结构力学(绪论).pdf

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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

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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

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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。
三、实际杆件结构的简化
1、杆件体系的简化
实际工程结构都是空间结构，在大多数情况下，常可忽略一些次要的空间约
束而将其分解为平面结构，使计算得到简化。本书主要讨论平面杆件结构的计算
问题。
2、杆件(几何形式)的简化
无论是直杆或曲杆，均可以其轴线(截面形心的连线)代替杆件，而将杆轴线
形成的几何轮廓来代替原结构。
3、约束的简化
体系运动时可以独立改变的座标的数目，称为该体系的自由度。
平面内一个点的自由度为2，如图1.15(a)所示；平面内一个刚片的自由度为
3。
刚片：体系的几何组成分析不考虑材料的应变，任一杆件(或体系中一几何
不变部分)均可看为一个刚体，一个平面刚体称为一个刚片。

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减少自由度的装置称为约束(或联系)。可以减少1个自由度的装置是1个约
束。
约束分内部约束和外部约束。支座为外部约束，节(结)点为内部约束。
①支座的简化：
(1)活(滑)动铰支座(轴支座、辊轴支座)
(2)固定铰支座(不动铰支座)
(3)固定支座
(4)定向支座(滑动支座，双链杆支座)
(5)弹性支座
其约束力的个数和方向如下图所示：

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②连接结点的简化
结构中的结点也称之为内部约束，可简化为链杆、铰结点、刚结点、组合结
点。
(链杆)

一个链杆可以提供一个约束。
(2)铰结点：其变形特征和受力特点是，汇交于结点的各杆端可以绕结点自
由转动；在铰结点处，只能承受和传递力，而不能传递力偶，如下图所示。

(c)(d)
图1.11铰结点

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连接两个杆的铰结点叫做单铰(提供2个约束），连接两个及以上杆件的铰结
点叫做复铰(连接n个刚片的复铰可折算成(n-1)个单铰，提供2(n-1)个约束)。
(2)刚结点：其变形特征和受力特点是：汇交于结点的各杆端之间不能发生
相对转动；刚结点处不但能承受和传递力，而且能承受和传递力偶。
连接两个杆的刚结点叫做单刚结点(提供3个约束)，连接两个及以上杆件的
刚结点叫做复刚节点，连接n个刚片的复刚结可折算成(n-1)个单刚结，提供3(n-1)
个约束）。

(3)组合结点(又称不完全铰结点或半铰结点)：在同一结点上，部分刚结，部
分铰结。

图1.13组合结点
5、材料性质的简化
一般均假设为连续、均匀,各向同性、弹性。
6、荷载的简化
①集中荷载：次梁主梁(kN)；柱自重
②线荷载：梁的自重(kN/m)
③面荷载：板的自重(kN/m2)

1.3平面杆系结构的分类
不同的分类方法：
一、按