结构力学静定结构与超静定结构(建筑类)

缺点
要求熟练掌握静定结构的构 造特点，否则易错。 基本结构与超静定次数判别 完全脱离，需另外选择。
最适用范围
构造相对简单 的结构 构造相对复杂 的结构
具体应用中建议先采用物理方法判别超静定次数，然后采用数学方法校 核。
注意的问题
超静定结构解除多余约束的方法有多种，对应的静定结构有多种形式，
但作为力法基本结构的静定结构必须几何不变。
§9-1 超静定次数和力法基本结构
超静定次数的判别
切断一个单刚结点（相当于去掉两个线位移约束和一个角位移约束）
X1 切断一个单刚 X2
X3
原结构
基本结构
数学方法：计算结构体系的自由度，如果自由度小于零，说明体系是
超静定结构，超静定次数为自由度的绝对值。 按平面链杆体系计算自由度： 结点数量8；链杆数量16；支杆数量3。 自由度W=2× (结点数)－(链杆数+支杆数) =2×8－(16+3)=－3 三次超静定。
Strucural Analysis School of Civil Engineering, Tongji Univ.
§9-1 超静定次数和力法基本结构
超静定次数
力法基本未知量和基本结构是相互对应的。
若选择静定结构作为基本结构，那么基本未知量就是多余约束力，故， 基本未知量的数量就是多余约束的数量。 多余约束的个数称为超静定次数。若一个结构有n个多余约束，则称其 为n次超静定结构。 几次超静定?
§9-1超静定结构的概念、超静定次数的确定
§9-1 超静定结构的概念
• 超静定结构的几何特征和静力特征
几何特征：有多余约束的几何不变体系。 静力特征：仅由静力平衡方程不能求出所有内力和反力。 与静定结构相比的优点：内力分布均匀；能够内力重分布，抵抗破坏的能

《结构力学》课程教学大纲课程类别：专业基础课适用专业：建筑工程技术适用层次：高起专适用教育形式：网络教育/成人教育考核形式：考试所属学院：土木工程与建筑学院先修课程：理论力学、材料力学一、课程简介结构力学是土木工程专业的一门重要的专业课，通过结构力学课程的学习，使学生掌握杆件结构的计算原理，掌握各类结构的受力分析方法，为后续学习相关专业课程以及进行结构设计和科学研究打好力学基础。

包括体系几何构造分析、影响线、静定结构的内力和位移计算、超静定结构的内力和位移计算等内容。

二、课程学习目标通过本课程的学习, 使学生掌握杆件结构的计算原理，掌握各类结构的受力分析方法，逐渐培养学生的计算能力及综合运用结构力学知识去分析、解决实际工程问题的能力。

课程的具体目标如下：课程目标1：了解结构力学的研究对象，结构计算简图及简化要点。

课程目标2：掌握平面几何不变体系的组成规律。

课程目标3：掌握静定结构内力分析和位移计算的原理及方法。

课程目标4：掌握超静定结构内力分析和位移计算的原理及方法。

课程目标5：了解结构动力计算的基础知识。

三、与其他课程的关系此门课程为专业基础课，起到承上启下的作用，要先修完理论力学、材料力学等课程，才能修本门课程，也是后续钢结构、钢筋混凝土设计原理、气体结构等专业课程学习的基础。

四、课程主要内容和基本要求本门课程主要包括以下几块内容：几何构造分析、静定结构的内力计算、图乘法求静定结构的位移、机动法作影响线、力法及位移法解算超静定结构力学问题；其中力法是结构力学的核心内容，其要先学完静力学后学习超静定结构，力法是解决超静定结构问题的基本算法。

第一章绪论『知识点』结构力学的研究对象及任务；结构的计算简图及简化要点；杆件的分类；荷载的分类。

『基本要求』1、识记：计算简图，荷载。

2、领会：荷载的性质及分类。

3、简单应用：要求学生学习后能对简单的实际结构画出计算简图。

『关键知识』结构的计算简图。

『重点』计算简图的简化要点。

长沙理工结构力学期末考试题库和答案第二章静定梁与钢架结构力学超静定第二章静定梁及静定刚架一、判断题1．静定结构在荷载作用下产生的内力与杆件弹性常数、截面尺寸无关。

（ O ）2．计算位移时，对称的静定结构是指杆件几何尺寸、约束、刚度均对称的结构。

（ O ） 3．静定结构在支座移动、变温及荷载分别作用下，均产生位移和内力。

（ X ）4．几何不变体系一定是静定结构。

（ X ）25．图示结构 MK = ql/2（内侧受拉）。

（ X ）q6．图示结构中 AB 杆弯矩为零。

（ X ） q7．图示结构中 |MAC|=|MBD|。

（ O ）|8．图示结构中 |MAC|=|MBD。

（ O ）l9．图示结构 M 图的形状是正确的。

（ X ） M 图 10．图示结构|MC|=0 。

（ O）11．图示结构中 A、B 支座反力均为零。

d二、选择题12．静定结构有变温时：（ C ）A. 无变形，无位移，无内力；B. 有变形，有位移，有内力；C. 有变形，有位移，无内力；D. 无变形，有位移，无内力。

13．静定结构在支座移动时：（ D ）A. 无变形，无位移，无内力；B. 有变形，有位移，有内力；C. 有变形，有位移，无内力； D 无变形，有位移，无内力。

O ）（14．静定结构的内力计算与（ A ）A. EI 无关；B. EI 相对值有关；C. EI 绝对值有关；D. E 无关， I 有关。

15．图示结构MA 、MC （设下面受拉为正）为：（ C ）A.MA =0 ，MC=Pa/2 ；B.MA =2Pa ，MC=2Pa ；C.MA =Pa ，MC=Pa ；D.MA =－Pa，MC=Pa 。

16．图示结构 MA、 MB （设以内侧受拉为正）为：( DA. MA=－Pa ， MB =Pa；B. MA=0 ， MB =－Pa ；C. MA=Pa ，MB =Pa ；D.MA=0 ， MB =Pa 。

17．图示结构 B 点杆端弯矩（设内侧受拉为正）为：( C )A.MBA = Pa, MBC = －Pa ；B.MBA = MBC = 2Pa；C. MBA = MBC = Pa ；D.MBA = MBC = 0 。

结构力学静定结构与超静定结构结构力学是研究结构承受外力后的力学性能的学科，它在建筑、机械、航空航天等领域都扮演着重要的角色。

在结构力学中，我们可以将结构分为两类：静定结构和超静定结构。

静定结构是指在确定边界条件下，结构的所有支反力以及结构内部的应力分布等参数都可以通过静力平衡方程唯一求解出来的结构。

在静定结构中，支反力的计算可以通过平衡方程解决，而应力的计算可以通过弹性力学理论求解。

以简支梁为例，简支梁的两端固定支承，中间用力作用时，通过平衡方程可以求解出支反力。

而根据梁的几何形状和荷载的大小，可以计算出梁内部的应力分布。

在静定结构中，支反力和应力可以通过简单的数学计算求解，因此设计和分析起来相对简单。

而超静定结构则相对复杂一些。

超静定结构是指在确定边界条件下，结构的参数无法通过静力平衡方程唯一求解出来的结构。

这意味着在求解超静定结构时，不仅需要静力平衡方程，还需要考虑结构的变形和材料的本构关系等。

以悬臂梁为例，悬臂梁的一端固定支承，另一端悬空。

在悬臂梁上增加一个附加支承，形成一个超静定结构。

在这种情况下，由于支承力未知，无法通过静力平衡方程唯一求解出来。

因此，我们需要考虑结构的变形情况，并将其作为一个未知数来求解。

在超静定结构中，我们通常采用的方法是引入截面变形理论和力法。

通过假设结构具有一定的变形形态，并利用力法求解出结构的变形、应力和支反力等参数。

通常情况下，超静定结构的计算需要较为复杂的数学方法和计算机仿真。

静定结构和超静定结构在工程实践中都有广泛的应用。

静定结构常常用于桥梁、楼房等普通建筑结构的设计与分析中，因其计算相对简单，容易掌握。

而超静定结构常常用于大跨度的特殊结构的设计与分析中，如悬索桥、曲线梁等。

虽然超静定结构计算较为复杂，但可以提供更多的设计自由度和结构优化的可能性。

总而言之，静定结构和超静定结构都是结构力学中的重要概念。

静定结构是可通过静力平衡方程求解出内部参数的结构，而超静定结构则需要额外的变形理论和力法求解。

土木工程结构力学静定和超静定土木工程，听起来是不是有点让人头大？尤其是提到结构力学的时候，大家就更是瑟瑟发抖了。

说实话，别看这些名词像是从高山上掉下来的大石头，其实它们一点儿也不可怕，关键是你得知道怎么跟它们打交道。

今天咱们聊聊“静定”和“超静定”这两兄弟，它们看似像是两个晦涩难懂的学术词，但实际上，搞懂了它们，你就能像拿着放大镜看蚂蚁一样轻松搞定土木结构的设计。

静定这个词一听就让人觉得很有安定感，是不是？就像一个稳稳当当的椅子，四条腿都能牢牢支撑起整个结构。

那么什么是“静定结构”呢？简单来说，就是那些在理论上，能通过力学方法，靠现有的支座和构件就能够完全解决的结构。

换句话说，静定结构的支持力是够的，不会出现因为某些地方受力不够或者支座不稳定而导致整体不平衡的情况。

就像你坐在椅子上，如果椅子的四条腿都平稳接触地面，那它就很“静定”。

再举个例子，你盖房子的时候，如果结构设计合理，支撑点够用，那就说明你盖的是一个静定结构。

大家都知道，静定结构能通过简单的计算，算出每个点、每条梁的受力情况。

这种结构不用做太多复杂的计算就能算出来，像是给你一个非常简明的答案，简单直接，实实在在。

可惜好景不长，超静定一出现，这份“平稳”的好感就消失得无影无踪。

你可能会问，超静定是什么？别急，告诉你。

超静定结构，顾名思义，就是超出了静定结构的那种，哎呀，怎么说呢，就像那种没有腿的椅子，或者是支架上少了几根钉子，摇摇晃晃的，靠的是额外的力或者变形来维持平衡。

简单来说，超静定结构的支撑点多了，而且这些额外的支撑点或力是你通过一般的力学方法，根本算不出来的。

它就像是一个隐藏的高手，力学上看着稳稳的，其实只有通过更复杂的计算，甚至需要实验来验证，才能准确知道力的分布。

这就有点像是你要看一个人的底牌，得通过某种方式才能知道他到底有没有靠一些“特殊手段”来维持平衡。

如果你想象一下，静定结构就像是一个老老实实的农民，踏踏实实地耕耘，工作做得很扎实，大家都看得清楚；而超静定结构呢，更像是一个聪明的商人，他通过更复杂的运作方式，把事情做得更好，但这其中的玄机可不是你轻易能猜透的。

学习必备欢迎下载名词解释1.计算图形2.刚架3.平面刚架4.板架5.弹性支座6.梁的弯曲要素7.梁的复杂弯曲8.叠加原理9.静定结构10.超静定结构11.几何不变体系12.超静定次数13.力法14.位移法15.矩阵位移法16.三弯矩方程17.杆元18.平面刚架单元19.平面板架单元20.固端弯矩21.结构刚度矩阵22.单元刚度矩阵23.节点未知位移向量24.杆元定位向量25.节点外荷载向量26.节点自由度27.单元自由度28.对称阵29.正定阵30.方阵31.稀疏矩阵32.半带宽33.强迫位移34.乘大数法35.降阶法36.杆元内力37.支反力38.固端力向量39.梁的应变能40.几何非线性问题41.材料非线性问题42.外力功43.比能44.泛函45.余能46.虚位移原理47.结构总位能48.位能驻值原理49.应变能原理50.虚力原理51.余位能驻值原理52.应力能原理53.卡氏第二定理54.最小余能原理55.最小功原理56.形（状）函数57.李兹法58.位移边界条件59.应力边界条件60.平衡方程61.几何方程62.物理方程63.薄板64.薄板的筒形弯曲65.薄板的筒形横弯曲66.薄板的筒形复杂弯曲67.薄板的筒形大挠度弯曲68.刚性板69.柔性板70.薄板小挠度弯曲的基本假定71.屈曲72.稳定平衡73.中性平衡74.最小临界荷载75.中性平衡微分方程76.稳定性方程式77.欧拉（应）力78.临界（应）力79.压杆柔度80.板的极限荷载学习必备欢迎下载81.。

目的和意义
目的
理解静定与超静定的概念，掌握判断方法，能够进行相应的计算。
意义
在实际工程中，正确判断结构和系统的静定或超静定状态对于确保结构安全、节约材料和降低成本具有重要意义。
02
静定与超静定的基本概念
静定结构的定义
静定结构
在任何外界影响下，其平衡位置都是稳定的 ，且在受到微小扰动后能自动恢复到原来的 平衡状态。
内力计算的方法
静定结构的内力计算通常采用截面法或节点法进行。截面法是通过 截取结构的一部分进行分析，节点法则是对结构的节点进行受力分 析。
内力的表示方法
内力可以用实线和虚线表示，实线表示实际受力方向，虚线表示实际 受力反方向。
静定结构的位移计算
1
位移计算的意义
在结构分析中，位移是一个重要的参数 。通过计算位移，可以了解结构的变形 情况，从而评估结构的稳定性和安全性 。
本文的研究成果已被广泛应用于建筑、机械、航空航天等工程领 域，解决了众多实际工程问题，取得了显著的经济和社会效益。
对未来研究的展望
深入研究复杂结构体系
随着科技的发展，复杂结构体系在工程中越来越常见，未 来研究可进一步探讨复杂结构体系的静定与超静定问题， 提高工程结构的稳定性和安全性。
引入先进计算技术
计算公式
自由度数 = 刚片数 - 约束数。
判断标准
若自由度数等于0，则结构为静定；若自由度数不等于0，则结 构为超静定。
几何法判断
定义
几何法判断是指通过分析结构的几何形状来判断结构是否为静定或超静定的一种方法。
判断标准
若结构的几何形状满足静定结构的条件（即所有刚片都是相互平行的），则结构为静定；否则为超静 定。
01

项目三 超静定结构的内力计算
子项目一 力法计算超静定结构
情景一 超静定结构的基本特征
学习能力目标
1. 能够解释力法的基本概念。 2. 能够确定超静定的次数，得到静定的基本结构。 3. 了解超静定结构的特点。
项目表述
试分析如图 3 – 1 所示超静定结构，确定它的超静定次数。
情景一 超静定结构的基本特征 学习进程
情景一 超静定结构的基本特征 知识链接
② 去掉一个固定铰支座（图 3 – 6a）或拆去一个单铰相当于去掉两个约束（图 3 – 6b），可用两个多余未知力代替。
情景一 超静定结构的基本特征 知识链接
③ 去掉一个固定支座（图 3 – 7b）或切断一刚性杆（图 3 – 7c），相当于去掉 三链接
③ 超静定结构的内力和各杆的刚度比有关，而静定结构则不然。在计算超静定 结构时，除了用静力平衡条件外，还要用到结构的变形条件建立补充方程。而 结构的变形条件与各杆的刚度有关，在各杆的刚度比值发生变化时，结构各部 分的变形也相应变化，从而影响各杆的内力重新分布。利用在超静定结构中， 刚度大的部分将产生较大的内力，刚度较小的部分内力也较小的特点，可以通 过改变杆件刚度的方法来达到调整内力数值的目的。 ④ 在局部荷载作用下，超静定结构与静定结构相比，具有内力分布范围大，内 力分布较均匀，峰值小，且变形小、刚度大的特点。如图 3 – 9a 所示是三跨连 续梁在荷载 F 作用下的弯矩图和变形曲线，由于梁的连续性，两边跨也产生内 力和变形，最大弯矩在跨中为 0.175Fl。图 3 – 9b 所示是多跨静定梁在荷载 F 作用下的弯矩图和变形曲线，由于铰的作用，两边跨不产生内力和变形，最大 弯矩在跨中为 0.25Fl，约为前者的 1.4 倍。
情景一 超静定结构的基本特征 知识链接

模型 / 材料和截面特性 /
材料
名称 ( Grade3)
设计类型 > 钢材
规范 > GB(S) ; 数据库 > Grade3
模型 / 材料和截面特性 / 截面数据 截面号 ( 1 ) ;
截面 截面形状 > 箱形截面 ;
4
《结构力学》结构仿真实验——初级课程：连续梁例题讲稿 用户：如图输入 ; 名称 > 400× 200× 12
显示 边界条件 >一般支承 ( 开)
模型 / 单元 /
单元的复制和移动
全选
形式 > 复制 ; 移动和复制 > 等间距
dx, dy, dz ( 0, 0, -5 )
; 复制次数 ( 2 )
复制节点属性 ( 开 ), 复制单元属性 ( 开)
模型 1 模型 2 模型 3
图 1.11 复制单元
11
《结构力学》结构仿真实验——初级课程：连续梁例题讲稿
( 开)
图 1.13 均布荷载引起的反力
以表格的形式查看均布荷载引起的的反力。比较外荷载总合和反力的总合来查看模型的建立和荷载 的输入是否恰当。 例题 Z轴方向荷载为 1.0 tonf/m 2×20 m× 3 = 60 tonf ，与表格中 Z轴方向的反力（ FZ）总和相等。
结果 / 分析结果表格 / 反力 荷载组合 > 均布荷载 (ST) ( 开 ) ;
结果 / 内力 /
梁单元内力图
荷载工况 / 荷载组合 > ST: 温度荷载 ; 内力 > My
显示选项 > 精确解 ; 不涂色 ; 放大 ( 2.0 )
显示类型 > 等值线 ( 开), 数值 ( 开)
数值
小数点以下位数 ( 1 ) ; 指数型 ( 关 ) ; 适用于选择确认时 ( 开)

弯矩图可按悬臂梁画出
M X1 M 1 M P
§6-4 力法计算超静定桁架和组合结构
一 超静定桁架
F Ni l ii EA F N i F N jl ij EA F N i FN P l iP EA
2
桁架各杆只产生轴力,系数
典型方程: 11 X 1 1P 0
9 17 FP , X 2 FP 80 40
叠加原理求弯矩： M X 1 M 1 X 2 M 2 M P
3FPL/40 3FPL/40
FP 9FP/80
23FP/40 FNDC
FQDC 3FPL/80 FQBD
FQCD FNDA
FQBD=-9FP/80
FNBD=-23FP/40
FQDC=3FP/40+FP/2=23FP/40
2 P 3P 0
11 X 1 1P 0 22 X 2 23 X 3 0 X X 0 33 3 32 2
11 X 1 1P 0 X 2 X 3 0
反对称荷载作用下, 沿对称轴截面上正对称内力为0 例: FP FP/2 FP/2 FP/2
1）一般任意荷载作用下
11 X 1 12 X 2 13 X 3 1P 0 21 X 1 22 X 2 23 X 3 2 P 0 X X X 0 33 3 3P 31 1 32 2
11 X 1 1P 0 22 X 2 23 X 3 2 P 0 X X 0 33 3 3P 32 2
M FN
超静定结构的内力分布与梁式杆和二力杆的相对刚度有关。 链杆EA大，M图接近与连续梁，链杆EA小，M图接近与简支梁。 例: 中间支杆的刚度系数为k,求结点B的竖向位移？EI=C

模块1参考答案1.结构有哪几种分类?答：结构主要有：杆件结构，薄壁结构和实体结构三类。

2.结构力学的研究对象和研究任务是什么?答：结构力学的研究对象：结构力学的研究对象是杆件结构，薄壁结构和实体结构的受力分析将在弹性力学中进行研究。

严格地说，一般的杆件结构是空间结构，但它们中的大多数均可简化为平面结构。

所以，本门课程主要研究平面杆件结构，即组成结构的所有杆件及结构所承受的外荷载都在同一平面内的结构。

结构力学是研究结构的合理形式以及结构在受力状态下内力、变形、动力反应和稳定性等方面的规律性的科学。

研究的目的是使结构满足安全性、适用性和经济方面的要求。

建筑物、构筑物、结构物在各类工程中大量存在：（1）住宅、厂房等工业民用建筑物；（2）涵洞、隧道、堤坝、挡水墙等构造物；（3）桥梁、轮船、潜水艇、飞行器等结构物。

结构力学的任务：结构力学与材料力学、弹性力学有着密切的联系，他们的任务都是讨论变形体系的强度、刚度和稳定性，但在研究对象上有所区别。

材料力学基本上是研究单个杆件的计算，结构力学主要是研究杆件的结构，而弹性力学则研究各种薄壁结构和实体结构，同时对杆件也作更精确的分析。

结构力学研究杆件结构的强度、刚度和稳定性问题，其具体任务包括以下几个方面：（1）杆件结构的组成规律和合理的组成方式。

（2）杆件结构内力和变形的计算方法，以便进行结构强度和刚度的验算。

（3）杆件结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。

结构力学是土木工程专业的一门重要的专业基础课，在各门课程的学习中起着承上启下的作用。

结构力学的计算方法很多，但所有方法都必须满足以下几个三个基本条件：（1）力系的平衡条件。

在一组力系作用下，结构的整体及其中任何一部分都应满足力系的平衡条件。

（2）变形的连续条件，即几何条件。

连续的结构发生变形后，仍是连续的，材料没有重叠和缝隙；同使结构的变形和位移应该满足支座和结点的约束条件。

（3）物理条件。

把结构的应力和变形联系起来的条件，即物理方程或本构方程。

1、绪论结构：在土木工程中，由建筑材料构成，能承受荷载而起骨架作用的构筑物。

结构力学的任务：研究结构的组成规律、合形式及结构计算简图的合理选择/研究结构内力和变形的计算方法，以便进行结构强度和刚度的验算/研究结构结构的稳定性以及在动力荷载作用下结构的反应。

结构力学的计算问题分为：静定性的问题/超静定性的问题（三个基本条件：力系的平衡条件/变形的连续条件/物理条件）结构：杆件结构/板壳结构/实体结构结点：铰结点/刚结点平面结构支座：活动铰支座/固定铰/固定/定向杆件结构：按其组成：梁/拱/刚架/桁架/组合结构，按计算特点：静定结构/超静定结构。

荷载的分类：按作用时间长短：恒荷载/活荷载，按作用位置：可动荷载/移动荷载，按作用性质：静力荷载/动力荷载2、结构的几何组成分析自由度：一个体系的自由度表示该体系独立运动的数目，或体系运动时可以独立改变的坐标数目。

约束：使体系减少自由度的装置或连接。

（分为：支座约束/刚片间的连接约束）几何组成分析的目的：判定杆件体系是否几何可变，从而决定其能否用作结构/研究几何不变、无多余约束体系的组成规则。

几何不变无多余约束体系的组成规则：一刚片和一个点用不共线的两根链杆连接/两刚片用一个铰和一根不通过此铰的链杆连接/三刚片用不在同一直线上的三个铰两两相连。

结构的几何组成和静力特征之间的关系：几何不变，无多余约束，静定结构/几何不变，有多余约束，超静定结构/几何可变，不能用作结构3、静定梁计算步骤：先计算支座反力/再计算截面内力/最后绘制内力图截面内力：弯矩\剪力\轴力计算截面内力的基本方法：截面法绘制弯矩图的基本方法：分段叠加法。

以控制截面将杆件分为若干段。

无载段的弯矩图即相邻控制截面弯矩纵坐标之间间所连直线，有载段，以相邻控制截面弯矩纵坐标所连虚直线为基线，叠加以该段长度为跨度的简支梁在跨间荷载作用下的弯矩图，剪力图和轴力图则将相邻控制截面内纵坐标连以直线即得。

内力图的纵坐标垂直于杆轴线画，弯矩图画在杆件受拉纤维一侧，不注正负号，剪力图和轴力图则注明正负号。

结构力学课程作业答案第一章绪论1、按照不同的构造特征和受力特点，平面杆件结构可分为哪几类？2、何为静定结构和超静定结构？从几何构造分析的角度看，结构必须是几何不变体系。

根据多余约束 n ，几何不变体系又分为：有多余约束( n > 0)的几何不变体系——超静定结构；无多余约束( n = 0)的几何不变体系——静定结构。

从求解内力和反力的方法也可以认为：静定结构：凡只需要利用静力平衡条件就能计算出结构的全部支座反力和杆件内力的结构。

超静定结构：若结构的全部支座反力和杆件内力，不能只有静力平衡条件来确定的结构。

3、土建、水利等工程中的荷载，根据其不同的特征，主要有哪些分类？第二章平面结构的几何组成分析作业题：1、何为平面体系的几何组成分析？按照机械运动及几何学的观点，对平面结构或体系的组成情况进行分析，称为平面体系的几何组成分析。

2、何为几何不变体系？何为几何可变体系？几何不变体系—若不考虑材料的应变，体系的位置和形状不会改变。

几何可变体系—若不考虑材料的应变，体系的位置和形状是可以改变的。

3、几何组成分析的目的是什么？1）保证结构的几何不变性,以确保结构能承受荷载和维持体系平衡.2）判别某一体系是否为几何不变,从而决定它能否作为结构.3）研究几何不变体系的组成规则,以保证所设计的结构是几何不变体系,从而能承受荷载而维持平衡.4）根据体系的几何组成分析,正确区分静定结构和超静定结构,从而选择适当的计算方法进行结构的反力和内力计算.5）通过几何组成分析,明确结构的构成特点,从而选择结构受力分析的顺序以简化计算.4、何为一个体系的自由度？知悉体系计算自由度的公式。

5、试对下图所示体系进行几何组成分析。

图1图2图3图46、试求图示各体系的计算自由度数W。

7、例2-1 例2-28、习题 2.1～2.12 试对图示体系作几何组成分析。

第三章静定梁、静定平面刚架和三角拱的计算作业题：1、单跨静定梁有简支梁、外伸梁、悬臂梁等形式。

② 仅有未知力作用 —— Δ11 = ？
Δ11
X1
1
11 11 X1 l
11
M1M1 dx l 3
EI
3EI
M1 X1 1
q
q
＝ （3）X1 基本方程
+ 1P
Δ11
X1
1 11 1P 0
11 11 X1
物理意义 是什么？
11 X1 1P 0
X
1P
11
力法的基本方程 变形协调方程
2. 力法的基本原理 基本未知量 X1
作图示结构的弯矩图。（只考虑微小的弯曲变形，忽略轴向变形 和剪切变形）
q A
EI,l
Δ1＝0
q
B
X1＝？
q
1P
可求
+
Δ11 11 11 X1
X1
X1
11
可求
1
（1）基本概念
q A
EI,l
B
Δ1=0
原结构
q
X1 基本体系
基本结构
基本结构：去掉多余约束得到的几何不变体系。 基本体系：基本结构在荷载和未知多余力共同作用下的体系。
M M1 X1 MP
FQ , FN
q
＝
X1
q
+ 1P
Δ11
X1
叠加原理
M1 X1 MP M
ql2 2
+
ql 2
=8
l
M1 X1 1
MP
ql2 M
3ql
16
8
请自己完成 FQ , FN 图。
（4）力法计算步骤
（1）确定基本未知量，即多余未知力（X1）； （2）去掉多余约束，形成基本结构；

1、静定与超静定结构的概念:无多余约束的几何不变体系是静定结构静定结构：由静力平衡方程可求出所有内力和约束力的体系有多余约束的几何不变体系是超静定结构超静定结构：由静力平衡方程不能求出所有内力和约束力的体系.瞬变体系不能作为结构:瞬变体系的主要特性为:1.可发生微量位移,但不能继续运动2.在变形位置上会产生很大内力3.在原位置上,一般外力不能平衡4.在特定荷载下,可以平衡,会产生静不定力5.可产生初内力.常变体系是一种机构而不是结构2、静定结构的内力分析方法几何特性：无多余联系的几何不变体系静力特征：仅由静力平衡条件可求全部反力内力求解一般原则：从几何组成入手，选择合适的隔离体，使得一个隔离体上未知力的个数不超过三个，如果力系为平面汇交力系，则不应超过两个。

一般按照几何组成的相反顺序分析。

一、单跨梁的内力分析弯矩、剪力、荷载集度之间的微分关系1.无荷载分布段(q=0),Q图为水平线，M图为斜直线。

2.均布荷载段(q=常数)，Q图为斜直线,M图为抛物线,且凸向与荷载指向相同。

3.集中力作用处,Q图有突变，且突变量等于力值; M图有尖点,且指向与荷载相同。

4.集中力偶作用处，M图有突变，且突变量等于力偶值; Q图无变化。

内力计算的关键在于:正确区分基本部分和附属部分. 熟练掌握单跨梁的计算.单体刚架(联合结构)的支座反力(约束力)计算方法:切断约束，取一个刚片为隔离体，假定约束力的方向，由隔离体的平衡建立三个平衡方程。

四.刚架弯矩图的绘制做法:拆成单个杆,求出杆两端的弯矩,按与单跨梁相同的方法画弯矩图. 分段定点连线六.由做出的剪力图作轴力图做法: 逐个杆作轴力图,利用结点的平衡条件,由已知的杆端剪力和求杆端轴力,再由杆端轴力画轴力图.注意:轴力图画在杆件那一侧均可,必须注明符号和控制点竖标.。

第1章
1.研究对象绪论源自§1-1 . 结构力学的学科内容和任务
(1)结构：承受并传递荷载起骨架作用的部分
(2)结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构 (3)结构力学的研究对象为(平面)杆系结构
(4)结构力学的课程地位
2.任务 研究结构的强度、刚度、稳定性的 计算原理和计算方法
(1)组成规律与合理形式,计算简图的合理选择； (2)内力与变形的计算方法.强度和刚度； (3)稳定与动力反应。
限制Y位移及转动 固定支座 限制X向位移 固定支座 限制X、Y、Z向位移 限制三方向位移及转动 限制X位移及转动 单铰结点 定向支座 复铰结点 可动铰支座 限制Y向位移 限制X、Y向位移及转动 组合结点 限制X、Y向位移 固定支座反力 固定支座反力 固定铰支座 固定铰支座反力 单刚结点 复刚结点 定向支座反力 可动铰支座反力
几何可变体系的自由度一定大于零
3.约束（限制物体运动的装置） 如果体系有了自由度，必须消除，消除的办法是增
加约束。约束有三种（支座约束数类推）：
A C
B
链杆－１个约束
单铰－２个约束
刚结点－３个约束
4.多余约束（与之对应的是必要约束） 不能有效减少体系自由度的约束称为多余约束。
5.瞬铰 两刚片之间的两相交链杆可能构成一瞬铰,瞬铰铰心位置不定 铰心位置确定不变的铰称为实铰。
§1-2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
确定计算简图的原则： 简化内容:
1.能反映实际结构的主要力学特性; 2.分析计算尽可能简便 杆件 杆件的轴线 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点) 固定铰支座 可动铰支座 固定端支座 滑动支座(定向支座)

例2-3
O1
O2
解：
Ⅰ
Ⅲ
Ⅱ Ⅱ
ADCF和BECG这两部分都是几何不变的，作为刚
片Ⅰ、Ⅱ，地基为刚片Ⅲ。而联结三刚片的O1、 O2、
C不共线，故为几何不变体系，且无多余联系。
[例2—11] 试对图2—11所示铰结链杆体系 作几何组成分析。
解：在此体系中，
ABC是从一个基本铰结 三角形BFG开始按规则 三依次增加五个二元体 所组成，故它是一几何 不变部分。同理，ADE 也是一几何不变部分。
四.瞬变体系 : 上述三个组成规则中，都提出了一些限 制条件。如果不能满足这些条件，将会出现 下面所述的情况。
两刚片：两个 刚片用三根链 杆相联，链杆 的延长线全交 于一点 。
上述情况为瞬变体系。
两刚片发生相对运动 后，此三根链杆仍互相 平行，故运动将继续发 生，此体系是几何可变 体系。
几何可变体系
静定结构
超静定结构
几何构造与静定性的关系
只有无多余约束的几何不变体系才是 静定的。或者说，静定结构的几何组成特 征是几何不变且无多余约束。凡按基本简 单组成规则组成的体系，都是静定结构； 而在此基础上还有多余约束的便是超静定 结构。
按基本规则组成的静定结构
未按基本规则组成的结构—可变体系
超静定性结构
习题 1、几何不变且无多与约束的体系其自 由度必定为零。（ ） 2、三个刚片由三个铰相联的体系一定 是静定结构。（ ） ３、有多余约束的体系一定是超静定结 构。（ ） 4、在任意荷载作用下，仅用静力平衡 方程即可确定全部反力和内力的体系是 几何不变体系。（ )
5、图示体系是几何不变 体系？（ ） 6、图示体系是几何不变 体系？（ ） 7、两刚片之间由一个铰 和一个链杆相联接构成 的体系是（ ） A、几何可变体系 B、无多余约束的几何不 变体系 C、瞬变体系 D、体系的组成不确定