結(jié)構(gòu)力學(xué)講稿

1、第一章 緒論 1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)一、力：物體之間的相互作用；力學(xué)：理論力學(xué)，彈性力學(xué)，材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，塑性力學(xué)，粘塑性力學(xué)，液體力學(xué)，斷裂力學(xué)等結(jié)構(gòu):用建筑材料組成在建筑物中承擔(dān)荷載并起骨架作用的部分，稱為結(jié)構(gòu)。如梁、柱、樓板、橋梁、堤壩及碼頭等。結(jié)構(gòu)力學(xué)：研究桿件結(jié)構(gòu)的組成形式及外因作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問 題。構(gòu)件：結(jié)構(gòu)中的各個(gè)組成部分稱為構(gòu)件。二、結(jié)構(gòu)的類型：從結(jié)構(gòu)型式劃分：磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體 結(jié)構(gòu)等；從建筑材料劃分：磚石結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等；從空間角度劃分：平面結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)等以上結(jié)構(gòu)從幾何角度來分，有

2、：桿系結(jié)構(gòu)：由桿件組成，桿件的長度遠(yuǎn)大于其橫截面的寬度和高度，這是本 課的研究內(nèi)容。板殼結(jié)構(gòu)：厚度尺寸遠(yuǎn)小于長度和寬度，即薄壁結(jié)構(gòu)；彈性力學(xué)實(shí)體結(jié)構(gòu)：長、寬、高三個(gè)幾何尺寸屬于同一數(shù)量級(jí)；彈性力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)研究對(duì)象：平面桿系結(jié)構(gòu)注：結(jié)構(gòu)力學(xué)：常指狹義的方面，即桿件結(jié)構(gòu)力學(xué)。三、任務(wù)：（土木工程項(xiàng)目建設(shè)過程）1）業(yè)主投資：可行性研究、報(bào)建立項(xiàng)、城建規(guī)劃土地批文、招標(biāo)投標(biāo)2）設(shè)計(jì)：方案、（工藝）、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備（水暖電火自控）初步、技術(shù)、施 工3）施工（承包人、材料供應(yīng)、運(yùn)輸、保險(xiǎn)、質(zhì)檢、定額、銀行）、投入運(yùn)行4）全過程控制：監(jiān)理5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)方案（合理布置）、豎向承重體系、水平承重體系、附屬

3、結(jié)構(gòu) 體系、施工圖6）初步方案+尺寸+材料、外力（靜動(dòng)荷載+支座反力）、內(nèi)力（應(yīng)力）+位移（應(yīng) 變變形）、強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性設(shè)計(jì)動(dòng)力響應(yīng)、最后尺寸材料（鋼、木、鋼筋混凝 土、組合）（修正或驗(yàn)證）四、為了使結(jié)構(gòu)既能安全、正常地工作，又能符合經(jīng)濟(jì)的要求，就要對(duì)其進(jìn) 行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性（三種破壞形式）的計(jì)算。材料力學(xué)：研究單個(gè)桿件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性問題；結(jié)構(gòu)力學(xué)：以桿件結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象；彈性力學(xué)：對(duì)桿件作更精確的分析，并以板、殼、塊體等實(shí)體結(jié)構(gòu)為研究對(duì) 象。五、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù):研究結(jié)構(gòu)的組成規(guī)則和合理形式等問題（組成規(guī)則：保證結(jié)構(gòu)各部分之間不能 發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以承擔(dān)預(yù)定的荷載；合理形式：為了充分發(fā)揮結(jié)

4、構(gòu)的性能，更有效地利用材料，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。）更有效地利用材料，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的目的。）（2）研究結(jié)構(gòu)在外界因素（如荷載、溫度變化及支座移動(dòng)）的影響下，結(jié)構(gòu)的反力、 內(nèi)力和位移的計(jì)算原理和方法。求出內(nèi)力和位移后，可根據(jù)材料力學(xué)按強(qiáng)度 條件和剛度條件來選取或驗(yàn)算各桿的截面尺寸，這已不是結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究方 法。（3）研究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保證不會(huì)失穩(wěn)破壞，如柱子細(xì)長問題以及在動(dòng)力荷載 作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。上述各處方面（強(qiáng)度、剛度、合理形式及穩(wěn)定性）都與內(nèi)力密切相關(guān)。因此， 各種結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法成為研究重點(diǎn)。 1_2荷載的分類一、定義：荷載：主動(dòng)作用在結(jié)構(gòu)上的外力。自重、風(fēng)、地震廣義荷載：外力

5、、溫度改變、支座沉降、制造誤差、材料的收縮及松馳、地震 作用、風(fēng)荷載作用（效應(yīng)）：引起結(jié)構(gòu)受力或變形的外因。進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算前，確定荷載大小很關(guān)鍵：若估計(jì)過大，消耗材料，浪費(fèi)；若估 計(jì)過小，無法保證結(jié)構(gòu)的安全。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范二、分類：1、按作用時(shí)間的久暫：恒載：（永久、長期）自重活載：（暫時(shí)，大小方向作用點(diǎn)隨時(shí)間變化）人群、雪、風(fēng)可動(dòng)：在結(jié)構(gòu)上可能占有任意位置的活荷載移動(dòng)：一組相互平行、間距不變，且在結(jié)構(gòu)上移動(dòng)的活荷載（吊車、車輛 在橋上移動(dòng)）2、作用面積范圍：分布面積/結(jié)構(gòu)尺寸的相對(duì)比值，按分布情況：集中荷載、分布荷載（特例：均 布荷載）3、作用性質(zhì)（對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)）：靜力荷載：略去慣性

6、力的影響，大小方向作用點(diǎn)不隨時(shí)間變化或變化極為緩 慢，無加速度。動(dòng)力荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不容忽視的加速度，沖擊、振動(dòng)。隨時(shí)間變化迅速或在短時(shí)間內(nèi)突然作用或突然消失、動(dòng)力效應(yīng)不大的動(dòng)力荷 載可以簡化為靜力荷載4、接觸方式：直接、間接，主次梁體系，（繪圖表示）間接荷SIL間接荷戴誦常也耕為秘靜5、作用位置：固定荷載、移動(dòng)荷載6、按荷載規(guī)范：主要荷載：指結(jié)構(gòu)在正常使用條件下經(jīng)常作用著的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、車輛荷載；附加荷載：指不經(jīng)常作用的荷載，如風(fēng)壓力、溫度變化等；特殊荷載：指特殊事故引起的或在特殊情況下才發(fā)生的荷載，如地震作用、 因部分結(jié)構(gòu)損壞引起的載荷等。 1-3結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖一、實(shí)際結(jié)構(gòu)：十分復(fù)雜，

7、完全按照原結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行分析是不可能的，也 是不必要的，因此，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算之前，必須加以簡化，略去不重要 的細(xì)節(jié)，顯示其基本特點(diǎn)，用一個(gè)簡化的圖形來代替實(shí)際結(jié)構(gòu)。計(jì)算簡圖：意義：實(shí)際結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，分析前，將其實(shí)體結(jié)構(gòu)加以簡化，用 一個(gè)簡化的圖形來代替實(shí)際結(jié)構(gòu)。計(jì)算簡圖要慎重選取：若細(xì)節(jié)一一考慮，工作 量大，也不為人所接受；若太簡單，不能反映實(shí)際受力情況，造成工程事故。選擇計(jì)算簡圖的原則：從實(shí)際出發(fā)一計(jì)算簡圖要反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要性能；分清主次，略去細(xì)節(jié)一計(jì)算簡圖要便于計(jì)算。二、簡化方法：四方面簡化(結(jié)合廠房承重結(jié)構(gòu)體系)(1)結(jié)構(gòu)體系簡化：空間結(jié)構(gòu)一平面結(jié)構(gòu)、例如圖示多層框架結(jié)構(gòu)體

8、系桿件簡化：一維桿件，截面尺寸比桿件長度小得多，且截面上應(yīng)力可以根據(jù)截面的內(nèi)力來確定，用軸線代替桿件。桿件長度即結(jié)點(diǎn)間距，荷載作用點(diǎn)移 到軸線上。如拱：圓弓瓜；結(jié)點(diǎn)簡化：根據(jù)結(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)和構(gòu)造情況而定。影響結(jié)點(diǎn)受力狀態(tài)的因素有：一是結(jié)點(diǎn)的構(gòu)造情況，另一就是結(jié)點(diǎn)的幾何組成情況結(jié)點(diǎn)：桿件的匯交點(diǎn)，一般簡化成以下三種形式：鉸結(jié)點(diǎn)：各桿在連接區(qū)不能相對(duì)移動(dòng)，但可繞該節(jié)點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，即可以傳遞力，但不能傳遞力矩，示意（a）剛結(jié)點(diǎn)：各桿在連接區(qū)既不能相對(duì)移動(dòng)，也不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)（各桿軸線間夾 角變形前后一致），即可以傳遞力，也可以傳遞力矩。如現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)點(diǎn)。 示意（b）組合結(jié)點(diǎn)：同時(shí)具有以上兩種節(jié)點(diǎn)的特征

9、。示意（c）單鉸與復(fù)鉸單剛結(jié)點(diǎn)及復(fù)雜剛結(jié)點(diǎn)（4）支座簡化：支座：結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)裝置。支座將產(chǎn)生支座反力，因此在結(jié)構(gòu)計(jì)算中所選用 的支座簡圖必須與支座的實(shí)際構(gòu)造和變形相符合。通常有以下幾種： 活動(dòng)鉸支座（滾軸支座）：在支承部分有一個(gè)釵結(jié)構(gòu)或類似于釵結(jié)構(gòu)的裝置。構(gòu)件 繞釵心轉(zhuǎn)，并沿支承面移動(dòng)。反力只有豎向力Y,（固定）鉸支座：被支承的部分可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能移動(dòng)，能提供兩個(gè)反力X、Y。 支座反力通過釵點(diǎn)，但方向大小未定，一般處理方法將這種支座反力分解成互相 垂直的支座反力，其方向任意選定，最后由計(jì)算結(jié)果的正負(fù)確定方向。固定支座：被支承的部分完全被固定，不發(fā)生任何移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，能提供三個(gè)反 力 X、Y、M

10、滑動(dòng)支座（定向支座）：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 方向滑動(dòng)，能提供反力矩M和一個(gè)反力，（不多見，常在對(duì)稱法計(jì)算中及機(jī)動(dòng)法 研究影響線中用）（示意支座畫法、支座反力、及在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用）以上為剛性支座：支座在外荷載作用下本身不產(chǎn)生變形；彈性支座：實(shí)際工程中，支承部分有一定的彈性。在外荷載作用下支座產(chǎn)生變形，從而影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，其反力與結(jié)構(gòu)支承端相應(yīng)的位移成正比；（5）荷載簡化：荷載簡化為作用在桿件軸線上。風(fēng)、地震作用簡化作用面積不大：按集中荷載考慮；作用面積較大：按分布荷載考慮；相聯(lián)作用給予的反作用力：力偶荷載；最后化成三大作用：線荷載、集中荷載及力偶荷載。（6）材料

11、性質(zhì)簡化：材料假設(shè)為連續(xù)的、均勻的、各向同性的、完全彈性或彈塑性的。例：框架結(jié)構(gòu)的框架計(jì)算選擇合適計(jì)算簡圖的重要性、可變性、復(fù)雜性，主要根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際。同一結(jié)構(gòu)，要求不同，可以簡化為不同的計(jì)算簡圖。 1-4桿件結(jié)構(gòu)的分類按軸線和外力的空間位置劃分：平面結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)按桿件聯(lián)結(jié)性質(zhì)劃分：鉸結(jié)結(jié)構(gòu)：桁架剛結(jié)結(jié)構(gòu)：剛架混合結(jié)構(gòu)：桿系結(jié)構(gòu)按其受力特性不同可分為：1、梁：桿件軸線一般為直線（除曲梁），可以是單個(gè)桿件，也可以是多個(gè)桿件，有單多跨之分。受彎構(gòu)件，M、V。軸線常為直線簡支梁 外伸梁 懸臂梁 多跨靜定梁 單跨超靜定梁連續(xù)梁（圖示）2、拱：軸線為曲線，在豎向荷載作用下會(huì)產(chǎn)生水平反力（推力），M、N、V3、剛架：由許多梁柱組成，結(jié)點(diǎn)以剛結(jié)點(diǎn)為主，各桿主要受彎，柱子附帶受 軸力。M、V、N4、桁架：由許多直桿組成，所有結(jié)點(diǎn)全是釵結(jié)點(diǎn)，只有結(jié)點(diǎn)荷載作用時(shí)，各 桿只有軸力。屋架、吊車、大跨5、組合結(jié)構(gòu)：存在組合結(jié)點(diǎn)。