結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)

1、課程的性質(zhì)和任務(wù)： 培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算方面的能力。 本課程是土建專業(yè)的一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課，本課程的任務(wù)是: 在學(xué)習(xí)理論力學(xué)和材料力學(xué)等課程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握桿件結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理和方法，了解各類結(jié)構(gòu)的受力性能， 為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程及進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打好力學(xué)基礎(chǔ)。第1章 緒論1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)結(jié)構(gòu)在建筑物或構(gòu)筑物中用來(lái)承受荷載而起 骨架作用的部分。 1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算。材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)共同研究的問(wèn)題是：大概分工是：材力研究：?jiǎn)蝹€(gè)桿件的計(jì)算。結(jié)力研究：由桿件所組成的結(jié)構(gòu)。彈力研究：對(duì)桿件作更精確的分析， 并研 究板、殼、

2、塊體等非桿狀結(jié)構(gòu)。如: 橋梁、隧道、房屋、塔 架、擋土 墻、水池、 水壩等。結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)： （1） 研究結(jié)構(gòu)在載荷、溫度變化、支座移動(dòng) 等因素影響下的內(nèi)力計(jì)算及位移計(jì)算。（2） 研究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算，以及動(dòng)力荷載 作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。（3） 研究結(jié)構(gòu)的組成規(guī)則和合理形式等問(wèn)題。桿件結(jié)構(gòu)分：結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象：主要是桿件結(jié)構(gòu) 平面結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu)。 結(jié)力與其它課程的關(guān)系 后續(xù)課程為：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、橋梁、隧道、房建等。結(jié)構(gòu)力學(xué)為后續(xù)課程提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。 結(jié)力是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，數(shù)學(xué)、理力、材力等 是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的先修課程；1.2 荷載分類荷載是作用在結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)力。(1) 按作用時(shí)間

3、久暫分恒載：長(zhǎng)期作用在結(jié)構(gòu)上的不變荷載。如：自重、土壓力等。活載：暫時(shí)作用在結(jié)構(gòu)上的，大小 或位置 可以改變的 荷載 。如：列車、人群、風(fēng) 、雪等。(2)按位置是否變化分固定荷載：如：恒載、某些活載，風(fēng)、雪等。移動(dòng)荷載：如：列車、汽車、 吊車、人群等。(3)按產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)大小分 靜力荷載 如：打樁機(jī)的沖擊荷載、動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)荷載、風(fēng)、地震產(chǎn)生的隨機(jī)荷載靜力荷載動(dòng)力荷載 指荷載的大小、方向和位置不隨時(shí)間變化或變化很緩慢的荷載，不至于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的加速度，可以略去慣性力的影響。如：自重、其他恒載等。動(dòng)力荷載 指隨時(shí)間迅速變化的荷載，會(huì)引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)，產(chǎn)生不容忽視的加速度，必須考慮慣性力的影響。

4、(4).按分布情況分分布荷載： 面荷載 （KN/m2） 線荷載 （ KN/m）集中荷載： 點(diǎn)荷載 （KN）(5)其它 溫度變化、支座移動(dòng)、制造誤差、砼收縮、砼徐變等也會(huì)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或位移，廣義地講，這些因素也可視為靜力荷載。1.3結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖(3) 簡(jiǎn)化內(nèi)容荷載簡(jiǎn)化，桿件簡(jiǎn)化，支座 和結(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化(2) 簡(jiǎn)化原則從實(shí)際出發(fā)，表現(xiàn)主要特 點(diǎn)，略去次要因素。(1) 計(jì)算簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)化了的代替原結(jié)構(gòu)的計(jì)算 圖示。荷載簡(jiǎn)化：重物看作集中荷載。 自重看作均布荷載。例：圖1-1圖1-1桿件簡(jiǎn)化：用軸線代替了桿件。支座簡(jiǎn)化： 考慮到支承面有摩擦，梁不能左右移動(dòng)，但受熱膨脹時(shí)可伸長(zhǎng)，將一端視為固定鉸支座，另一端視

5、為活動(dòng)鉸支座。1.4 支座和結(jié)點(diǎn)的類型（限于平面結(jié)構(gòu)）支座把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)聯(lián)系起來(lái)的裝置稱為 支座。支座的作用傳遞荷載，固定結(jié)構(gòu)的位置。 圖1-3（1）活動(dòng)鉸支座作用：限制結(jié)構(gòu)沿垂直于支承面方向的移動(dòng) 。 一般情況下，跨度大于2025m的橋梁，用輥軸支座； 跨度小時(shí)，用搖軸支座或弧形支座。 RA通過(guò)鉸A中心，并與支承面垂直，但大小和指向未知。反力：只承受垂直于支承面方向的反力。 （2）固定鉸支座 (與可動(dòng)鉸支座的區(qū)別：無(wú)輥輪) 圖1-4作用：只允許結(jié)構(gòu)繞鉸A轉(zhuǎn)動(dòng),不能作水平、豎向移 動(dòng)。反力：RA過(guò)鉸A中心，但大小、方向未知。 用水平、豎向兩個(gè)分反力表示 （ HA、 VA）。（3）固定端支座 圖1

6、-5 作用：不允許結(jié)構(gòu)在支承處發(fā)生任何移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。反力：大小、方向、作用點(diǎn)均未知。表示: 水平反力HA、豎相反力VA、反力 偶MA。4）滑動(dòng)支座 （也稱定向支座、平行雙鏈桿座）表示：作用：結(jié)構(gòu)在支承處不能轉(zhuǎn)動(dòng)，不能沿垂直于支承面的方向移動(dòng)，但可沿支承面方向滑動(dòng)。應(yīng)用：利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，取一半結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)、機(jī)動(dòng)法作影響線時(shí)應(yīng)用，實(shí)際結(jié)構(gòu)不常見(jiàn)。反力：一個(gè)垂直于支承面的力和一個(gè)力偶（5）結(jié)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)中桿件相互聯(lián)結(jié)處稱為結(jié)點(diǎn)例：木屋架端結(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，其各桿端不能繞結(jié)點(diǎn)任意轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于聯(lián)結(jié)不可能很嚴(yán)密、牢固，因而桿件之間有發(fā)生相對(duì)微小轉(zhuǎn)動(dòng)的可能，所以簡(jiǎn)化為鉸結(jié)點(diǎn)。 2）剛結(jié)點(diǎn)：特征-各桿端之間不能發(fā)生任何相

7、對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)變形時(shí)各桿端切線之間夾角保持不變。1）鉸結(jié)點(diǎn)：特征-各桿可繞結(jié)點(diǎn)中心自由轉(zhuǎn)動(dòng)。如：鋼桁架 簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)取鉸結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)； 精確計(jì)算時(shí)取剛結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)。如：鋼筋砼屋架：構(gòu)造：把各桿焊接在結(jié)點(diǎn)板上，各桿端不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但桁架中桿件主要承受軸力，所以計(jì)算時(shí)仍然簡(jiǎn)化為鉸結(jié)點(diǎn)。這樣考慮，引起的誤差一般是允許的。例：排架的立柱與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)如圖：材料1、2若用細(xì)石砼， 簡(jiǎn)化為固定端支座。 圖1-10材料1 用細(xì)石砼，2用瀝青麻絲 ，簡(jiǎn)化為固定鉸支座。1.5 結(jié)構(gòu)的分類(1)按幾何特征分： 實(shí)體結(jié)構(gòu)：三個(gè)方向的尺度相近如：大壩、重力 式擋土墻薄壁結(jié)構(gòu)：厚度遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)尺度（長(zhǎng)、寬） 如：板、殼桿件結(jié)構(gòu)：長(zhǎng)度

8、遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)尺度（高 、寬） 如梁。桿件結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)、實(shí)體結(jié)構(gòu)(2)桿件結(jié)構(gòu)按受力特征分： 圖1-11 1)梁： 屬于受彎桿件，梁軸線一般為直線。梁的種類： 軸線為曲線，在豎向荷載作用下產(chǎn) 生水平反力2） 拱： 拱結(jié)構(gòu)的彎矩與跨度、荷載相同的梁相比小得多。常見(jiàn)的拱結(jié)構(gòu)：圖112 直桿組成，具有剛結(jié)點(diǎn)（至少有一個(gè) 剛結(jié)點(diǎn)）如圖1-13（a）所示 由直桿組成，所有結(jié)點(diǎn)均為鉸結(jié)點(diǎn)。集中力作用在結(jié)點(diǎn)上時(shí)，桿件只產(chǎn)生軸力3) 剛架：4）桁架：圖1-135） 組合結(jié)構(gòu)：6）懸索結(jié)構(gòu)： 由受彎桿件與鏈桿組成的結(jié)構(gòu)。 如：梁與桁架組合、剛架與桁架組合。圖1-14。主要承重構(gòu)件是懸掛在塔、柱上的纜索。索：只

9、受軸向拉力，可充分發(fā)揮鋼材的強(qiáng) 度，自重輕，可跨越很大跨度圖1-14(3).按桿軸線和外力的空間位置分：(4).按內(nèi)力是否靜定分： 平面結(jié)構(gòu)各桿軸線、外力均在同一平面內(nèi)空間結(jié)構(gòu)各桿軸線、外力均不在同一平面內(nèi)超靜定結(jié)構(gòu)只靠平衡條件不能確定全部反力 和內(nèi)力，必須考慮變形條件才能 確定。靜定結(jié)構(gòu)全部反力和內(nèi)力都可由靜力平衡條 件確定。1.6 結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)方法3）將計(jì)算結(jié)果運(yùn)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工。從分量上看 ，第二部分占比重大從理論聯(lián)系實(shí)際的角度看第一、三部分是重要環(huán)節(jié)(1).注意結(jié)構(gòu)力學(xué)與其它課程的關(guān)系。 對(duì)高數(shù)、理力、材力根據(jù)個(gè)人實(shí)際情況進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)，并在運(yùn)用中得到鞏固和提高。(2).注意

10、理論聯(lián)系實(shí)際從解決工程實(shí)際問(wèn)題的角度來(lái)看，結(jié)力內(nèi)容分三部分：1）將實(shí)際結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為計(jì)算簡(jiǎn)圖；2）研究各種計(jì)算簡(jiǎn)圖的計(jì)算方法；(3)注意分析問(wèn)題的方法與解題思路 通過(guò)大量的習(xí)題鞏固已學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，進(jìn)一步提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。(4)注意多練、完成作業(yè) 做題練習(xí)，是學(xué)習(xí)結(jié)力的重要環(huán)節(jié)，不做一定數(shù)量的習(xí)題很難掌握概念、原理和方法。對(duì)每種計(jì)算方法要掌握 基本原理，解題思路，適用范圍。課程的基本要求：學(xué)生在學(xué)完本課程之后應(yīng)能達(dá)到以下要求：1對(duì)一般的桿件結(jié)構(gòu)能選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖,并能分析其幾何組成。2熟練運(yùn)用取隔離體，列平衡方程的方法 對(duì)一般靜定結(jié)構(gòu)正確的進(jìn)行內(nèi)力分析。3理解影響線的概念，掌握靜力法作靜定梁、 桁架的影響線，會(huì)利用影響線求移動(dòng)荷載 下結(jié)構(gòu)的最