结构力学一绪论.pptx

1/84本章主要内容：本章主要内容：1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务；2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念；3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类；4 荷载的性质与分类荷载的性质与分类；5 结构力学问题的几个方面结构力学问题的几个方面;6 叠加原理叠加原理；7 计算方法计算方法；8 结构力学发展简史结构力学发展简史。第1页/共84页2/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务第2页/共84页3/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构 由若干简单构件如杆件、板件等按一定规则组成，并能承受由若干简单构件如杆件、板件等按一定规则组成，并能承受各种荷载作用的部分或整体各种荷载作用的部分或整体。如：工业厂房、民用房屋、桥梁、隧道、输电塔、电视塔、如：工业厂房、民用房屋、桥梁、隧道、输电塔、电视塔、伸臂式吊臂和桁架式吊臂、水利水电工程中的水坝、闸门、支臂伸臂式吊臂和桁架式吊臂、水利水电工程中的水坝、闸门、支臂结构。结构。它们承受着由工作装置传来的荷载、结构自重、风力、水压它们承受着由工作装置传来的荷载、结构自重、风力、水压力等荷载的作用，在外荷载的作用下，结构必须能保持其固有的力等荷载的作用，在外荷载的作用下，结构必须能保持其固有的几何形状而不发生破坏或产生超过某一容许范畴的大变形几何形状而不发生破坏或产生超过某一容许范畴的大变形结结构需满足构需满足强度强度、刚度刚度、稳定性稳定性要求。要求。第3页/共84页4/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构常州新北区工业厂房常州新北区工业厂房第4页/共84页5/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构常州奔牛镇民用房屋常州奔牛镇民用房屋第5页/共84页6/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构远眺常州新区远眺常州新区第6页/共84页7/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构上海金茂大厦上海金茂大厦第7页/共84页8/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构2007年年“蜘蛛侠蜘蛛侠”阿兰阿兰罗伯罗伯特攀爬金茂大厦特攀爬金茂大厦第8页/共84页9/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构上海世茂国际广场上海世茂国际广场新中央电视台新中央电视台第9页/共84页10/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构浦东国际机场浦东国际机场第10页/共84页11/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务一、结构一、结构三三峡峡工工程程永永久久船船闸闸闸闸门门龙门式起重机龙门式起重机第11页/共84页12/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类1杆件结构杆件结构（又称为杆件体系，杆系结构）：（又称为杆件体系，杆系结构）：由若干杆件按照一定的方式连接起来组合而成的体系由若干杆件按照一定的方式连接起来组合而成的体系 杆件的几何特征杆件的几何特征长度远远大于横截面的两个的尺寸（高、长度远远大于横截面的两个的尺寸（高、宽）宽）工程实例：闸门中的梁、桁架、钢电视塔工程实例：闸门中的梁、桁架、钢电视塔第12页/共84页13/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-杆件结构杆件结构南南京京长长江江大大桥桥第13页/共84页14/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-杆件结构杆件结构埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔第14页/共84页15/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类2板壳结构板壳结构：厚度远远小于长、宽厚度远远小于长、宽 平板结构：几何特征是平面形的平板结构：几何特征是平面形的(薄板结构、厚板结构薄板结构、厚板结构)钢筋混凝土楼板；钢筋混凝土楼板；平门、横拉门、平面人字门面板平门、横拉门、平面人字门面板 壳体结构：几何特征是曲面形的壳体结构：几何特征是曲面形的(薄壳结构、厚壳结构薄壳结构、厚壳结构)弧门面板、马鞍板弧门面板、马鞍板第15页/共84页16/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-板壳结构板壳结构节制闸节制闸第16页/共84页17/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-板壳结构板壳结构湖湖北北王王甫甫洲洲电电站站弧弧门门得克萨斯体育馆得克萨斯体育馆第17页/共84页18/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-板壳结构板壳结构常州奥体中心、会展中心、大剧院常州奥体中心、会展中心、大剧院第18页/共84页19/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类3块体结构块体结构：长、宽、高三个方向的尺寸相近长、宽、高三个方向的尺寸相近(数量级相同数量级相同)几何特征是呈块状的，且内部大多为实体。几何特征是呈块状的，且内部大多为实体。建筑物基础、重力堤坝、码头边坡处修建的挡土墙等建筑物基础、重力堤坝、码头边坡处修建的挡土墙等第19页/共84页20/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类4悬吊结构悬吊结构：悬吊结构的几何特征与杆件结构相类似，主要由仅能承受拉力悬吊结构的几何特征与杆件结构相类似，主要由仅能承受拉力的细长线材，如钢索、铁索或其他缆索等柔性构件组成。的细长线材，如钢索、铁索或其他缆索等柔性构件组成。优点：节省材料，自重很轻，可以做成很大的跨度，优点：节省材料，自重很轻，可以做成很大的跨度，缺点：刚度比较小缺点：刚度比较小适用于大跨度的轻型屋盖，大跨度的公路桥，跨越大山谷或大适用于大跨度的轻型屋盖，大跨度的公路桥，跨越大山谷或大河流的轻便人行索轿，山间交通运输的架空索道、大型体育场河流的轻便人行索轿，山间交通运输的架空索道、大型体育场建筑的顶盖等。建筑的顶盖等。第20页/共84页21/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-悬吊结构悬吊结构上海杨浦大桥为斜拉桥上海杨浦大桥为斜拉桥(462m)第21页/共84页22/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-悬吊结构悬吊结构江阴长江公路大桥江阴长江公路大桥(悬索桥悬索桥)建成于建成于1999年，主跨年，主跨1385m。特大跨径钢悬索桥。特大跨径钢悬索桥。第22页/共84页23/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-悬吊结构悬吊结构泰州长江大桥泰州长江大桥(悬索桥悬索桥)跨江主桥为世界首座三塔双跨特大跨径钢悬索桥，主桥及夹江桥跨江主桥为世界首座三塔双跨特大跨径钢悬索桥，主桥及夹江桥全长全长9.7269.726公里，公里，20072007年年1212月月2626日开工日开工,计划计划20112011年底建成。年底建成。第23页/共84页24/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-悬吊结构悬吊结构泰州长江大桥泰州长江大桥竞标方案竞标方案(斜拉桥斜拉桥)第24页/共84页25/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类5薄膜充气结构薄膜充气结构：利用充气受压的薄膜都能承受一定的外力的规律，使薄膜和和利用充气受压的薄膜都能承受一定的外力的规律，使薄膜和和加压的气体介质变成能承受荷载的结构。加压的气体介质变成能承受荷载的结构。按几何特征区分按几何特征区分敞开式充气结构：外形是敞开式的，如风筝、扬帆和降落伞等敞开式充气结构：外形是敞开式的，如风筝、扬帆和降落伞等封闭式充气结构：外形是封闭的，封闭式充气结构：外形是封闭的，气承式充气结构（用单层薄膜做成）气承式充气结构（用单层薄膜做成）气垫式充气结构（用双层薄膜做成）气垫式充气结构（用双层薄膜做成）如游泳馆、运动场、展览馆、会议厅、剧场、餐厅、仓库、如游泳馆、运动场、展览馆、会议厅、剧场、餐厅、仓库、暖房等的顶盖，高空探测气球、充气账篷、充气扶梯、充气桥暖房等的顶盖，高空探测气球、充气账篷、充气扶梯、充气桥梁、气垫船艇等梁、气垫船艇等第25页/共84页26/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-薄膜充气结构薄膜充气结构第26页/共84页27/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类6网架网架结构结构：网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸相对较小；这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件尺寸相对较小；这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。网架结构的优点是与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。网架结构的优点是用钢量小，整体性好，制作安装快捷，可用于复杂的平面形式，用钢量小，整体性好，制作安装快捷，可用于复杂的平面形式，缺点是杆件数量多，维护大，不够简洁，高空安装工作量大。缺点是杆件数量多，维护大，不够简洁，高空安装工作量大。适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。第27页/共84页28/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类-网架结构网架结构第28页/共84页29/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务二二、结构的分类、结构的分类杆件结构杆件结构板壳结构板壳结构块体结构块体结构悬吊结构悬吊结构薄膜充气结构薄膜充气结构网架结构网架结构第29页/共84页30/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务三三、研究对象、研究对象本课程的主要研究对象本课程的主要研究对象杆件结构杆件结构结构力学结构力学杆件结构力学（杆件体系结构力学）杆件结构力学（杆件体系结构力学）工程实际中，杆件结构应用最多，使用最为广泛的一种结构形工程实际中，杆件结构应用最多，使用最为广泛的一种结构形式。在所有工程的结构设计中，几乎都包含有杆件结构的设计。式。在所有工程的结构设计中，几乎都包含有杆件结构的设计。第30页/共84页31/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务四四、结构力学的任务、结构力学的任务1研究杆件结构的几何组成规律，使结构具有可靠的几何组研究杆件结构的几何组成规律，使结构具有可靠的几何组成和合理的组成方式；成和合理的组成方式；2研究杆件结构在荷载作用下，结构内力和位移的计算原理研究杆件结构在荷载作用下，结构内力和位移的计算原理与方法，从而保证结构能满足强度、刚度和稳定性的要求，达与方法，从而保证结构能满足强度、刚度和稳定性的要求，达到安全、适用和经济的目的；到安全、适用和经济的目的；荷载指广义荷载荷载指广义荷载外荷载、温度改变、支座不均匀位移、制外荷载、温度改变、支座不均匀位移、制造误差等造误差等3随着社会生产力的发展和新建筑材料的出现，创造新的结随着社会生产力的发展和新建筑材料的出现，创造新的结构形式，研究建立新的计算理论与方法。构形式，研究建立新的计算理论与方法。第31页/共84页32/841-1 结构力学的研究对象与任务结构力学的研究对象与任务五五、结构力学与前修后续课程的关系、结构力学与前修后续课程的关系理论力学理论力学 研究物体机械运动的一般规律研究物体机械运动的一般规律材料力学材料力学 研究单个杆件的强度、刚度和稳定性研究单个杆件的强度、刚度和稳定性结构力学结构力学 研究杆件结构的强度、刚度和稳定性，研究杆件结构的强度、刚度和稳定性，为钢结构、钢筋混凝土结构等后续专业课及结构设计提供为钢结构、钢筋混凝土结构等后续专业课及结构设计提供一般的计算原理与分析方法一般的计算原理与分析方法基础基础理论力学、材料力学理论力学、材料力学结构力学又称为结构力学又称为“结构分析结构分析”或或“结构理论结构理论”是一门专业基础课（技术基础课）是一门专业基础课（技术基础课）第32页/共84页33/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念第33页/共84页34/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念一一、计算简图、计算简图1结构计算简图结构计算简图(结构计算模型结构计算模型)：既能反映实际结构的主要受力特性、又便于计算的结构图既能反映实际结构的主要受力特性、又便于计算的结构图形形(力学模型力学模型)。它是在力学计算中实际结构的代表。它是在力学计算中实际结构的代表。实际结构一般很复杂，完全按照结构的真实情况去进行分实际结构一般很复杂，完全按照结构的真实情况去进行分析计算很难办到，大多不可能。析计算很难办到，大多不可能。但从实用观点来看是没有必要的但从实用观点来看是没有必要的 作一些简化、假设作一些简化、假设 (略去次要因素，保留其主要受力特性略去次要因素，保留其主要受力特性)计算切实可行计算切实可行第34页/共84页35/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念一一、计算简图、计算简图2选取结构计算简图的两个原则：选取结构计算简图的两个原则：(1)结构算简图必须能正确反映实际结构的主要受力特性，以结构算简图必须能正确反映实际结构的主要受力特性，以确保计算结果的可靠性；确保计算结果的可靠性；(2)在满足算精度要求的条件下，结构计算简图应当尽量简单，在满足算精度要求的条件下，结构计算简图应当尽量简单，使得计算方便可行。使得计算方便可行。(内力计算得到最大可能的简化内力计算得到最大可能的简化)第35页/共84页36/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念一一、计算简图、计算简图实际结构实际结构计算简图计算简图力学分析结果力学分析结果杆件截面的设计依据杆件截面的设计依据非常重要，必须首先解决的一个问题非常重要，必须首先解决的一个问题第36页/共84页37/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念一一、计算简图、计算简图注意：注意：对于同一个结构来说，计算简图并非是永远不变的对于同一个结构来说，计算简图并非是永远不变的结构设计的不同阶段，可采用不同的计算简图结构设计的不同阶段，可采用不同的计算简图 初步设计：可选用比较简单的计算简图初步设计：可选用比较简单的计算简图 (为了粗略估算杆件的截面为了粗略估算杆件的截面)最最后后设设计计(正正式式设设计计)：可可选选用用比比较较复复杂杂、更更能能反反映映实实际际情情况况的计算简图作精确计算的计算简图作精确计算 (为了作校核计算为了作校核计算)动力计算时可选用比较简单的计算简图动力计算时可选用比较简单的计算简图 (计算比较复杂计算比较复杂)静力计算时可选用比较复杂的计算简图静力计算时可选用比较复杂的计算简图 (计算相对简单计算相对简单)第37页/共84页38/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念一一、计算简图、计算简图荷载不同，可采用不同的计算简图荷载不同，可采用不同的计算简图 多层和高层刚架多层和高层刚架 竖向荷载作用下，一般假定刚架无侧移竖向荷载作用下，一般假定刚架无侧移 有水平荷载时，考虑刚架侧移的影响有水平荷载时，考虑刚架侧移的影响计算工具的不同，可采用不同的计算简图计算工具的不同，可采用不同的计算简图 手算：计算简图可取简单些手算：计算简图可取简单些 电算：计算简图可取复杂些电算：计算简图可取复杂些第38页/共84页39/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化1 1结构体系的简化结构体系的简化空间结构简化为平面结构空间结构简化为平面结构 (结构各部分联系的简化结构各部分联系的简化)严格说实际的结构都是空间结构，但是绝大多数空间结构严格说实际的结构都是空间结构，但是绝大多数空间结构的主要承重结构和力的传递路线，是由几个平面组合而成的。的主要承重结构和力的传递路线，是由几个平面组合而成的。因此在适当的条件下，根据受力状况和特点，可将空间结因此在适当的条件下，根据受力状况和特点，可将空间结构分解为几个平面结构，以简化计算。构分解为几个平面结构，以简化计算。第39页/共84页40/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化横向力横向力纵向力纵向力力力P 单独作用时单独作用时横梁横梁 AE/BF/CG/DH 基本不受力基本不受力力力P 单独作用时简化模型单独作用时简化模型力力F单独作用时，纵梁单独作用时，纵梁 AB/BC/CD/EF/FG/GH 基本上不受力基本上不受力力力F单独作用简化模型单独作用简化模型第40页/共84页41/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化横向力横向力纵向力纵向力 空间结构简化为平面结构空间结构简化为平面结构是有条件的，要按照具体结构是有条件的，要按照具体结构构造、受力特征、几何特征等构造、受力特征、几何特征等几方面综合考虑，几方面综合考虑，上例中：上例中：几个横向力不等而且相差几个横向力不等而且相差悬殊时，只能作为空间结构；悬殊时，只能作为空间结构；横向力横向力F 相等但和相等但和 F 平平行的各平面刚架尺寸不同且相行的各平面刚架尺寸不同且相差悬殊时，只能作为空间结构差悬殊时，只能作为空间结构第41页/共84页42/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化2杆件的简化杆件的简化 杆件用其轴线表示，杆件用其轴线表示，杆件的长度用结点间距离来计算，杆件的长度用结点间距离来计算，杆件自重近似地转移到轴线上去。杆件自重近似地转移到轴线上去。第42页/共84页43/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化3结点的简化结点的简化 结点结点(节点节点)：各杆件相互连接处称为：各杆件相互连接处称为“结点结点”杆件交点杆件交点 结点形式结点形式(按各种连接的约束效用及其力学特性区分按各种连接的约束效用及其力学特性区分)：铰节点铰节点；刚节点刚节点；混合节点混合节点(不完全铰节点不完全铰节点)；定向节点定向节点。第43页/共84页44/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(1)铰结点铰结点：几何特征几何特征各杆可绕此铰结点作相对转动各杆可绕此铰结点作相对转动 力学特性力学特性铰结点上的力矩为零铰结点上的力矩为零 (铰结点的杆端不存在转动约束作用，即不引起杆端力矩，铰结点的杆端不存在转动约束作用，即不引起杆端力矩，只能产生杆端轴力、剪力只能产生杆端轴力、剪力)单铰节点单铰节点复铰节点复铰节点第44页/共84页45/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(1)铰结点铰结点：钢桁架中结点，各杆钢桁架中结点，各杆借助于结点板用焊接、铆借助于结点板用焊接、铆接、螺栓连接，刚性较大，接、螺栓连接，刚性较大，各杆之间不能相互转动。各杆之间不能相互转动。但桁架杆件比较细长，但桁架杆件比较细长，主要承受轴向力，弯曲变主要承受轴向力，弯曲变形所产生的弯曲应力较小，形所产生的弯曲应力较小，故可以当作铰结点来处理。故可以当作铰结点来处理。第45页/共84页46/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(2)刚结点刚结点：几何特征几何特征:当结点发生位移时，各杆相互之间不能发生任何当结点发生位移时，各杆相互之间不能发生任何相对移动或转动。相对移动或转动。力学特性：即杆端会产生杆端力矩、剪力、轴力力学特性：即杆端会产生杆端力矩、剪力、轴力 (刚结点对杆端有防止相对转动的约束力矩存在刚结点对杆端有防止相对转动的约束力矩存在)单刚节点单刚节点复刚节点复刚节点第46页/共84页47/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(3)混合节点混合节点-不完全铰节点不完全铰节点：完全铰节点完全铰节点不完全铰节点不完全铰节点不完全铰节点不完全铰节点第47页/共84页48/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(4)定向节点定向节点：两杆连接起来、相互之间不能发生相对转动而只能沿某一两杆连接起来、相互之间不能发生相对转动而只能沿某一方向发生相对平移的结点。方向发生相对平移的结点。剪移定向结点（允许剪切平移）剪移定向结点（允许剪切平移）轴移定向结点（允许轴向平移）轴移定向结点（允许轴向平移）第48页/共84页49/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化4支座的简化支座的简化支座：将结构与基础或支承部分相连接的装置支座：将结构与基础或支承部分相连接的装置支座的作用：限制结构沿某一个或几个方向的运动，并产生相支座的作用：限制结构沿某一个或几个方向的运动，并产生相应的反作用力，使结构保持稳定平衡，并将结构上的荷载传递应的反作用力，使结构保持稳定平衡，并将结构上的荷载传递到基础或支承部分上去。到基础或支承部分上去。支座是限制结构运动的外部约束支座是限制结构运动的外部约束支座反力：支座对结构反作用力（约束反力支座反力：支座对结构反作用力（约束反力/约束力约束力/反力）反力）第49页/共84页50/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化平面结构的支座的五种主要类型平面结构的支座的五种主要类型(按约束效用区分按约束效用区分)：(1)活动铰支座活动铰支座仅能限制结仅能限制结构沿某一个方向移动构沿某一个方向移动 (可动铰支座、辊轴支座可动铰支座、辊轴支座)几何特征：结构可绕铰支座中几何特征：结构可绕铰支座中心自由转动，并可沿支承面作心自由转动，并可沿支承面作微小移动。微小移动。力学特性：只产生与支承面相力学特性：只产生与支承面相垂直的支座反力。垂直的支座反力。第50页/共84页51/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(2)固定铰支座固定铰支座能限制结构能限制结构沿两个方向的运动沿两个方向的运动几何特征：几何特征：结构可绕铰支座中心自由转结构可绕铰支座中心自由转动，但不能沿水平、竖向移动。动，但不能沿水平、竖向移动。力学特性：力学特性：能产生两个方向的反力：水能产生两个方向的反力：水平反力平反力Fx与竖向反力与竖向反力Fy第51页/共84页52/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(3)固定支座固定支座限制结构任何限制结构任何的移动或转动的移动或转动几何特征：几何特征：结构与支座相连处既不能结构与支座相连处既不能发生转动，又不能发生水平、发生转动，又不能发生水平、竖向移动。竖向移动。力学特性：力学特性：能产生三个反力：水平反能产生三个反力：水平反力力Fx、竖向反力、竖向反力Fy、反力偶、反力偶 M第52页/共84页53/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(4)定向支座定向支座能限制结构转动和沿一个方向移动，但可沿能限制结构转动和沿一个方向移动，但可沿另一个方向自由移动。另一个方向自由移动。力学特性：能产生两个反力：竖向反力力学特性：能产生两个反力：竖向反力Fy、反力偶、反力偶M第53页/共84页54/841-2 结构的简化与计算简图的概念结构的简化与计算简图的概念二二、结构、结构(杆件结构杆件结构)的简化的简化(5)弹性支座弹性支座在承受荷载在承受荷载(拉力、压力拉力、压力)的同时，本身将产生的同时，本身将产生一定的一定的(拉压拉压)弹性变形弹性变形q5荷载的简化荷载的简化集中力、集中力偶、分布力、分布力偶集中力、集中力偶、分布力、分布力偶第54页/共84页55/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类第55页/共84页56/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类一一、按计算特点划分、按计算特点划分1静定结构静定结构 在任意荷载作用下，结构的全部支反力和内力只要根据静力平衡在任意荷载作用下，结构的全部支反力和内力只要根据静力平衡条件就能完全确定条件就能完全确定。2超静定结构超静定结构 在任意荷载作用下，除应用静力平衡条件外，还需要考虑其它补在任意荷载作用下，除应用静力平衡条件外，还需要考虑其它补充条件充条件(结构的变形协调条件结构的变形协调条件)，才能求得其全部反力和内力，才能求得其全部反力和内力静定结构静定结构超静定结构超静定结构第56页/共84页57/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分1梁梁 一种受弯构件，其轴线通常为直线，也可以是折线或曲线一种受弯构件，其轴线通常为直线，也可以是折线或曲线 荷载垂直于梁轴，是一种荷载垂直于梁轴，是一种以弯曲变形为主以弯曲变形为主的结构，的结构，在荷载作用下，梁只产生弯矩和剪力在荷载作用下，梁只产生弯矩和剪力 梁可以是单跨的，也可以是多跨的梁可以是单跨的，也可以是多跨的 多跨静定梁多跨静定梁：静定的多跨梁：静定的多跨梁 连续梁连续梁：超静定的多跨梁：超静定的多跨梁 第57页/共84页58/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分1梁梁单跨静定单跨静定悬臂梁悬臂梁简支梁简支梁伸臂梁伸臂梁单跨超静定单跨超静定两端固定两端固定一端固定，一端铰支一端固定，一端铰支第58页/共84页59/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分1梁梁多跨静定多跨静定ABCDEFGHIJ连续梁连续梁第59页/共84页60/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分2拱拱 拱的轴线通常为曲线，其特点为：拱的轴线通常为曲线，其特点为：在竖向荷载作用在竖向荷载作用下，除产生竖向支反力外，还能产生水平反力下，除产生竖向支反力外，还能产生水平反力(水平推力水平推力)在一般情况下，在一般情况下，拱截面内有弯矩、剪力、轴力、等三种内拱截面内有弯矩、剪力、轴力、等三种内力，以轴力为主力，以轴力为主。工程中常用拱有：工程中常用拱有：三铰拱、两铰拱、无铰拱三铰拱、两铰拱、无铰拱第60页/共84页61/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分2拱拱P1P2ABfl三铰拱三铰拱FAxFAyFBxFBy两铰拱两铰拱无铰拱无铰拱第61页/共84页62/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分3桁架桁架 全部由链杆和铰结点组成，荷载作用在结点上。全部由链杆和铰结点组成，荷载作用在结点上。理想桁架的各杆只产生轴力和轴向变形理想桁架的各杆只产生轴力和轴向变形 梁式桁架梁式桁架(支座性质与梁的支座相同支座性质与梁的支座相同)拱式桁架拱式桁架(支座性质与拱的支座相同支座性质与拱的支座相同)第62页/共84页63/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分3桁架桁架梁式桁架梁式桁架ABCDE拱式桁架拱式桁架第63页/共84页64/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分4刚架（框架）刚架（框架）由梁和柱等直杆全部或部分采用刚性连接组合而成的结构由梁和柱等直杆全部或部分采用刚性连接组合而成的结构 平面刚架以弯曲变形为主，在荷载的作用下，通常产生弯矩、剪力、轴平面刚架以弯曲变形为主，在荷载的作用下，通常产生弯矩、剪力、轴力三种内力力三种内力 有单跨单层、多跨单层、单跨多层、多跨多层。有单跨单层、多跨单层、单跨多层、多跨多层。单跨单层单跨单层多跨单层多跨单层第64页/共84页65/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分4刚架（框架）刚架（框架）单跨多层单跨多层多跨多层多跨多层第65页/共84页66/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分5组合结构组合结构 由只承受轴向力的链杆和主要承受弯曲的刚架杆件组合由只承受轴向力的链杆和主要承受弯曲的刚架杆件组合形成的结构形成的结构桁架式吊车梁桁架式吊车梁ABC第66页/共84页67/841-3 杆件结构的形式与分类杆件结构的形式与分类二二、按结构形式划分、按结构形式划分6悬吊结构悬吊结构 以仅能承受拉力的柔性缆索作为主要受力构件以仅能承受拉力的柔性缆索作为主要受力构件桥梁工程中，常用的悬吊结构：桥梁工程中，常用的悬吊结构：柔式柔式(无加劲梁或加劲桁架的无加劲梁或加劲桁架的)悬索桥、悬索桥、劲式劲式(有加劲梁或加劲桁架的有加劲梁或加劲桁架的)悬索桥、悬索桥、缆索倾斜设置的斜拉桥缆索倾斜设置的斜拉桥建筑工程中，房屋顶盖结构：建筑工程中，房屋顶盖结构：单曲悬索结构单曲悬索结构屋顶形成一个柱面屋顶形成一个柱面双曲悬索结构双曲悬索结构其屋顶则形成一个曲面其屋顶则形成一个曲面 (凹进、凸出或鞍形的凹进、凸出或鞍形的)第67页/共84页68/841-4 载荷的性质与分类载荷的性质与分类第68页/共84页69/841-4 荷载的性质与分类荷载的性质与分类一一、荷载、荷载作用在结构上的作用在结构上的主动主动外力外力(注：支反力也是结构外力，但不是荷载注：支反力也是结构外力，但不是荷载)二二、荷载分类、荷载分类1按荷载作用的范围分按荷载作用的范围分 分布荷载：分布作用于一定面积或一定长度上的荷载分布荷载：分布作用于一定面积或一定长度上的荷载 (结构自重、风荷载、水压力结构自重、风荷载、水压力)均布荷载是特例均布荷载是特例 集中荷载：集中作用于一点上的荷载集中荷载：集中作用于一点上的荷载第69页/共84页70/841-4 荷载的性质与分类荷载的性质与分类二二、荷载分类、荷载分类2按荷载作用的时间长短分按荷载作用的时间长短分恒恒(荷荷)载载(永久荷载永久荷载)：长期或较长时间作用在结构上不变动的荷载长期或较长时间作用在结构上不变动的荷载 (结构自重、固定设备重量、重力坝自重、闸墩、水压力结构自重、固定设备重量、重力坝自重、闸墩、水压力)活活(荷荷)载载(临时荷载临时荷载)：短期或临时作用在结构上可变动的荷载短期或临时作用在结构上可变动的荷载 (桥梁上的车辆荷载、以及风载、雪载、人群桥梁上的车辆荷载、以及风载、雪载、人群)活荷载按其作用在结构上的位置是否可变还可分为活荷载按其作用在结构上的位置是否可变还可分为 定位活荷载：位置固定不变但大小或方向可变的活定位活荷载：位置固定不变但大小或方向可变的活(荷荷)载载 (水塔中水量、风载、雪载水塔中水量、风载、雪载)移动活荷载：位置可移动的荷载移动活荷载：位置可移动的荷载 (桥梁上的车辆、人群桥梁上的车辆、人群)第70页/共84页71/841-4 荷载的性质与分类荷载的性质与分类二二、荷载分类、荷载分类3按荷载作用的性质分按荷载作用的性质分 (按是否会引起结构振动或是否考虑动力效应分按是否会引起结构振动或是否考虑动力效应分)静静(力力)(荷荷)载载：施加荷载的速度非常缓慢：施加荷载的速度非常缓慢 荷载由零逐渐地增加到最后值荷载由零逐渐地增加到最后值 在这样的加载过程中，结构不引起明显的加速度在这样的加载过程中，结构不引起明显的加速度 (加速度很小，可以忽略不计加速度很小，可以忽略不计)因此，认为没有惯性力产生因此，认为没有惯性力产生(不考虑惯性力的影响不考虑惯性力的影响)如：闸门自重、水压力如：闸门自重、水压力动动(力力)(荷荷)载载：荷载的大小、方向、位置随时间迅速变化，结：荷载的大小、方向、位置随时间迅速变化，结构产生加速度，必须考虑惯性力的影响。构产生加速度，必须考虑惯性力的影响。如：高耸建筑物上的风力、波浪压力如：高耸建筑物上的风力、波浪压力 在结构设计计算中，常把动力荷载的峰值在结构设计计算中，常把动力荷载的峰值动力系数动力系数(1)，按等效静力，按等效静力荷载计算；遇到特殊情况时，才按动力荷载进行计算。荷载计算；遇到特殊情况时，才按动力荷载进行计算。结构荷载规范等。结构荷载规范等。第71页/共84页72/841-4 荷载的性质与分类荷载的性质与分类二二、荷载分类、荷载分类4其它外界因素其它外界因素广义的荷载广义的荷载 温度变化、支座移动、构件制造误差、材料收缩等温度变化、支座移动、构件制造误差、材料收缩等第72页/共84页73/841-5 结构力学问题的几个方面结构力学问题的几个方面第73页/共84页74/841-5 结构力学问题的几个方面结构力学问题的几个方面一一、静力平衡条件、静力平衡条件结构整体平衡结构整体平衡 每个单元体也平衡每个单元体也平衡对每个隔离体都必须满足对每个隔离体都必须满足结构整体、某一单元结构整体、某一单元(有限单元有限单元体、微分单元体体、微分单元体)动力荷载作用下，要考虑惯性力动力荷载作用下，要考虑惯性力。二、变形协调条件二、变形协调条件 结构物假设为连续体所组成，内部充满着密实的物质而无结构物假设为连续体所组成，内部充满着密实的物质而无缝隙。若取隔离体把整个结构分割成若干单元体，则在结构发缝隙。若取隔离体把整个结构分割成若干单元体，则在结构发生变形前后，这种连续性始终保持。即：每个单元体虽发生变生变形前后，这种连续性始终保持。即：每个单元体虽发生变形，但当它们重新组合时，彼此仍紧密地联系在一起形成一个形，但当它们重新组合时，彼此仍紧密地联系在一起形成一个整体。整体。第74页/共84页75/841-5 结构力学问题的几个方面结构力学问题的几个方面三三、物理关系、物理关系(力与位移或变形的关系力与位移或变形的关系)EIABlPi=1Kd dKiEIABlPiKD DKi D D=d d P P=k D D上述条件在整个结构中完全满足，解答是唯一精确的上述条件在整个结构中完全满足，解答是唯一精确的有些条件不能严格地满足，解答是近似解有些条件不能严格地满足，解答是近似解第75页/共84页76/841-6 叠加原理叠加原理第76页/共84页77/841-6 叠加原理叠加原理一一、叠加原理、叠加原理 由若干因素共同作用时所产生的效果由若干因素共同作用时所产生的效果(内力、变形等内力、变形等)，等，等于其每个因素单独作用时所产生的效果的总和。于其每个因素单独作用时所产生的效果的总和。这个原理是小变形弹性结构计算中带有普遍性的原理，是这个原理是小变形弹性结构计算中带有普遍性的原理，是近似近似的，它能使的，它能使计算简化计算简化并并计算结果能达到相当精确的程度计算结果能达到相当精确的程度。第77页/共84页78/841-6 叠加原理叠加原理二二、叠加原理应满足的条件、叠加原理应满足的条件变形很小；允许以变形前的结构原始尺寸作为计算的依据；材料是服从虎变形很小；允许以变形前的结构原始尺寸作为计算