1、第 1 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、板壳（薄壁：薄板、薄壳）结构几何特征：厚度、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
2、、 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)；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)；分析平面杆系结构的稳定性；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：设计思路钢筋混凝土悬臂梁，只考虑自重，钢筋应该配在上部，还是下部？为什么？脚手架(超静定桁架)的设计1.2 结构的计算简图1、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
3、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
4、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。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。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
5、(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) 弹性支座图 1.4 自由度其约束力的个数和方向如下图所示：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)
6、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 1.12 刚结点图 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、荷载的简化集中荷载：次梁 主梁 (kN)；柱自重线荷载：梁的自重(kN/m)面荷载：板的自重(kN/m 2)1.3
7、平面杆系结构的分类不同的分类方法：一、按结构坐标维度分类平面杆系结构、空间杆系结构二、按计算特性分类1、静定结构：其杆件内力(包括反力)可由平衡条件惟一确定。 2、超静定结构：其杆件内力(包括反力)仅由平衡条件还不能惟一确定，而必须同时考虑变形条件才能惟一确定。三、按结构的受力和变形特性分类 (1) 梁-梁是一种受弯构件，一般水平(或斜向)放置，其轴线通常为直线。可能单跨、多跨。内力一般有弯矩和剪力，以弯矩为主。 (2) 刚架-不同方向的杆件用结点(至少有一刚结点 )连接构成，结点多为刚结点。刚架杆件内力一般有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。所以又叫梁式构件。(3) 桁架-由若干直杆在两端用铰结
8、点连接构成。桁架杆件在结点荷载作用下，承受轴向变形，是轴向拉、压构件，只受轴力，均为二力杆。(4) 拱-拱的轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平反力 (推力)。这使得拱内弯矩和剪力比同跨度、同荷载的梁的为小。其内力以压力为主。 (5) 组合结构 -由梁式杆和桁架杆构成。常见的组合结构：排架。(6) 悬索结构 -悬索结构通常以仅能承受拉力的柔性缆索作为主要受力构件。1.4 荷载分类一、按作用时间长短分类恒载：永久作用在结构上。如结构自重、永久设备重量。活载：暂时作用在结构上。如人群、风、雪(在结构上可占有任意位置的可动荷载) 及车辆、吊车( 在结构上平行移动并保持间距不变的移动荷载)。二、按作用位置是否变化固定荷载移动荷载三、按作用性质(是否考虑惯性力影响)静力荷载：荷载由零加至最后值的加载过程中，结构始终保持静力平衡，即可忽略惯性力的影响。动力荷载：要考虑惯性力影响，如地震作用。四、按与结构的接触情况：直接荷载、间接荷载注：1、荷载(直接作用) ：作用在结构上的主动力。2、某些非荷载因素(间接作用)，如：制造(加工) 误差、温度变化(材料变形)、基础沉降等也会在结构中产生内力、变形。小结：1、结构的定义2、从实际结构到计算简图的简化：材料、结构体系、杆件、结点、支座、荷载3、杆系结构分类及分类依据：按受力特征分为：梁、刚架、桁架、拱、组合结构。
