1.绪论-2015-10-14

结构力学张中俭土木工程教研室探工楼512办公室电话：010-8232262713426178532邮箱：[e-mail]高等学校教材建筑力学第三分册《结构力学》（第三版）湖南大学李家宝参考书：《结构力学》（第5版）李廉锟高等教育出版社教材：第一章绪论一、结构力学研究的对象和任务二、结构的计算简图三、杆件结构的类型四、荷载的分类1.结构力学的发展溯源古代工程实践近现代的发展与飞跃从“萌芽”到“独立”一、结构力学的研究对象和任务在建筑结构方面：①早在六千年前，我们祖先就已经建造了木框架结构房屋（木构件分为桩、柱、梁、板，采用榫卯联接），逐渐告别利用天然结构巢居和穴居的原始状态。（根据浙江余姚河姆渡新石器时代遗址考古）②三千年前《周礼》中的《考工记》就已经记载了各种建筑的形式和制式。★溯源古代工程实践山西应县佛宫寺释迦塔又称应县木塔，建于辽代，全木结构，高67.3m是国内现存最早的木塔，也是世界上最高的木结构建筑。在建筑结构方面：★溯源古代工程实践在建筑结构方面：浙江龙游石窟（至少宋代，可能西汉）★溯源古代工程实践温岭长屿硐天--至少宋代蛇蟠岛古地下采石场--至少宋代清风洞1号洞跨度40m，高度至少20m在水工结构方面：公元前256-251年秦朝修建的岷江水利枢纽工程都江堰创造了用竹笼装卵石堆砌的堤坝结构，使用至今，其结构之简单，规模之宏伟，堪称世界之最。★溯源古代工程实践在桥梁结构方面：①公元605-617年隋朝修建的河北赵县安济桥（也称赵州桥）为敞肩石拱桥，造型优美、结构合理。②宋代的广东潮州广济桥（开关活动式）。③福建泉州万安桥（即洛阳桥，筏形基础，蛎房胶固），其独特结构型式在世界上都绝无仅有。★溯源古代工程实践国外古代建筑选择古埃及人的金字塔、古希腊人的神庙和古罗马斗兽场为代表。★溯源古代工程实践埃及金字塔★溯源古代工程实践雅典神庙★溯源古代工程实践古罗马斗兽场★溯源古代工程实践★从“萌芽”到“独立”①15至16世纪，欧洲文艺复兴时期，科学事业有了转机，力学在欧洲萌芽。②17世纪，人们才开始研究材料强度，尝试用解析法来求构件的安全尺寸。③18世纪的工业革命更促进了单根构件强度和稳定性研究。④进入19世纪后，大型厂房、船舶、堤坝、铁路桥梁的兴建，提出更为复杂的结构计算问题，促进了板壳理论形成，以及桁架、连续梁、拱、吊桥、弹性地基梁、挡土墙等计算理论的诞生，奠定了结构分析的理论基础。⑤19世纪中叶，结构力学（也称结构理论）实际上已从力学中独立出来成为一门学科。★近现代的发展与飞跃①19世纪末，随着钢结构广泛应用，进一步推动结构分析理论的发展，建立了利用能量原理计算结构位移和应用力法计算超静定结构的一般理论，但主要的发展是桁架分析。②20世纪初，随钢筋混凝土框架结构型式的出现，又诞生了与高次超静定结构相适应的新的计算理论和方法，如位移法和力矩分配法。③20世纪中叶还发展了考虑塑性的结构计算理论、结构稳定计算和结构动力学计算理论。④1945年电子计算机的问世和广泛应用使结构分析如虎添翼，计算能力跃上一个新的台阶，出现以计算机为工具的结构矩阵分析法（即杆件系统的有限单元法）。⑤目前结构力学已进入有史以来发展最快的时期，其应用范围之广、应用水平之高已达到前所未有的程度。2.结构的定义一、结构力学的研究对象和任务建筑物实景图建筑物结构图去掉建筑围护及装饰部分等一、结构力学的研究对象和任务结构：承担荷载的建筑物和构筑物或其中的某些承重构件。一、结构力学的研究对象和任务结构由构件组成。建筑工程中的构件一般有:板、梁、柱、墙和基础等。板、梁柱房屋结构金茂大厦1998年建成88层420m混凝土核心筒，钢巨型外伸桁架,钢骨混凝土巨型柱上海环球金融中心492m上海中心大厦632m①①②②③③房屋结构杭州湾跨海大桥大桥工程全长36公里，海上段长度达32公里苏通大桥主跨跨径达到1088米主塔高度达到300.4米桥梁结构斜拉结构－上海南浦大桥桥梁结构悬索结构--伦敦塔楼桥梁结构水工大坝结构特种结构冷却塔—薄壁结构会展中心—薄膜结构3.结构的类型1）杆件结构——由若干长度远大于高度和宽度的杆件组成的结构。可分为平面杆件结构和空间杆件结构。一、结构力学的研究对象和任务平面结构：空间结构：一、结构力学的研究对象和任务3.结构的类型2）薄壁结构——厚度远小于其它两个方向尺寸的结构。如：板、壳、屋顶等。板壳一、结构力学的研究对象和任务3.结构的类型3）实体结构——三个方向的尺寸大致为同一量级的结构。如：大坝、挡土墙等。大坝一、结构力学的研究对象和任务4.结构力学的研究对象：平面杆件结构平面杆件结构：组成结构的所有杆件的轴线在同一平面内，且荷载也作用在该平面内的结构。一、结构力学的研究对象和任务一、结构力学的研究对象和任务各力学课程的比较学科研究对象研究任务理论力学质点、刚体物体机械运动的一般规律（静力学、运动学、动力学）材料力学单根杆件结构力学杆件结构弹性力学各种形状（杆件、板壳、实体结构）变形体的强度、刚度和稳定性衡量承载能力的三个方面结构设计理论的四大部分：荷载输入结构模型化结构反应分析——响应结构设计原则一、结构力学的研究对象和任务5.结构力学的研究任务1）研究体系的组成规律：保证体系各部分不致发生相对运动，使它能够承受荷载并维持平衡。（结构？）2）研究结构在外因作用下的强度计算，保证结构既“安全”又“经济”。（求内力）3）研究结构在外因作用下的刚度计算，保证结构不发生过大的实际不允许的位移。（求位移）4）研究结构的合理形式：有效利用材料，使其力学性能得到充分发挥。（结构优化）重点：最基本的计算原理和方法。一、结构力学的研究对象和任务二、结构的计算简图计算简图：结构计算中用以代替实际结构并能反映结构主要受力和变形特点的简化了的理想模型。选取原则：1）正确反映实际结构的主要工作性能。2）抓主要矛盾，力求计算简便。简化的内容：1）杆件的简化；2）支座和结点的简化；3）荷载的简化。例如:qP二、结构的计算简图11.杆件的简化：1）空间结构平面结构2）用杆件的轴线代替实际杆件。—直杆直线—曲杆曲线二、结构的计算简图2.支座的简化：活动铰支座RAy二、结构的计算简图2.支座的简化：固定铰支座RAyRAx二、结构的计算简图2.支座的简化：固定支座RAxRAyMA二、结构的计算简图2.支座的简化：RAyM定向支座二、结构的计算简图3.结点的简化：铰结点——所联接的各杆不能相对移动，但可相对转动；可以传递力，不能传递力矩。二、结构的计算简图3.结点的简化：刚结点——连接各杆端既不能相对移动，又不能相对转动；既可以传递力，又可以传递力矩。二、结构的计算简图3.结点的简化：组合结点：一些杆端为刚结，另一些杆端为铰结。铰结点和刚结点在一起形成。组合结点处的铰称为不完全铰。二、结构的计算简图三、杆件结构的类型根据平面杆件结构的组成特征和受理特点，主要有5种类型：梁、拱、刚架、桁架和组合结构。1.梁——受弯构件单跨梁多跨梁ABlABCP1P2EIEI2.拱——竖向荷载作用下产生水平反力的曲线型杆件结构。三、杆件结构的类型3.刚架——主要由刚节点组成的梁和柱的组合结构（可以有部分铰结点和组合结点，承弯为主）三、杆件结构的类型4.桁架——由直杆组成，但所有结点均为铰结点，在集中结点荷载作用下，各杆只产生轴力。（理想铰、平直杆、力结点）1324三、杆件结构的类型5.组合结构——由桁架和梁或桁架和刚架等组合在一起的结构。有些杆件只承受轴力，而另一些杆件则同时承受弯矩、剪力和轴力。ABl三、杆件结构的类型1、“结构上的作用”的定义直接作用（也称之为荷载）：能使结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等）的各种原因的总称不是作用力但同样引起结构效应的因素,包括：温度变化、材料的收缩和膨胀变形、地基不均匀沉降、地震、焊接等可归结为作用在结构上的力的因素。这里的“力”为集中力和/或分布力，包括：结构的自重，行人及车辆、物品的自重、风压力、土压力等间接作用：四、荷载的分类作用？荷载？2、“结构上的作用”的分类永久作用在结构使用期间，其值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用【例如】结构自重，土压力、水压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等可变作用在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用【例如】安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等偶然作用在结构使用期间，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间较短的作用【例如】地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等按随时间的变异分类固定作用在结构空间位置上具有固定的分布【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等可动作用在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布【例如】工业与民用建筑楼面上的人员、设备荷载、吊车荷载等按随空间位置的变异分类静态作用不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等动态作用使结构或结构构件产生不可忽略的加速度【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上的风荷载等按结构的反应分类本章作业1.杆件、支座、结点如何简化？2.根据所学知识，论述理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学的研究对象、研究内容、基本假定，并用自己的语言阐述四者之间有何关系。（可辅以表或图）