1、结结 构构 力力 学学Structural Mechanics詹云刚詹云刚教材教材: :龙驭球等编龙驭球等编结构力学结构力学I 基本教程基本教程第三版第三版高等教育出版社高等教育出版社2010.122010.12课程的性质和任务课程的性质和任务 结构力学为土木水利工程专业本科生的一门主结构力学为土木水利工程专业本科生的一门主要要专业基础课专业基础课。通过本课程的教学，了解杆件体系。通过本课程的教学，了解杆件体系的组成规律、受力性能，掌握杆件结构的计算原理的组成规律、受力性能，掌握杆件结构的计算原理和方法，培养分析与解决工程实际中杆系结构力学和方法，培养分析与解决工程实际中杆系结构力学问题的能力
2、，为学习后续有关专业课程以及将来进问题的能力，为学习后续有关专业课程以及将来进行结构设计和科学研究打下力学基础。行结构设计和科学研究打下力学基础。 目标：目标： 掌握系统的结构力学知识；提高结构计算能力，能掌握系统的结构力学知识；提高结构计算能力，能熟练地分析计算熟练地分析计算土木水利工程结构的力学问题土木水利工程结构的力学问题； 培养培养分析能力和科学作风分析能力和科学作风； 为学习有关专业课程（为学习有关专业课程（钢筋混凝土结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢结构、地基基础等地基基础等）打下基础；）打下基础； 为毕业后从事为毕业后从事结构设计、施工和科研工作结构设计、施工和科研工作打好扎实打好
3、扎实的理论基础。的理论基础。 课程的主要内容课程的主要内容共八章共八章 第一篇第一篇: : 结构静力分析结构静力分析第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 结构的几何构造分析结构的几何构造分析第一部分第一部分 静定结构静定结构第三章第三章 受力分析受力分析第四章第四章 影响线影响线第五章第五章 位移计算位移计算第二部分第二部分 超静定结构超静定结构第六章第六章 力法力法第七章第七章 位移法位移法第八章第八章 渐近法渐近法课程的主要内容课程的主要内容共三章共三章 第二篇第二篇: : 专题部分专题部分第十章第十章 结构动力计算基础结构动力计算基础 第十六章第十六章 结构稳定计算结构稳定计算第十七章第
4、十七章 结构极限荷载结构极限荷载课程成绩组成课程成绩组成l平时成绩 20分 （出勤、提问、作业等）l课内实验 10分l期末考试成绩 70分第一章第一章 绪绪 论论学习要求：学习要求： 了解结构力学的任务以及与其它课程的关系，了解了解结构力学的任务以及与其它课程的关系，了解荷载的分类。荷载的分类。 正确理解结构计算简图的概念、简化要点和条件。正确理解结构计算简图的概念、简化要点和条件。第一章第一章 绪绪 论论1.1 1.1 学科内容学科内容1.1.4 4 荷载的分类荷载的分类1.1.2 2 结构计算简图结构计算简图1.1.3 3 杆件结构的分类杆件结构的分类主要内容：主要内容：学习要求：学习要求
5、： 了解结构力学的内容和任务。了解结构力学的内容和任务。 理解结构的概念和分类。理解结构的概念和分类。1.1 1.1 结构力学的学科内容和任务结构力学的学科内容和任务主要内容：主要内容： 结构力学的内容和任务。结构力学的内容和任务。 结构的概念和分类。结构的概念和分类。1.1 1.1 结构力学的学科内容和任务结构力学的学科内容和任务理论力学：理论力学：材料力学：材料力学：主要研究杆件结构的主要研究杆件结构的几何组成规律，几何组成规律， 强度、刚度、稳定性和动力反应。强度、刚度、稳定性和动力反应。1.1.1 1.1.1 结构力学的学科内容和任务结构力学的学科内容和任务研究物体机械运动一般规律。研
6、究物体机械运动一般规律。研究杆件的强度、刚度、稳定性。研究杆件的强度、刚度、稳定性。(1)(1)结构的定义结构的定义建筑物实景图建筑物实景图建筑物结构图建筑物结构图去掉去掉建筑围护及装饰部分建筑围护及装饰部分等等(1)(1)结构的定义结构的定义 在土木工程中，如房屋、桥梁、在土木工程中，如房屋、桥梁、 隧道、水坝等，用以支隧道、水坝等，用以支承荷载而起骨架作用的部分。承荷载而起骨架作用的部分。 板、梁柱 结构由构件组成。结构由构件组成。建筑工程中的构件：一建筑工程中的构件：一般有板、梁、柱、墙和般有板、梁、柱、墙和基础等。基础等。(2)(2)结构的分类结构的分类杆件结构杆件结构： 结构由杆件组
7、成，杆件的几何特征是结构由杆件组成，杆件的几何特征是 横截面尺寸要比长度小得多横截面尺寸要比长度小得多。按几何角度分按几何角度分板壳结构：板壳结构： 也称也称薄壁结构薄壁结构 厚度比长度和宽度小得多厚度比长度和宽度小得多。实体结构：实体结构： 结构的长、宽、厚结构的长、宽、厚三个尺度大小相仿三个尺度大小相仿。杆件结构杆件结构： 结构由杆件组结构由杆件组成，杆件的几何特征是成，杆件的几何特征是横截横截面尺寸要比长度小得多面尺寸要比长度小得多。板壳结构：板壳结构： 也称也称薄壁结薄壁结构，构，厚度比长度和宽度厚度比长度和宽度小得多小得多。实体结构：实体结构： 结构的结构的长、宽、厚长、宽、厚三个尺
8、三个尺度大小相仿度大小相仿。(2)(2)结构的分类结构的分类按杆件系统的轴线和外力是否在同一平面内分：按杆件系统的轴线和外力是否在同一平面内分：平面结构平面结构空间结构空间结构在同一平面在同一平面不在同一平面不在同一平面轴线和外力轴线和外力3. 3. 刚度问题刚度问题，即研究结构抵抗变形的能力。，即研究结构抵抗变形的能力。2. 2. 强度问题强度问题，即研究结构抵抗破坏的能力。，即研究结构抵抗破坏的能力。4. 4. 结构的结构的稳定稳定问题。问题。1. 1. 研究体系的研究体系的几何组成几何组成规律。规律。(3)(3)结构力学的任务结构力学的任务5. 5. 结构的结构的动力反应动力反应。几何不
9、变几何不变几何可变几何可变几何组成的概念几何组成的概念yx强度问题强度问题上海莲花上海莲花13层倒楼层倒楼 刚度问题刚度问题塔科马大桥风振破坏塔科马大桥风振破坏稳定问题稳定问题输线塔整体失稳输线塔整体失稳动力反应动力反应地震作用下铁路破坏地震作用下铁路破坏 注重力学概念；注重力学概念； 活学活用，理论联系实际；活学活用，理论联系实际； 多练，多想，提高计算能力；多练，多想，提高计算能力； 培养自学能力。培养自学能力。(4) (4) 学习方法学习方法小结：小结： 结构力学的学科内容结构力学的学科内容 结构的概念与分类结构的概念与分类课后调研：课后调研： 身边的建筑物的结构形式身边的建筑物的结构形
10、式学习要求：学习要求： 了解简化原则。了解简化原则。 理解杆件、结点、支座、荷载等的简化方法。理解杆件、结点、支座、荷载等的简化方法。1.1.2 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 主要内容：主要内容： 结构体系的简化结构体系的简化 杆件的简化杆件的简化 杆件间连接的简化杆件间连接的简化 结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化 荷载的简化荷载的简化 材料性质的简化材料性质的简化1.1.2 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 反映实际反映实际便于计算便于计算选取计算简图的原则：选取计算简图的原则：结构计算简图的定义：结构计算简图的定义：用一个简化的图形来
11、代替实际结构用一个简化的图形来代替实际结构1.1.2 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 引言引言空间结构空间结构平面结构平面结构计算简图计算简图1.1. 杆件的简化杆件的简化2.2. 杆件间连接杆件间连接的简化的简化3.3. 结构与基础间连接结构与基础间连接的简化的简化4.4. 荷载荷载的简化的简化计算简图计算简图1. 杆件简化杆件简化杆件杆件用轴线表示；用轴线表示；杆件连接区杆件连接区用结点表示；用结点表示；杆长杆长用结点间的距离表示；用结点间的距离表示；荷载荷载作用点移到轴线上。作用点移到轴线上。计算简图计算简图2. 杆件间连接的简化杆件间连接的简化杆件间连接区简化为杆
12、件间连接区简化为结点（结点（铰结点和刚结点铰结点和刚结点）（1） 铰结点：铰结点： 被连接的杆件在连接处被连接的杆件在连接处不能相对移动不能相对移动， 但但可相对转动可相对转动。（2） 刚结点刚结点 被连接的杆件在连接处既被连接的杆件在连接处既不能相对移动不能相对移动，又又不能相对转动不能相对转动。计算简图计算简图预埋钢板焊缝柱屋架梁梁柱柱 3. 结构与基础间连接的简化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） 滚轴支座滚轴支座（2） 铰支座铰支座（3） 定向支座定向支座（4） 固定支座固定支座按受力特征，一般简化为以下四种情况：按受力特征，一般简化为
13、以下四种情况：（1） 滚轴支座滚轴支座梁梁 砖墙砖墙 Fy 被支承的部分可以转动和水平移动，但被支承的部分可以转动和水平移动，但不能竖向移动不能竖向移动。 计算简图：用计算简图：用一根支杆一根支杆表示。表示。砖墙砖墙 （2） 铰支座铰支座梁梁 被支承的部分可以转动，但被支承的部分可以转动，但不能移动不能移动。 计算简图：用计算简图：用两根相交的支杆两根相交的支杆表示。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转动不能转动, ,但可以沿一个方向平行滑动但可以沿一个方向平行滑动。 计算简图：用计算简图：用两根平行支杆两根平行支杆表示。表示。Fy（4） 固定支座固定支座M
14、 被支承的部分被支承的部分完全被固定完全被固定。 计算简图：按计算简图：按图图表示。表示。FyFx计算简图计算简图细石混凝土4. 荷载的简化荷载的简化计算简图计算简图体积力体积力表面力表面力 作用在结构内部任意一点。如结构的自重作用在结构内部任意一点。如结构的自重由其它物体通过接触面而传给结构的作用力。由其它物体通过接触面而传给结构的作用力。简化为作用在杆件轴线上的力简化为作用在杆件轴线上的力 线荷载线荷载 （5）材料性质的简化）材料性质的简化 建筑材料通常为建筑材料通常为 钢、混凝土、砖、石钢、混凝土、砖、石等。等。注意：注意： 木料为各向异性材料（横纹与顺纹不同）木料为各向异性材料（横纹与
15、顺纹不同）假设：假设： 连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。 小结：小结：课后调研：课后调研： 身边的建筑物的结构计算简图身边的建筑物的结构计算简图 杆件的简化杆件的简化 杆件间连接的简化杆件间连接的简化结点结点 结构与基础间连接的简化结构与基础间连接的简化支座支座 荷载的简化荷载的简化1.3 1.3 杆件结构的分类杆件结构的分类1. 杆件的几何特性杆件的几何特性 横截面：横截面：垂直长度方向的截面垂直长度方向的截面 轴线：轴线：横截面形心的连线横截面形心的连线2. 2. 杆件结构的分类杆件结构的分类（1 1）：）：轴线常为直线，是受
16、弯构件轴线常为直线，是受弯构件简支梁简支梁悬臂梁悬臂梁伸臂梁伸臂梁多跨梁多跨梁（2 2）桁架：）桁架：由直杆组成，结点为铰结点由直杆组成，结点为铰结点三角形三角形梯形梯形（3 3）拱：）拱：轴线是曲线，竖向荷载下有水平反力轴线是曲线，竖向荷载下有水平反力三铰拱三铰拱两铰拱两铰拱无铰拱无铰拱（4 4）刚架：）刚架：由直杆组成，结点大多数刚性结点由直杆组成，结点大多数刚性结点悬臂悬臂简支简支三铰三铰三层两跨三层两跨（5 5）组合结构）组合结构 桁架和梁或刚架组合而成桁架和梁或刚架组合而成1.4 1.4 荷载的分类荷载的分类结构上的力结构上的力主动力主动力约束反力约束反力( (支座反力支座反力) )
17、约束力约束力荷载荷载主动力与约束力主动力与约束力FABFAxFByFAy荷载的分类荷载的分类1. 1. 按作用时间的久暂按作用时间的久暂 恒载：恒载：长期作用于结构上的不变荷载。长期作用于结构上的不变荷载。 特征：大小、方向、作用位置是不变的。特征：大小、方向、作用位置是不变的。 实例：结构的自重、安装在结构上的设备重量等实例：结构的自重、安装在结构上的设备重量等活载：活载：建筑物在施工和使用期间可能存在的可变荷载建筑物在施工和使用期间可能存在的可变荷载 实例：吊车荷载、结构上的人群、风、雪等实例：吊车荷载、结构上的人群、风、雪等2. 2. 按荷载的作用范围按荷载的作用范围 集中荷载：集中荷载
18、：荷载的作用面积相对于总面积是微小的。荷载的作用面积相对于总面积是微小的。 实例：固定设备，屋顶水箱等实例：固定设备，屋顶水箱等分布荷载：分布荷载：分布作用在一定面积或长度上的荷载分布作用在一定面积或长度上的荷载 实例：风、雪、自重等荷载。实例：风、雪、自重等荷载。3. 3. 按荷载作用的性质按荷载作用的性质 静力荷载：静力荷载： 大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢，大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢，不使结构产生显著的加速度。不使结构产生显著的加速度。 实例：结构自重、楼面活载等；实例：结构自重、楼面活载等；动力荷载：动力荷载： 随时间迅速变化或在短暂时间内突然作用或消失的随
19、时间迅速变化或在短暂时间内突然作用或消失的荷载，使结构产生显著的加速度。荷载，使结构产生显著的加速度。 实例：地震、爆炸力、动力机械产生的荷载等；实例：地震、爆炸力、动力机械产生的荷载等；荷载规范荷载规范 容重（容重（kN/mkN/m3 3）木材：木材：4 48 8； 钢：钢：78.578.5；钢筋混凝土：钢筋混凝土：2525； 普通砖：普通砖：1818面载（面载（kN/m2）硬木地板：硬木地板：0.2线载（线载（kN/m）高高3m的的240墙（水泥粉刷），梁上的墙（水泥粉刷），梁上的线荷载线荷载集中力（集中力（kN）400*400*3000钢筋混凝土柱：钢筋混凝土柱：活荷载的规定（面载）活荷载的规定（面载） （kN/m2）住宅、教学楼等：住宅、教学楼等：阳台：阳台：2.5(人群可能密集取人群可能密集取3.5)风荷载：风荷载：0.35（武汉）（武汉）雪荷载：雪荷载：0.5（武汉）（武汉）屋面：屋面：0.5（不上人）；（不上人）；2.0（上人）（上人） 3.0（屋顶花园）（屋顶花园）楼面活荷载楼面活荷载0.2 2 20港口工程荷载规范港口工程荷载规范(JTS144-1-2010)
