《结构力学教程》

哈工大结构力学教材
哈尔滨工业大学的结构力学教材有多个版本，包括：
1. 《结构力学教程》（上册、下册），由哈尔滨工业大学工程力学系编写组编写，高等教育出版社出版，1981年8月第一版，1990年6月第二版。

2. 《结构力学》（上册、下册），由戴鸿哲、盛兴、朱耀臻、李建中、王焕定等编写，哈尔滨工业大学出版社出版，2000年12月第一版。

3. 《结构力学》（上册、下册），由王焕定、祁皑主编，高等教育出版社和哈尔滨工业大学出版社出版，2007年5月第一版。

4. 《结构力学》（上册、下册），由唐锦春主编，高等教育出版社出版，2010年2月第二版。

这些教材在哈尔滨工业大学结构力学课程中被广泛使用。

如需了解更多版本，建议登陆学校官网或相关论坛查询。

2.1 几何可变系统和几何不变系统工程结构是用来承受和传递外载荷的系统。

一个工程结构通常是由若干个构件用某种方法联结而成的。

它在承受载荷作用时，各构件只允许发生材料的弹性变形，而不应发生构件间相对的机械运动。

如图2.1(a)所示的系统，如果不考虑弹性变形，系统也未发生破坏，则其几何形状与位置均保持不变，这样的系统，我们称之为几何不变系统。

但是，对如图2.1（b）所示的系统，在载荷作用下，即使不考虑弹性变形，它的形状和位置也将改变，这样的系统，我们称之为几何可变系统，它是不能用来承受和传递外载荷的。

所以，凡是工程结构必须是几何不变系统。

图2.1对系统进行几何组成分析的目的在于：判断该系统是否为几何不变系统，以决定其能否作为工程结构使用；研究并掌握几何不变系统的组成规则，以便合理安排构件，设计出合理的结构；根据系统的组成规则，确定结构的性质（静定系统还是静不定系统），以便选用相应的计算方法。

3.2 静定桁架的内力桁架是由某些杆系结构经过简化而得到的计算模型，其特点是：（1）各元件均为直杆；（2）各杆两端均用没有摩擦的理想铰链相连接；（3）杆的轴线通过铰心，称铰心为桁架的结点；（4）载荷和支座反力仅作用在各结点上。

由于理想铰链没有摩擦力，故不能传递力矩。

显然，在载荷仅作用在结点上时，若不计杆的自重，各杆都只受到两端结点的作用力，且在此二力作用下处于平衡。

因此，桁架的杆件均为“二力杆”，即杆两端受到大小相等、方向相反、沿着杆轴线的两个力作用。

杆子横截面上只有轴力，这些轴力就是所要计算的桁架内力。

静定桁架是一种没有多余约束的结构，它的内力计算原则上，只要把桁架分解为若干自由体（结点）和约束（杆），用未知力代替约束的作用，对所有的自由体列出全部静力平衡方程式，所得方程式数与包含的未知力数相等。

由于结构是几何不变的，方程组有唯一解。

解这联立方程组就可得到静定桁架的内力。

但在工程实际中，往往可以运用下述两种方法：结点法和截面法。

结构力学讲义第1章绪论§1-1 杆件结构力学的研究对象和任务结构的定义: 建筑物中支承荷载而起骨架作用的部分。

结构的几何分类:按结构的空间特征分类:空间结构和平面结构。

杆件结构力学的任务:(1)讨论结构组成规律与合理形式,以及结构计算简图的合理选择；(2)内力与变形的计算方法.进行结构的强度和刚度验算；(3)讨论结构稳定性及在动力荷载作用下的结构反应。

结构力学的内容(从解决工程实际问题的角度提出)(1) 将实际结构抽象为计算简图；(2) 各种计算简图的计算方法；(3) 将计算结果运用于设计和施工。

§1-2 杆件结构的计算简图1.结构体系的简化一般的构结都是空间结构。

但是，当空间结构在某一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时，可以把空间结构分解成几个平面结构进行计算。

本课程主要讨论平面结构的计算。

当然，也有一些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。

2.杆件的简化铰支座(2) 滚轴支座(3) 固定支座4.(4)定向支座M5.材料性质的简化将结构材料视为连续、均匀、各向同性、理想弹性或理想弹塑性。

6.荷载的简化集中荷载与分布荷载§1-3 杆件结构的类型§1-4 荷载的分类2.4.刚架5.组合结构6.A B荷载可分为恒载和活载。

一、按作用时间的久暂荷载可分为集中荷载和分布荷载 荷载可分为静力荷载和动力荷载 荷载可分为固定荷载和移动荷载。

二、按荷载的作用范围三、按荷载作用的性质四、按荷载位置的变化• §2-1 几何组成分析的目的和概念几何构造分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何可变，或者如何保证它成为几何不变体系，只有几何不变体系才可以作为结构。

几何不变体系：不考虑材料应变条件下，体系的几何形状和位置保持不变的体系一、几何不变体系和几何可变体系几何可变体系：不考虑材料应变条件下，体系的几何形状和位置可以改变的体系。

二、自由度杆系结构是由结点和杆件构成的，我们可以抽象为点和线，分析一个体系的运动，必须先研究构成体系的点和线的运动。

一级注册结构工程师基础考试结构力学教程第一节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。

一、名词定义(一)刚片和刚片系不会产生变形的刚性平面体称为刚片。

在体系的几何组成分析中，不考虑杆件微小的应变，这种不计应变的平面杆件就是刚片，由刚片组成的体系称为刚片系。

(二)几何可变体系和几何不变体系当不考虑材料的应变时，体系中各杆的相对位置或体系的形状可以改变的体系称为几何可变体系。

否则，体系就称为几何不变体系。

一般的实际结构，都必须是几何不变体系。

(三)自由度、约束和对象物体运动时的独立几何参数数目称为自由度。

例如一个点在平面内的自由度为2，一个刚片在平面内的自由度为3。

减少体系独立运动参数的装置称为约束，被约束的物体称为对象。

使体系减少一个独立运动参数的装置称为一个约束。

例如一根链杆相当于一个约束；一个连接两个刚片的单铰相当于二个约束；一个连接n个刚片的复铰相当于n—1个单铰；一个连接二个刚片的单刚性节点相当于三个约束；一个连接n个刚片的复刚性节点相当于n—1个单刚性节点。

一个平面体系的自由度w可按下式确定W＝3n—2H—R其中n为体系中的刚片总数，H、R分别为体系中的单铰总数和支杆总数。

例如图1－1所示体系的自由度分别为1和0。

自由度大于零的体系一定是几何可变的。

自由度等于零及小于零的体系，可能是几何不变的也可能是几何可变的，要根据体系中的约束布置情况确定。

(a) (b)图1－1(四)必要约束和多余约束如果在体系中增加一个约束，体系减少一个独立的运动参数，则此约束称为必要约束。

如果在体系中增加一个约束，体系的独立运动参数并不减少，则此约束称为多余约束。

平面内一个无铰的刚性闭合杆(或称单闭合杆)具有三个多余约束。

(五)等效代替1．等效刚片几何组成分析时，一个内部几何不变的平面体系，可用一个相应的刚片来代替，此刚片称为等效刚片。

2．等效链杆几何组成分析时，一根两端为铰的非直线形杆件，可用一根相应的两端为铰的直线形链杆来代替，此直线形链杆称为等效链杆。

结构力学教程上册教学设计前言结构力学是土木工程专业的一门重要课程，是建筑构造设计的基础。

其教学内容包括载荷分析、杆件与梁板分析、桁架分析、刚架系统及弹性地基分析等。

本文将介绍结构力学教程上册的教学设计。

教学目标通过本门课程的学习，学生应当掌握以下知识和能力：•基本力学概念，如受力、杆件、梁板等的定义和分类；•杆件受力分析方法，如简支梁、限制梁、悬臂梁等；•梁板受力分析方法，如单跨梁、悬臂梁板、多跨连续梁板等；•结构静力分析基本概念和方法，如杆件系统、梁板系统、桁架系统等；•能够运用教学中所学到的方法和理论，设计出简单的结构系统。

教学内容第一章基础力学知识•质点的基本概念•受力分析基础概念•牛顿定律、平衡力学原理•杆件受力分析基础概念和原理第二章杆件受力分析•简支梁的分析方法•限制梁的分析方法•悬臂梁的分析方法•实际应用案例分析与讨论第三章梁板受力分析•单跨梁的分析方法•悬臂梁板的分析方法•多跨连续梁板的分析方法•实际应用案例分析与讨论第四章结构静力分析基础•静力平衡原理•负载、约束与支反力的关系•桁架系统的结构分析方法•实际应用案例分析与讨论第五章力学模型建立•结构静力分析的数学模型•承载能力评估的模型•构件内力计算模型•实际应用案例分析与讨论教学方法教学方法是教学行为中的一种选择和组合，是指教师在教学过程中运用的教学方式和方法。

针对本门课程，推荐采用以下的教学方法：•讲授法：通过讲授教师详细讲解教学知识点，使学生掌握知识技能；•实验法：通过实验，让学生感受实际结构机械性能，加深对结构原理的理解；•讨论法：组织学生自主发言，讨论解决问题的有效方案。

教学评价课程的教学评价是对学生学习成果的检验、反馈和评价。

对于结构力学课程上册的教学评价，推荐采用以下方法：•课内小测验：每章课程结束后给学生出一些概括性的小问题，以检验学生掌握课程知识情况；•期中考试：针对本课程的知识体系，组织学生进行期中考试；•期末考试：对本门课程的知识体系进行全面的考察。