简化要点、杆件结构的简化要点(4)(4)支座的简化支座的简化将结构与基础或其他

18、支承物联系起来，以固定结构位置将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置的装置称为的装置称为支座支座，支座对结构的约束力称为，支座对结构的约束力称为支座反力支座反力。平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院284 4、杆件结构的简化要点、杆件结构的简化要点(4)(4)支座的简化支座的简化将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置的装置称为的装置称为支座支座，支座对结构的约束力称为，支座对结构的约束力称为支座反力支座反力。平面结构

19、的支座一般可简化为下面四种情形：平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：固定支座固定支座 联接构造联接构造 约束特点：约束特点：既约束杆端平面移动，既约束杆端平面移动，又约束杆端转动。又约束杆端转动。支反特征：支反特征：平面分布力系平面分布力系大小、方向、作用点均未知的一个力大小、方向、作用点均未知的一个力沿两个确定方向的分反力与一反力偶。沿两个确定方向的分反力与一反力偶。力学简图力学简图 工程实例工程实例AFxFyM12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院29细石混凝土细石混凝土12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院304 4、杆件结

20、构的简化要点、杆件结构的简化要点(4)(4)支座的简化支座的简化将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置将结构与基础或其他支承物联系起来，以固定结构位置的装置称为的装置称为支座支座，支座对结构的约束力称为，支座对结构的约束力称为支座反力支座反力。平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：平面结构的支座一般可简化为下面四种情形：定向支座定向支座 联接构造联接构造 约束特点：约束特点：约束杆端单向平面移约束杆端单向平面移动与转动。动与转动。支反特征：支反特征：平面平行力系平面平行力系(垂直于杆轴垂直于杆轴)一垂直于杆轴的力和一反力矩。一垂直于杆轴的力和一反力矩。力学简图力学简图MAFyMAF

21、x12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院31(5)(5)材料性质的简化材料性质的简化将结构材料假设为连续均匀、各向同性的理想弹性或理将结构材料假设为连续均匀、各向同性的理想弹性或理想弹塑性材料。想弹塑性材料。(6)(6)荷载的简化荷载的简化结构承受结构承受的荷载的荷载体积力体积力表面力表面力由其他物体作用于结构中每一由其他物体作用于结构中每一点的力，如：结构的重力、惯点的力，如：结构的重力、惯性力等性力等由其他物体通过接触面而传给由其他物体通过接触面而传给结构的作用力，如人群荷载、结构的作用力，如人群荷载、土压力、车辆的轮压力等。土压力、车辆的轮压力等。作用在杆轴

22、上的力作用在杆轴上的力集中荷载集中荷载分布荷载分布荷载分布分布情况情况4 4、杆件结构的简化要点、杆件结构的简化要点12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院325 5、结构计算简图示例、结构计算简图示例【例例1 1】：12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院335 5、结构计算简图示例、结构计算简图示例【例例2 2】：12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院34EA=【例例2 2】：细石混细石混凝土凝土5 5、结构计算简图示例、结构计算简图示例12 12 结构的计算简图结构的计算简图结构力学郑州大学土木工程学院

23、3513 13 杆件结构的分类杆件结构的分类第一章第一章 绪论绪论结构力学郑州大学土木工程学院361 1、按组成和受力特点，结构可分为：、按组成和受力特点，结构可分为：(1)(1)梁梁(2)(2)拱拱杆轴线通常为直线；杆轴线通常为直线；水平梁内力：水平梁内力：M、FQ。拱轴线为曲线；拱轴线为曲线；在竖向荷载作用下，在竖向荷载作用下，产生水平推力，产生水平推力，大大降低大大降低M、FQ。受弯构件受弯构件13 13 杆件结构的分类杆件结构的分类结构力学郑州大学土木工程学院371 1、按组成和受力特点，结构可分为：、按组成和受力特点，结构可分为：(3)(3)刚架刚架由梁、柱等直杆组成由梁、柱等直杆组

24、成,结点多为刚结点；结点多为刚结点；内力：内力：M、FQ、FN。M(4)(4)桁架桁架由若干根直杆组成，结点均为铰结点；由若干根直杆组成，结点均为铰结点；在结点荷载作用下，各杆只受在结点荷载作用下，各杆只受FN(二力杆、链杆二力杆、链杆)。13 13 杆件结构的分类杆件结构的分类结构力学郑州大学土木工程学院381 1、按组成和受力特点，结构可分为：、按组成和受力特点，结构可分为：(5)(5)组合结构组合结构由梁式杆由梁式杆(M、FQ、FN)和二力杆和二力杆(FN)组成。组成。2 2、按计算特点，结构可分为：、按计算特点，结构可分为：(1)(1)静定结构静定结构仅由静力平衡条件可确定全部支座反力

25、和内力的结构。仅由静力平衡条件可确定全部支座反力和内力的结构。(2)(2)超超静定结构静定结构仅由静力平衡条件无法确定全部支座反力和内力的结构。仅由静力平衡条件无法确定全部支座反力和内力的结构。13 13 杆件结构的分类杆件结构的分类示例示例示例示例结构力学郑州大学土木工程学院3913 13 杆件结构的分类杆件结构的分类返回返回结构力学郑州大学土木工程学院403 3、按杆件与荷载的空间位置，结构可分为：、按杆件与荷载的空间位置，结构可分为：(1)(1)平面结构平面结构各杆件轴线与荷载都在同一平面内的结构。各杆件轴线与荷载都在同一平面内的结构。(2)(2)空间结构空间结构各杆件轴线与荷载不在同一

26、平面内的结构。各杆件轴线与荷载不在同一平面内的结构。13 13 杆件结构的分类杆件结构的分类结构力学郑州大学土木工程学院4114 14 荷载的分类荷载的分类第一章第一章 绪论绪论结构力学郑州大学土木工程学院4214 14 荷载的分类荷载的分类 按作用时间的长短可分为：按作用时间的长短可分为：(1)(1)恒载：恒载：(2)(2)活载：活载：永久作用在结构上的不变荷载。永久作用在结构上的不变荷载。暂时作用在结构上的可变荷载。暂时作用在结构上的可变荷载。活载按作用位置的变化情况，还可分为：活载按作用位置的变化情况，还可分为：可动荷载：可动荷载：移动荷载：移动荷载：能作用于结构上任意位置的活载。能作用于结构上任意位置的活载。一系列相互平行、间距保持不变且能在结一系列相互平行、间距保持不变且能在结构上移动的活载。构上移动的活载。按作用性质可分为：按作用性质可分为：(1)(1)静力荷载：静力荷载：(2)(2)动力荷载：动力荷载：大小、方向和位置不随时间变化或变化极为缓慢的荷载，大小、方向和位置不随时间变化或变化极为缓慢的荷载，不会使结构产生显著的加速度，因而可略去惯性力影响。不会使结构产生显著的加速度，因而可略去惯性力影响。随时间迅速变化的荷载，使结构产生显著的加速度，因而随时间迅速变化的荷载，使结构产生显著的加速度，因而惯性力的影响不能忽略。惯性力的影响不能忽略。