中南大学结构力学课件--1绪论

结构力学中南大学返回退出11:40§1-1结构力学研究的对象及任务§1-2荷载的分类§1-3结构的计算简图§1-5结构的分类§1-4支座和结点的类型第一章绪论结构力学中南大学返回退出11:40钢结构88层高420m（曾名列亚洲第一、世界第三）上海金贸大厦§1-1结构力学的研究对象及任务如：房屋结构、桥梁结构、特种结构等。大坝结构、建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构，简称为结构。1.结构世界第一拱(钢结构跨径550m)斜拉桥长江三峡工程水利工程的拱坝中国民航飞机高速列车宇宙飞船结构力学中南大学返回退出11:402.结构力学的研究对象结构力学:结构+力学几门力学课程研究对象比较:材料力学:研究单个杆件;弹性力学:研究杆件（更精确）、板、壳、及块体等非杆状结构。结构力学:研究由杆件系统（FramedStructure）组成的工程结构,即杆系结构;理论力学:研究质点，质点系，刚体;§1-1结构力学的研究对象及任务结构力学中南大学返回退出11:403.结构力学的研究任务(2)研究结构在荷载等因素作用下的内力（强度）及位移（刚度）计算。☆强度——结构在外力作用下是否会破坏的问题。（如：桥在火车作用下的内力计算问题）。☆刚度——结构在外力作用下变形是否满足规定值。（如：桥在火车作用下的位移、挠度、转角计算）。(3)研究结构的稳定性及动力荷载作用下的反应。☆稳定性——受压构件在轴向压力作下，能否保持其直线平衡状态。杆件如受压后变弯——失稳(1)研究结构的组成规则和合理形式。§1-1结构力学的研究对象及任务结构力学中南大学返回退出11:40理论分析、实验研究和数值计算三方面。结构力学的计算方法众多，但所有方法都要考虑下列三方面的条件：（1）力系的平衡条件及运动条件;（2）变形的几何连续条件;（3）应力与变形间的物理条件（或称为本构方程）。4.结构力学的研究方法§1-1结构力学的研究对象及任务结构力学中南大学返回退出11:40荷载：作用在结构上的主动力。例如，结构的自重、水压力、土压力、风载等，在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变化的荷载。1、按作用时间的长短分类长期作用在结构上的不变荷载（如：结构构件的自重、土压力等）。思考：恒载和活载对结构的影响有何不同？活载：恒载：广义荷载:还包括使结构产生内力的其他因素。例如，温度变化、基础沉陷、材料胀缩等。§1-2荷载的分类结构力学中南大学返回退出11:40在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷载，吊车荷载）。2、按作用位置是否固定分类在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、风载、雪载）。固定荷载：移动荷载：§1-2荷载的分类3、按荷载作用的性质分类数量、位置、大小等不随时间变化或变化极为缓慢，不使结构产生显著的振动，因而惯性力的影响可以忽略（如：恒载、雪载）。静力荷载：结构力学中南大学返回退出11:40随时间迅速变化，使结构产生显著振动，因而惯性力的影响不能忽略（如：冲击荷载、地震荷载等。车辆荷载、风荷载在通常的设计中视为静载,但在特殊情况下按动载考虑）。动力荷载：§1-2荷载的分类4、按结构与荷载接触的情况分类荷载不是直接作用而是通过纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。直接作用于结构上的荷载（纵梁上的荷载）。直接荷载：间接荷载（结点荷载）：DEBAC主梁纵梁横梁(节点)F=1结构力学中南大学返回退出11:401、计算简图：将一个具体的工程结构物用一个简化的受力图形来表示。选择计算简图时，要它能反映工程结构物的如下特征：1．受力特性（荷载的大小、方向、作用位置）；2．几何特性（构件的轴线、形状、长度）；3．支承特性（支座的约束反力性质、杆件连接形式）。选取计算简图的原则：（1）正确反映实际结构的受力情况和主要性能。（2）略去次要因素，便于分析和计算。选取计算简图时应考虑的因素：（1）结构的重要性；（2）设计阶段；（3）计算问题的性质；（4）计算工具。§1-3结构的计算简图结构力学中南大学返回退出11:40对实际结构体系主要进行如下的简化：(1)结构整体的简化（如分解为平面结构）；(2)杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）；(3)杆件间连接的简化（铰结点、刚结点）；(4)结构与基础间连接的简化（支座表示）；(5)荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；(6)材料性质的简化。2、简化方法§1-3结构的计算简图结构力学中南大学返回退出11:40(1)结构整体的简化（如分解为平面结构）；多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实际空间结构分解为平面结构。EIEI(代屋架杆）F注意：有些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。§1-3结构的计算简图2、简化方法结构力学中南大学返回退出11:40(2)杆件的简化（杆轴表示，荷载作用杆轴）；由于杆件的截面尺寸通常比杆件长度小得多，因此在计算简图中，用轴线代替实际杆件。注意：当截面尺寸增大时（如超过长度的1／4）,杆件用其轴线表示的简化，将引起较大的误差。为什么可以？请思考！§1-3结构的计算简图2、简化方法结构力学中南大学返回退出11:40(5)荷载的简化（集中荷载、分布荷载）；(6)材料性质的简化。在结构计算中，对组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。(3)杆件间连接的简化（铰结点、刚结点等）；(4)结构与基础间连接的简化（支座表示）；§1-3结构的计算简图2、简化方法结构力学中南大学返回退出11:403、简化实例§1-3结构的计算简图结构力学中南大学返回退出11:40§1-3结构的计算简图3、简化实例结构力学中南大学返回退出11:40§1-3结构的计算简图3、简化实例结构力学中南大学返回退出11:40§1-4支座和结点的类型一、支座：把结构与基础联系起来的装置。1.活动铰支座(Rollersupport)限制一个方向的位移AVA滚轴支座FyDCABFyCFyAFyBFyDFxA计算简图结构力学中南大学返回退出11:402.固定铰支座(Hingesupport)AVAHA沥青麻刀FxFyFxFy或屋架柱焊缝预埋钢板§1-4支座和结点的类型限制两个方向位移结构力学中南大学返回退出11:403.固定端(Fixedsupport)AMAVAHA限制三个方向位移细石混凝土FyMFx§1-4支座和结点的类型结构力学中南大学返回退出11:404.滑动支座(Fixedsupport)MFy限制两个方向位移§1-4支座和结点的类型结构力学中南大学返回退出11:40二、结点：结构中杆件相互联结的地方。1.铰结点(Hingejoint)杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有x向和y向反力，但无弯矩。§1-4支座和结点的类型结构力学中南大学返回退出11:402.刚结点(Rigidjoint)杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有x和y向反力，也有弯矩。§1-4支座和结点的类型结构力学中南大学返回退出11:403.组合结点同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。组合梁（加劲梁）§1-4支座和结点的类型结构力学中南大学返回退出11:40（1）杆件结构——由杆件组成的结构（杆件的几何特征是横截面尺寸比长度小很多）。如：梁、拱、桁架、刚架。（2）板壳结构——结构的形状是平面或曲面，它的厚度比长度和宽度小得多。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。1.从几何角度分类（3）实体结构——长、宽、厚三个方向尺寸相当。如:大坝、挡土墙。§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:402.按受力特性的不同分类(1)梁(Beam)——是一种受弯杆，轴线为直线，有单跨与多跨的。简支外伸梁多跨连续梁简支梁悬臂梁§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:40(2)拱(Arch)：轴线是曲线，竖向荷载作用下产生水平支承推力。§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:40(3)刚架(Frame)：由直杆组成，并具有刚结点。(bending,shearingandtensionorcompression）主要以受弯为主。多跨多层空间刚架§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:40(4)桁架(Truss):所有结点均为铰结点，各杆仅受轴力。§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:40(5)组合结构(Compositestructure):桁架与梁或刚架组合在一起。部分桁架杆，部分梁式杆的结构梁式杆桁架杆§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:40(6)悬索结构(cable-suspendedstructure)§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:403.按杆件系统的轴线是否在同一平面内分类平面内，外力也作用在任意面一平杆件系统的轴系不在同空间结构平面内内，且外力也作用在该平面杆件系统的轴系在同一平面结构:)(:)(structurespacestructureplane4.按内力是否静定分类)mindet(:)mindet(:atesystemerinstaticallyatesystemerstatically还需要变形条件超静定结构条件求出内、反力可由静力平衡静定结构§1-5结构的分类结构力学中南大学返回退出11:40本章重点一、与相关课的关系1、“理力”、“材力”是“结构力学”的先修课。（1）“理力”为“结力”提供基本的力学原理。（2）“材力”以研究单根杆件为主，“弹力”以研究实体结构与薄壁结构为主，“结构力学”研究的是杆系结构。2、“钢结构”、“钢筋混凝土结构”、“砖石结构”、“结构抗震”等是“结力”的后继课。3、“结力”的特点（1）系统性：一环套一环，连锁反应。（2）灵活性：一题多解，殊途同归。结构力学中南大学返回退出11:40二、如何选择结构的计算简图三、各种结点，支座的计算简图形式四、通过结构力学的学习，逐步培养如下能力1.分析能力（1）选择结构计算简图的能力（2）力系平衡分析和变形几何分析的能力，是结构分析的两个看家本领，要在反复运用中加以融会贯通，逐步提高，力求达到正确、熟练、灵活运用的水平。（3）选择计算方法的能力——方法众多，要了解各种方法的特点和最适用的场合，具有根据具体问题选择恰当计算方法的能力。本章重点结构力学中南大学返回退出11:402.计算能力（1）对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力;（2）对计算体系进行定量校核或定性判断的能力;（3）初步具有使用结构计算程序的能力。3.自学能力自学能力就是在没有教师指导的情况下自己获取知识的能力，它包括三个方面：（1）复习已学的知识——即精读教材；（2）摄取新的知识——即阅读参考书;4.表达能力作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。（3）理解、分析、概括、整理、运用所学知识。本章重点结构力学中南大学返回退出11:40本章思考题1.杆系结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？5.什么是结构的计算简图?6.如何选择结构的计算简图?3.儿童在地面上跳动与在跳跳板上跳动的荷载性质相同吗？4.移动荷载与动力荷载的主要区别是什么?2.动力荷载与静力荷载的主要是什么区别？结构力学中南大学返回退出11:408.梁与拱的区别是什么?9.刚架与桁架的区别是什么?10.静定结构与超静定结构的区别是什么?7.将下图简化成计算简图。ABEFCDABCDEF本章思考题