河北工程大学 结构力学 第一章 绪论
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河北工程大学 结构力学 第一章 绪论页数:55
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结构力学绪论01
确半铰定结点计算简图的原则： 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简化内容:源自铰结点1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
刚结点
§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：
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
简化内容:
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座)
结构力学
绪论
1 . 结构力学的内容和任务
一.对象
结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构
二.任务 研究结构的刚度,强度,稳定性的
计算原理和计算方法
三.内容 结构组成;内力,位移,临界力计算.
§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)
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
刚结点
§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：
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
简化内容:
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座)
结构力学
绪论
1 . 结构力学的内容和任务
一.对象
结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构
二.任务 研究结构的刚度,强度,稳定性的
计算原理和计算方法
三.内容 结构组成;内力,位移,临界力计算.
§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)
《结构力学》知识点归纳梳理(最祥版本)
《结构力学》知识点归纳梳理（最祥版本）第一章绪论第一节：结构力学的研究对象和任务一、结构的定义:由基本构件（如拉杆、柱、梁、板等）按照合理的方式所组成的构件的体系，用以支承荷载并传递荷载起支撑作用的部分。
注：结构一般由多个构件联结而成，如：桥梁、各种房屋（框架、桁架、单层厂房）等。
最简单的结构可以是单个的构件，如单跨梁、独立柱等。
二、结构的分类：由构件的几何特征可分为以下三类1．杆件结构——由杆件组成，构件长度远远大于截面的宽度和高度，如梁、柱、拉压杆。
2．薄壁结构——结构的厚度远小于其它两个尺度，平面为板曲面为壳，如楼面、屋面等。
3．实体结构——结构的三个尺度为同一量级，如挡土墙、堤坝、大块基础等。
第二节结构计算简图一、计算简图的概念：将一个具体的工程结构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）二、结构计算简图的简化原则1．计算简图要尽可能反映实际结构的主要受力和变形特点．．．．．．．．．．．．．．，使计算结果安全可靠；2．略去次要因素，便于分析和计算．．．．．．．。
三、结构计算简图的几个简化要点1．实际工程结构的简化：由空间向平面简化2．杆件的简化：以杆件的轴线代替杆件3．结点的简化：杆件之间的连接由理想结点来代替（1）铰结点：铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动，即各杆端之间的夹角可任意改变。
不存在结点对杆的转动约束，即由于转动在杆端不会产生力矩，也不会传递力矩，只能传递轴力和剪力，一般用小圆圈表示。
（2）刚结点：结点对与之相连的各杆件的转动有约束作用，转动时各杆间的夹角保持不变，杆端除产生轴力和剪力外，还产生弯矩，同时某杆件上的弯矩也可以通过结点传给其它杆件。
（3）组合结点（半铰）：刚结点与铰结点的组合体。
4.支座的简化：以理想支座代替结构与其支承物（一般是大地）之间的连结（1）可动铰支座：又称活动铰支座、链杆支座、辊轴支座，允许沿支座链杆垂直方向的微小移动。
结构力学01第一章.绪论
壳式结构
通过壳体的形状和厚度 承受荷载，如穹顶、储
罐等。
荷载类型与特点
80%
永久荷载
长期作用在结构上的荷载，如结 构自重、土压力等。
100%
可变荷载
随时间变化而变化的荷载，如楼 面活荷载、风荷载、雪荷载等。
80%
偶然荷载
不常出现但一旦出现将对结构产 生重大影响的荷载，如地震力、 爆炸力等。
结构安全性与经济性
跨学科融合
与建筑学、土木工程、机械工程等学 科交叉融合，推动结构力学领域的发 展和创新。
04
结构力学在土木工程领域应用
建筑设计阶段应用
结构分析和设计
利用结构力学原理和方法，对建 筑结构进行受力分析和设计，确 保建筑物在各种荷载作用下的稳 定性和安全性。
优化设计方案
通过结构力学计算和分析，可以 对建筑设计方案进行优化，提高 建筑物的结构性能和经济效益。
国外研究现状
在结构优化设计、新材料应用等方面较为领先，注重创新性和实 用性。
未来发展趋势预测
计算方法创新
发展更高效、精确的计算方法，如有 限元法、离散元法等。
新材料应用
探索新材料在结构力学中的应用，提 高结构性能和耐久性。
智能化发展
结合人工智能、大数据等技术，实现 结构力学设计、分析的智能化和自动 化。
结构力学01第一章绪论
目
CONTENCT
录
• 绪论引言 • 结构力学基本概念 • 结构力学发展历史及现状 • 结构力学在土木工程领域应用 • 结构力学分析方法简介 • 结构力学实验方法及设备介绍
01
绪论引言
课程介绍
结构力学是固体力学的一个分 支，主要研究工程结构受力和 传力的规律，以及如何进行结 构优化的学科。
第1章-结构力学绪论PPT课件
静力荷载 动力荷载
静力荷载—— 指荷载的大小、方向和位置不随 时间变化或变化很缓慢的荷载，不至于使结构 产生显著的加速度，可以略去惯性力的影响。
如：自重、其他恒载等。
动力荷载 ——指随时间迅速变化的荷载，会 引起结构振动，产生不容忽视的加速度，必须 考虑惯性力的影响。
如：打桩机的冲击荷载、动力机械产生的振动
支座的作用——传递荷载，固定结构的位置。
.
11
（1）活动铰支座
（ a）
辊轴支座
摇轴支座
弧形支座
图1-3 .
计算简图
12
（ a）
辊轴支座
摇轴支座
弧形支座
计算简图
作用：限制结构沿垂直于支承面方向的移动 。
反力：通过铰A，与支承面垂直 ，但大小和指向未知。
一般情况下，跨度大于20~25m的桥梁，用辊轴 支座； 跨度小时，用摇轴支座或弧形支座。
荷载、风、地震产生的随机荷载……
.
7
(4).按分布情况分 分布荷载
集中荷载
分布荷载：
面荷载 线荷载
线分布荷载
面分布荷载
集中荷载： 点荷载 （KN）
(5)．其它
温度变化、支座移动、制造误差、砼收缩、
砼徐变等也会引起结构产生内力或位移，广义
地讲，这些因素也可视为. 静力荷载。
8
1.3结构的计算简图 (1) 计算简图
如：钢筋砼屋架：
简化计算时取铰结点联结； 精确计算时取刚结点联结。
.
18
例：排架的立柱与基础联结如图：
图1-10
材料1、2若用细石砼， 简化为固定端支座。 材料1 用细石砼，2用沥青麻丝 ，简化为固定铰支座。
.
19
结构力学第一章绪论
单铰结点
复铰结点
组合结点
单刚结点
复刚结点
§1-2 . 杆件构造的计算简图
计算简图:
在构造分析当中用来代替实际构造的计算 确 模定型(计图算形简) 图的原那么：
1.能反映实际构造的主要力学特性;
简2化.分内析容计: 算尽可能简便
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
(同济函授教材) 4.?构造力学?上册 周竞欧、朱伯钦、许哲明主编，同济大学出
版 版 三51社社.其几..?好中构点的:造建M 学力议习1学:-效-解--率-疑-=M?F雷o(Mt钟iv1和a*tM、io2江n*,爱MM川32)-、--郝---静--明M编an著n，er清,M华3大---学--出---6-.-?M构e造th力o学d 复习与习题分析?徐新济、冯虹编，同济大学出版 社 2.学习中要特别注重根本概念、根本理论、根本方法的正 确7建.?立应，用掌构握造各力知学识---典型例题剖析?郑念国、戴仁杰编著，同济
3.分析能力、计算能力、自学能力、表达能力的培养
§1-2 杆件构造的计算简图
计算简图:
在构造分析当中用来代替实际构造的计算
模型(图形)
刚结点
确定半铰计结算点简图的原那么：
1.能反映实际构造的主要力学特性;
简2化.分内析容计: 算尽铰可结能点 简便
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 可动较支座 固定铰支座 固定端支座
滑动支座(定向支座)
限制限限Y制制位XX移、向及Y位、转移Z动向固固位定定移支支座座
限制三方向位移及转动
结构力学第一章[30页]
![结构力学第一章[30页]](https://img.taocdn.com/s1/m/d2a67990c281e53a5902ff80.png)
然实际工程中多为空间结构，但很多情况下可以简化为平面结构来计算。
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录 第四节
第 2 节 荷载的分类
本节目录
1.2 荷载的分类 1.2.1 按荷载作用的状况 1.2.2 按荷载作用的时间 1.2.3 按荷载对结构产生的动力效应
结构力学课件
第一章 绪论
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录 第四节
第 1 节 结构的分类
1.1 结构的分类
• 结构的定义：在工程实际中能承受荷载、传递荷载并起到骨架作用的体 系称为结构，如房屋建筑中的 梁、板、柱等。结构的类型很多，可从 不同的角度来分类。
• 结构的分类：按照其几何特征，一般可分为杆件结构、薄壁结构和实体 结构。
又可分为以下几种:
结构力学课件பைடு நூலகம்
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节
第 1 节 结构的分类
1.1.1 梁
• 梁是一种受弯杆件，其轴线通常为直线。 • 常见的有单跨梁和多跨梁 ( 见 图 1 . 1 )
第章三目节录
第四节
图1.1
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录
第1节
1.1.2 钢架
• 刚架是由梁和柱组成 的结构，其结点以刚 结点为主，也有铰结 点( 见 图 1 . 2 )。
结构的分类
第四节
图1.2
结构力学课件
第一章 绪论
章目录 第一节 第二节 第章三目节录
第1节
1.1.3 拱
• 拱是轴线为曲线且在 竖向荷载作用下支座 处产生水平反力的结 构( 见 图 1 . 3 )。
结构力学第1章 绪论-结构力学(1-2)
建筑材料通常为
钢、混凝土、砖、石等。 假设： 连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。 注意：
木料为各向异性材料（横纹与顺纹不同）
小结
知识点：
铰结点、刚结点、组合结点
可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向支座
材料性质简化的假设
重点：
结点的简化方法 支座的简化方法
难点：
工程结构简化
（4） 固定支座
简化方法
支座
（1） 可动铰支座
被支承的部分可以转动和水平移动，但不能竖向移动。 计算简图：用一根支杆表示。
梁 Fy 砖墙
简化方法
支座
（2） 固定铰支座
被支承的部分可以转动，但不能移动。 计算简图：用两根相交的支杆表示。
Fx 梁
Fy
砖墙
简化方法
支座
（3） 定向支座
被支承的部分不能转动,但可以沿一个方向平行滑动。 计算简图：用两根平行支杆表示。
课程目标
掌握系统的结构力学知识；提高结构计算能力，能熟 练地分析计算土木工程结构的力学性能； 培养学生的分析能力和科学作风； 为学习有关专业课程（钢筋混凝土结构、钢结构、地 基基础等）
为毕业后从事结构设计、施工和科研工作打好扎实的
理论基础。
学科内容
主要研究杆件结构的几何组成规律，
学科任务
教学大纲 学习方法
本节课就讲到这。
休息一会儿！
第1章 绪 论
Introduction
第1章绪论 授课内容
1.1 结构的计算简图
1.2 平面杆件结构和荷载的分类
1.1 结构的计算简图
知识点：
铰结点、刚结点、组合结点 可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向支座
钢、混凝土、砖、石等。 假设： 连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。 注意：
木料为各向异性材料（横纹与顺纹不同）
小结
知识点：
铰结点、刚结点、组合结点
可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向支座
材料性质简化的假设
重点：
结点的简化方法 支座的简化方法
难点：
工程结构简化
（4） 固定支座
简化方法
支座
（1） 可动铰支座
被支承的部分可以转动和水平移动，但不能竖向移动。 计算简图：用一根支杆表示。
梁 Fy 砖墙
简化方法
支座
（2） 固定铰支座
被支承的部分可以转动，但不能移动。 计算简图：用两根相交的支杆表示。
Fx 梁
Fy
砖墙
简化方法
支座
（3） 定向支座
被支承的部分不能转动,但可以沿一个方向平行滑动。 计算简图：用两根平行支杆表示。
课程目标
掌握系统的结构力学知识；提高结构计算能力，能熟 练地分析计算土木工程结构的力学性能； 培养学生的分析能力和科学作风； 为学习有关专业课程（钢筋混凝土结构、钢结构、地 基基础等）
为毕业后从事结构设计、施工和科研工作打好扎实的
理论基础。
学科内容
主要研究杆件结构的几何组成规律，
学科任务
教学大纲 学习方法
本节课就讲到这。
休息一会儿！
第1章 绪 论
Introduction
第1章绪论 授课内容
1.1 结构的计算简图
1.2 平面杆件结构和荷载的分类
1.1 结构的计算简图
知识点：
铰结点、刚结点、组合结点 可动铰支座、固定铰支座、固定支座、定向支座
(完整word版)结构力学讲义
第一章绪论§1.1 结构和结构的分类一、结构(structure)由建筑材料筑成，能承受、传递荷载而起骨架作用的构筑物称为工程结构。
如：梁柱结构、桥梁、涵洞、水坝、挡土墙等等.二、结构的分类：按几何形状结构可分为：1、杆系结构(structure of bar system) :构件的横截面尺寸<<长度尺寸；2、板壳结构（plate and shell structure) ：构件的厚度〈〈表面尺寸。
3、实体结构（massive structure）：结构的长、宽、厚三个尺寸相仿。
三、杆系结构的分类：按连接方法，杆系结构可分为：§1.2 结构力学的研究对象、任务和方法一、各力学课程的比较：二、结构力学的任务：1、研究荷载等因素在结构中所产生的内力(强度计算）；2、计算荷载等因素所产生的变形（刚度计算);3、分析结构的稳定性（稳定性计算）；4、探讨结构的组成规律及合理形式。
进行强度、稳定性计算的目的，在于保证结构满足安全和经济的要求。
计算刚度的目的，在于保证结构不至于发生过大的变形，以至于影响正常使用。
研究组成规律目的，在于保证结构各部分，不至于发生相对的刚体运动，而能承受荷载维持平衡。
探讨结构合理的形式，是为了有效地利用材料，使其性能得到充分发挥。
三、研究方法：在小变形、材料满足虎克定律的假设下综合考虑：1、静力平衡;2、几何连续；3、物理关系三方面的条件,建立各种计算方法。
§1.3 结构的计算简图（computing model of structure )一、选取结构的计算简图必要性、重要性：将实际结构作适当地简化，忽略次要因素，显示其基本的特点。
这种代替实际结构的简化图形,称为结构的计算简图。
合理地选取结构的计算简图是结构计算中的一项极其重要而又必须首先解决的问题。
二、选取结构的计算简图的原则：1、能反映结构的实际受力特点，使计算结果接近实际情况.2、忽略次要因素，便于分析计算。
结构力学-绪论
结构力学
第一章 绪 论
学习内容
结构力学的研究对象、任务和方法； 杆系结构的支座形式、结点形式； 结构的计算简图； 常见的杆系结构类型。
学习目的和要求
了解结构力学的任务，与其它课程的关系及常见杆件结 构的分类。
掌握结构计算简图的概念和确定结构计算简图的原则。 掌握杆件结构的支座分类和结点分类。
2 / 30
而沿其它方向不能移动，也不能转动。
M Fy
21 / 30
第一章 绪 论
第三节 结构的计算简图
1、计算简图及其选择原则 2、计算简图的简化要点
d 支座的简化 （3）固定支座：约束杆端不能移动也不能转动，
有三个反力分量。
M
Fx Fy
22 / 30
第一章 绪 论 第三节 结构的计算简图
1、计算简图及其选择原则 2、计算简图的简化要点
可动荷载 能作用于结构上任意位置的荷载。如风载、 雪载等。
移动荷载 置一系列相互平行、等距，能在结构上移动 的活载。如列车荷载、吊车荷载等。 29 / 30
第一章 绪 论
第三节 结构的计算简图
1、计算简图及其选择原则 2、计算简图的简化要点 3、杆件结构的分类 4、荷载的分类
•按荷载作用性质可分为
8 / 30
第一章 绪 论
第二节 结构力学的任务和研究方法
1、结构力学课与其他课程的关系 2、结构力学的任务和学习方法
i、结构力学的任务 ii、结构力学的研究方法
在线弹性、小变形假设下综合考虑三个条件： 1、静力平衡； 2、几何连续； 3、物理关系。
三个条件贯穿课程始终，并依此建立计算方法，建 立各种计算方法。
6 / 30
第一章 绪 论
第二节 结构力学的任务和研究方法
第一章 绪 论
学习内容
结构力学的研究对象、任务和方法； 杆系结构的支座形式、结点形式； 结构的计算简图； 常见的杆系结构类型。
学习目的和要求
了解结构力学的任务，与其它课程的关系及常见杆件结 构的分类。
掌握结构计算简图的概念和确定结构计算简图的原则。 掌握杆件结构的支座分类和结点分类。
2 / 30
而沿其它方向不能移动，也不能转动。
M Fy
21 / 30
第一章 绪 论
第三节 结构的计算简图
1、计算简图及其选择原则 2、计算简图的简化要点
d 支座的简化 （3）固定支座：约束杆端不能移动也不能转动，
有三个反力分量。
M
Fx Fy
22 / 30
第一章 绪 论 第三节 结构的计算简图
1、计算简图及其选择原则 2、计算简图的简化要点
可动荷载 能作用于结构上任意位置的荷载。如风载、 雪载等。
移动荷载 置一系列相互平行、等距，能在结构上移动 的活载。如列车荷载、吊车荷载等。 29 / 30
第一章 绪 论
第三节 结构的计算简图
1、计算简图及其选择原则 2、计算简图的简化要点 3、杆件结构的分类 4、荷载的分类
•按荷载作用性质可分为
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第一章 绪 论
第二节 结构力学的任务和研究方法
1、结构力学课与其他课程的关系 2、结构力学的任务和学习方法
i、结构力学的任务 ii、结构力学的研究方法
在线弹性、小变形假设下综合考虑三个条件： 1、静力平衡； 2、几何连续； 3、物理关系。
三个条件贯穿课程始终，并依此建立计算方法，建 立各种计算方法。
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第一章 绪 论
第二节 结构力学的任务和研究方法
结构力学第一章
注意: 结构力学与材料力学的联系与区别： 注意 材料力学研究 单根杆件的强度 刚度和稳定性； 的强度、 单根杆件的强度、刚度和稳定性； 结构力学则是研究杆 杆件）结构的内力 位移和稳定性。 的内力、 （杆件）结构的内力、位移和稳定性。
三、结构分析的三个基本条件
无论计算强度、刚度、稳定性均涉及结构的 内力和位移。把杆件结构的内力和位移计算称为 结构分析。 结构分析一般涉及三个基本条件： —— 1、平衡条件——结构整体或局部都应满足。 2、变形连续条件 结构在变形前后应是连续的整体，并应满足支座 约束条件。 3、物理条件 即材料应力与应变之间的关系。
§1-2 杆件结构的计算简图
一、计算简图的定义
把实际结构适当简化，用作力学分析的计算模型 称为结构的计算简图。 由于实际工程结构的复杂性，要完全按照结 构的实际情况进行力学分析几乎是不可能的；而 从工程观点来看也是不必要的。因此，在进行结 构分析之前，一般都要对实际结构加以简化。
二、选取计算简图的一般原则
5.
荷载的简化
在计算简图中， 结构杆件是用其轴线来表示的， 所以作 在计算简图中 ， 结构杆件是用其轴线来表示的， 用在结构上的荷载也要简化为作用在杆件轴线上的力。 用在结构上的荷载也要简化为作用在杆件轴线上的力。 根据荷载的分布情况 根据荷载的分布情况 可分为集中荷载 分布荷载。 集中荷载和 可分为集中荷载和分布荷载。 根据荷载作用时间的久暂 可分为恒载 活载。 恒载和 可分为恒载和活载。 根据荷载作用的位置 可分为固定荷载 移动荷载。 固定荷载和 可分为固定荷载和移动荷载。 根据荷载作用的性质 可分为静力荷载 动力荷载。 静力荷载和 可分为静力荷载和动力荷载。
结点的简化： 3. 结点的简化： 杆件与杆件的连接处用它们轴线的交点表示， 杆件与杆件的连接处用它们轴线的交点表示 ， 称为结点（或节点）。
三、结构分析的三个基本条件
无论计算强度、刚度、稳定性均涉及结构的 内力和位移。把杆件结构的内力和位移计算称为 结构分析。 结构分析一般涉及三个基本条件： —— 1、平衡条件——结构整体或局部都应满足。 2、变形连续条件 结构在变形前后应是连续的整体，并应满足支座 约束条件。 3、物理条件 即材料应力与应变之间的关系。
§1-2 杆件结构的计算简图
一、计算简图的定义
把实际结构适当简化，用作力学分析的计算模型 称为结构的计算简图。 由于实际工程结构的复杂性，要完全按照结 构的实际情况进行力学分析几乎是不可能的；而 从工程观点来看也是不必要的。因此，在进行结 构分析之前，一般都要对实际结构加以简化。
二、选取计算简图的一般原则
5.
荷载的简化
在计算简图中， 结构杆件是用其轴线来表示的， 所以作 在计算简图中 ， 结构杆件是用其轴线来表示的， 用在结构上的荷载也要简化为作用在杆件轴线上的力。 用在结构上的荷载也要简化为作用在杆件轴线上的力。 根据荷载的分布情况 根据荷载的分布情况 可分为集中荷载 分布荷载。 集中荷载和 可分为集中荷载和分布荷载。 根据荷载作用时间的久暂 可分为恒载 活载。 恒载和 可分为恒载和活载。 根据荷载作用的位置 可分为固定荷载 移动荷载。 固定荷载和 可分为固定荷载和移动荷载。 根据荷载作用的性质 可分为静力荷载 动力荷载。 静力荷载和 可分为静力荷载和动力荷载。
结点的简化： 3. 结点的简化： 杆件与杆件的连接处用它们轴线的交点表示， 杆件与杆件的连接处用它们轴线的交点表示 ， 称为结点（或节点）。
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结构力学
Structural Mechanics
河北工程大学土木工程学院 结构力学教研组
周书敬 郭延华
1
目录
结构力学(I) 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 平面体系的几何构造分析 静定结构的受力分析 影响线 静定结构的位移计算 力法 位移法 渐近法
2
目录
结构力学(II) 第十 章 矩阵位移法 第十三章 结构的动力计算 第十五章 结构的塑性分析与极限荷载 结构力学教程(I)、(II) 龙驭球 包世华 主编 龙驭球 包世华 匡文起 袁驷 编著
(1) 结构力学是固体力学的一个分支；
(2) 结构力学是以结构(建筑)为研究对象的。
力学：固体力学、流体力学、空气动力学等。
27
固体力学：理论力学、材料力学、结构力学、 弹性力学、塑性力学、岩体力学、断裂力学 ……。 2、结构力学的任务 (1) 研究结构的组成规律和合理形式，合理选择 计算简图。 组成规律：保证结构各部分之间不发生相对运
属于专业(技术)基础课。在后续课程中，结构力学
除与弹性力学性质相近外，又为钢筋混凝土结构、
钢木结构、水工结构等专业课提供力学基础。
各学科的任务：理论力学→讨论物体机械运动
的基本规律；材料力学(结构力学、弹性力学)是研
究单根杆件(杆系结构、实体结构和板壳结构)的强
度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法。
钢结构梁、柱
23
埃菲尔铁塔
24
2. 板壳结构(薄壁结构) ——厚度远小于其长度和宽度的结构。
悉尼歌剧院
25
清华大礼堂
26
3. 实体结构(块体结构) 长、宽、高三个尺寸相近的结构。
三、结构力学研究的任务、对象和内容
1、结构力学
结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结
构，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
角弹性变形。
43
二、几种杆系结构
1. 梁 1）单跨梁
静定梁（简支梁）
超静定梁1（一端固定一端简支梁）
超静定梁2（两端固定梁）
超静定梁3（一端固定一端滑动梁）
44
2）多跨梁
静定多跨梁
连续梁（超静定）
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截
面存在弯矩、剪力和轴力。
45
2. 刚架
静定刚架
50
广义荷载：还包括温度变化、基础沉陷、材 料收缩等。
荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。
荷载如果估计过大，则设计的结构会过于笨
重，造成浪费；荷载如果估计过低，则设计的结
构将不够安全。
荷载可以根据不同特征进行分类：
1、按荷载作用时间长短可分为：
恒载：永久作用在结构上的荷载。如自重等。
51
活载：荷载有时作用在结构上，有时又不作
中国万里长城是世界上修 建时间最长，工程量最大的
万里长城
冷兵器战争时代的国家军事
性防御工程，凝聚着我们祖 先的血汗和智慧，是中华民 族的象征和骄傲。秦始皇为 了修筑长城动用了30万人， 创造了人类建筑史上的奇迹。 在建筑材料和建筑结构 上以“就地取材、因材施用”的原 则，创造了许多种结构方法。有夯土、块石片石、砖石混合等 结构；在沙漠中还利用了红柳枝条、芦苇与砂粒层层铺筑的结 构。有“山险墙、劈山墙、关城、烽火台”延续建筑达2000 年。
国家大剧院
8Байду номын сангаас
国家大剧院内部
9
国家大剧院内部
10
国家大剧院内部
11
国家大剧院中心建筑为独特的壳体造型，高46.68米， 地下最深32.50米,周长达600余米，周围是面积达3.55万平 方米的人工湖水面。 1、6750吨钢梁架起中国第一大穹顶：壳体结构由一根 根弧形钢梁所组成，是目前我国跨度最大的壳体钢结构建筑。 如此巨大的钢架结构中间没有一根柱子支撑，重达6750吨 的钢结构完全可以依靠自身的力学结构体系来保证安全稳定。 它对壳体的整体稳定性、整体刚度和抗震、抗风荷载、抗雪 荷载及拼接、安装等都有很高的技术要求。 2、超深基础施工：地下最深达到32.5米，是目前北京 地区公共建筑最深的地下工程。 3、钛金属的安装：壳体表面钛板面积达3万平方米，由 18398块钛金属板组成。由于是椭圆体、双曲面，所以每块 钛板的形状，角度、弧度各不相同，加之钛金属板的厚度只 有0.44毫米，因此对加工、制作、安装技术要求很高。 4、石材全部国产：共使用了20多种天然石材。
空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。
49
按计算特性分为静定结构和超静定结构。 静定结构：杆件的内力(包括反力)可由平衡条 件唯一确定； 超静定结构：杆件的内力(包括反力)由平衡条 件还不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才 能唯一确定。
三、 荷载
荷载：主动作用于结构的外力(自重、水压力和
土压力)。
(5) 研究在静荷载作用下，结构的极限承载力
的计算原理和方法；
29
3、研究对象 研究由细长杆件组成的平面杆系结构:
梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
4. 研究内容 (1) 平面杆件体系的几何构造分析； 几何构造分析主要是讨论几何不变体系的组成 规律，因为只有几何不变体系才能作为结构来使用。 (2) 承载能力的计算(结构选定后) ； 内力分析：FN(轴力)、FQ(剪力)、M(弯矩)；
14
公 元 1174年 动 工， 1350 年 完工，是8层圆柱形建筑。塔 高54．5米，塔身墙壁底厚 约 4米，顶部厚2米多，从下 而上，外围8重拱形券门，由 底层15根圆柱，中间6层各 31根圆柱，顶层12根圆柱， 建成213个拱形券门而成。 塔由于造基不慎，到第3 层出现倾斜，被迫停建达一 个世纪，后来继续施工。建 成时，塔顶中心偏离垂直中 心线2．1米。600多年以来， 塔身继续而缓慢地倾斜，所 以称为“斜塔”。
39
3. 辊轴支座（活动铰支座） A
A
FyA
特点：
（1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； （2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。
40
4. 滑动支座（定向支座） A
A 模型 特点： （1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线位
MA
A
MA
Fy A
Fy A
移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
12
三峡大坝
2006年5月，全长2309米的三峡大坝全线建成，全线浇筑达
到设计高程海拔185米，是世界上规模最大的混凝土重力坝。
坝顶总长3035米，坝顶高程185米
13
印度泰姬 陵 是世界七 大建筑奇迹
印度泰姬陵
之一
陵墓主殿四角都有圆柱形高塔一座，特别的地方是每座塔
均向外倾斜12度，若遇上地震只会向四方倒下，而不会影 响主殿。
超静定刚架
刚架的特点： （1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆
件连结的结点多为刚结点；
（2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴
力。
46
3. 拱
FP
FH
三铰拱
拉杆
FH
FV
拉杆拱
FV
拱的特点：
无铰拱
（1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座 有水平推力FH （见图)； （2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。
47
4. 桁架和组合结构
静定桁架
超静定桁架
特点： 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载 作用于结点上，各杆只受轴力；
48
组合结构
特点：组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其
中梁式杆以受弯为主，内力不仅有轴力，还有弯矩
和剪力。 按空间观点分为平面结构和空间结构。 平面结构：各杆的轴线和外力作用线都在同一 平面内；
30
强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并
符合经济要求。
变形计算：在弹性范围内。 刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形 从而影响使用。 (3) 动力反应：动荷载作用下的动内力和动位 移(电机转动、地震等)。 动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载
作用下的动力反应----结构受到的地震力、结构的
53
但在不少情况下，设计者需要深入现场，结合实际 情况进行调查研究。才能对荷载作出合理的确定。
动，使结构能承受荷载，并且能够维持平衡。
合理形式：有效利用材料，使其性能得以充分
发挥。
28
(2) 研究在静荷载作用下，结构的内力和变形 的计算原理和方法； (3) 研究在动荷载作用下，结构的动力反应 (动 内力、动位移)的计算原理和方法； (4) 研究在静荷载作用下，结构的稳定性的计 算原理和方法；
高等教育出版社
3
第一章 绪
论
§1-1 结构力学的内容和学习方法 §1-2 结构计算简图
4
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中承 受、传递荷载而起骨架作 用的部分称为结构。 如：房屋中的梁柱体 系、桥梁、水坝等等都是 工程结构的例子。 结构的作用：起承受 和传递荷载的作用。
5
33
四、学习方法和注意事项
首先，要充分认识到结构力学课程对本专业的
重要性。
1、学习方法
(1) 一定注意分析方法和解题思路，从具体问
题的算法中学习分析问题的一般方法。
如：从“已知→未知”；“整体→局部→整体” 的方法。 (2) 认真听课、做好笔记，提高听课效果。
34
(3) 多练，必须独立、高质量的完成作业。
意大利比萨斜塔
15
凯旋门建成 于1836年。 它只有一个 拱洞，上为 桶形穹窿， 高50米，宽 45米。
巴黎凯旋门
16
埃菲尔铁塔
17
吉隆坡石油双塔
18
桥梁
19
赵州桥
20
青马大桥
Structural Mechanics
河北工程大学土木工程学院 结构力学教研组
周书敬 郭延华
1
目录
结构力学(I) 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 平面体系的几何构造分析 静定结构的受力分析 影响线 静定结构的位移计算 力法 位移法 渐近法
2
目录
结构力学(II) 第十 章 矩阵位移法 第十三章 结构的动力计算 第十五章 结构的塑性分析与极限荷载 结构力学教程(I)、(II) 龙驭球 包世华 主编 龙驭球 包世华 匡文起 袁驷 编著
(1) 结构力学是固体力学的一个分支；
(2) 结构力学是以结构(建筑)为研究对象的。
力学：固体力学、流体力学、空气动力学等。
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固体力学：理论力学、材料力学、结构力学、 弹性力学、塑性力学、岩体力学、断裂力学 ……。 2、结构力学的任务 (1) 研究结构的组成规律和合理形式，合理选择 计算简图。 组成规律：保证结构各部分之间不发生相对运
属于专业(技术)基础课。在后续课程中，结构力学
除与弹性力学性质相近外，又为钢筋混凝土结构、
钢木结构、水工结构等专业课提供力学基础。
各学科的任务：理论力学→讨论物体机械运动
的基本规律；材料力学(结构力学、弹性力学)是研
究单根杆件(杆系结构、实体结构和板壳结构)的强
度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法。
钢结构梁、柱
23
埃菲尔铁塔
24
2. 板壳结构(薄壁结构) ——厚度远小于其长度和宽度的结构。
悉尼歌剧院
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清华大礼堂
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3. 实体结构(块体结构) 长、宽、高三个尺寸相近的结构。
三、结构力学研究的任务、对象和内容
1、结构力学
结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结
构，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
角弹性变形。
43
二、几种杆系结构
1. 梁 1）单跨梁
静定梁（简支梁）
超静定梁1（一端固定一端简支梁）
超静定梁2（两端固定梁）
超静定梁3（一端固定一端滑动梁）
44
2）多跨梁
静定多跨梁
连续梁（超静定）
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截
面存在弯矩、剪力和轴力。
45
2. 刚架
静定刚架
50
广义荷载：还包括温度变化、基础沉陷、材 料收缩等。
荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。
荷载如果估计过大，则设计的结构会过于笨
重，造成浪费；荷载如果估计过低，则设计的结
构将不够安全。
荷载可以根据不同特征进行分类：
1、按荷载作用时间长短可分为：
恒载：永久作用在结构上的荷载。如自重等。
51
活载：荷载有时作用在结构上，有时又不作
中国万里长城是世界上修 建时间最长，工程量最大的
万里长城
冷兵器战争时代的国家军事
性防御工程，凝聚着我们祖 先的血汗和智慧，是中华民 族的象征和骄傲。秦始皇为 了修筑长城动用了30万人， 创造了人类建筑史上的奇迹。 在建筑材料和建筑结构 上以“就地取材、因材施用”的原 则，创造了许多种结构方法。有夯土、块石片石、砖石混合等 结构；在沙漠中还利用了红柳枝条、芦苇与砂粒层层铺筑的结 构。有“山险墙、劈山墙、关城、烽火台”延续建筑达2000 年。
国家大剧院
8Байду номын сангаас
国家大剧院内部
9
国家大剧院内部
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国家大剧院内部
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国家大剧院中心建筑为独特的壳体造型，高46.68米， 地下最深32.50米,周长达600余米，周围是面积达3.55万平 方米的人工湖水面。 1、6750吨钢梁架起中国第一大穹顶：壳体结构由一根 根弧形钢梁所组成，是目前我国跨度最大的壳体钢结构建筑。 如此巨大的钢架结构中间没有一根柱子支撑，重达6750吨 的钢结构完全可以依靠自身的力学结构体系来保证安全稳定。 它对壳体的整体稳定性、整体刚度和抗震、抗风荷载、抗雪 荷载及拼接、安装等都有很高的技术要求。 2、超深基础施工：地下最深达到32.5米，是目前北京 地区公共建筑最深的地下工程。 3、钛金属的安装：壳体表面钛板面积达3万平方米，由 18398块钛金属板组成。由于是椭圆体、双曲面，所以每块 钛板的形状，角度、弧度各不相同，加之钛金属板的厚度只 有0.44毫米，因此对加工、制作、安装技术要求很高。 4、石材全部国产：共使用了20多种天然石材。
空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。
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按计算特性分为静定结构和超静定结构。 静定结构：杆件的内力(包括反力)可由平衡条 件唯一确定； 超静定结构：杆件的内力(包括反力)由平衡条 件还不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才 能唯一确定。
三、 荷载
荷载：主动作用于结构的外力(自重、水压力和
土压力)。
(5) 研究在静荷载作用下，结构的极限承载力
的计算原理和方法；
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3、研究对象 研究由细长杆件组成的平面杆系结构:
梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
4. 研究内容 (1) 平面杆件体系的几何构造分析； 几何构造分析主要是讨论几何不变体系的组成 规律，因为只有几何不变体系才能作为结构来使用。 (2) 承载能力的计算(结构选定后) ； 内力分析：FN(轴力)、FQ(剪力)、M(弯矩)；
14
公 元 1174年 动 工， 1350 年 完工，是8层圆柱形建筑。塔 高54．5米，塔身墙壁底厚 约 4米，顶部厚2米多，从下 而上，外围8重拱形券门，由 底层15根圆柱，中间6层各 31根圆柱，顶层12根圆柱， 建成213个拱形券门而成。 塔由于造基不慎，到第3 层出现倾斜，被迫停建达一 个世纪，后来继续施工。建 成时，塔顶中心偏离垂直中 心线2．1米。600多年以来， 塔身继续而缓慢地倾斜，所 以称为“斜塔”。
39
3. 辊轴支座（活动铰支座） A
A
FyA
特点：
（1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； （2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。
40
4. 滑动支座（定向支座） A
A 模型 特点： （1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线位
MA
A
MA
Fy A
Fy A
移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
12
三峡大坝
2006年5月，全长2309米的三峡大坝全线建成，全线浇筑达
到设计高程海拔185米，是世界上规模最大的混凝土重力坝。
坝顶总长3035米，坝顶高程185米
13
印度泰姬 陵 是世界七 大建筑奇迹
印度泰姬陵
之一
陵墓主殿四角都有圆柱形高塔一座，特别的地方是每座塔
均向外倾斜12度，若遇上地震只会向四方倒下，而不会影 响主殿。
超静定刚架
刚架的特点： （1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆
件连结的结点多为刚结点；
（2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴
力。
46
3. 拱
FP
FH
三铰拱
拉杆
FH
FV
拉杆拱
FV
拱的特点：
无铰拱
（1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座 有水平推力FH （见图)； （2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。
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4. 桁架和组合结构
静定桁架
超静定桁架
特点： 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载 作用于结点上，各杆只受轴力；
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组合结构
特点：组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其
中梁式杆以受弯为主，内力不仅有轴力，还有弯矩
和剪力。 按空间观点分为平面结构和空间结构。 平面结构：各杆的轴线和外力作用线都在同一 平面内；
30
强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并
符合经济要求。
变形计算：在弹性范围内。 刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形 从而影响使用。 (3) 动力反应：动荷载作用下的动内力和动位 移(电机转动、地震等)。 动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载
作用下的动力反应----结构受到的地震力、结构的
53
但在不少情况下，设计者需要深入现场，结合实际 情况进行调查研究。才能对荷载作出合理的确定。
动，使结构能承受荷载，并且能够维持平衡。
合理形式：有效利用材料，使其性能得以充分
发挥。
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(2) 研究在静荷载作用下，结构的内力和变形 的计算原理和方法； (3) 研究在动荷载作用下，结构的动力反应 (动 内力、动位移)的计算原理和方法； (4) 研究在静荷载作用下，结构的稳定性的计 算原理和方法；
高等教育出版社
3
第一章 绪
论
§1-1 结构力学的内容和学习方法 §1-2 结构计算简图
4
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中承 受、传递荷载而起骨架作 用的部分称为结构。 如：房屋中的梁柱体 系、桥梁、水坝等等都是 工程结构的例子。 结构的作用：起承受 和传递荷载的作用。
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四、学习方法和注意事项
首先，要充分认识到结构力学课程对本专业的
重要性。
1、学习方法
(1) 一定注意分析方法和解题思路，从具体问
题的算法中学习分析问题的一般方法。
如：从“已知→未知”；“整体→局部→整体” 的方法。 (2) 认真听课、做好笔记，提高听课效果。
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(3) 多练，必须独立、高质量的完成作业。
意大利比萨斜塔
15
凯旋门建成 于1836年。 它只有一个 拱洞，上为 桶形穹窿， 高50米，宽 45米。
巴黎凯旋门
16
埃菲尔铁塔
17
吉隆坡石油双塔
18
桥梁
19
赵州桥
20
青马大桥