结构力学第1章绪论.ppt

结构力学教程(Ⅰ)主讲：2020/6/182第1章绪论2020/6/183内容§1.1结构力学的学科内容和教学要求§1.2结构的计算简图及简化要点§1.3杆件结构的分类§1.4荷载的分类§1.5方法论（1）——学习方法2020/6/184§1.1结构力学的学科内容和教学要求1.什么是结构？如：房屋中的梁柱体系、公路和铁路上的桥梁和隧洞、水工建筑物中的闸门和水坝、挡土墙等……。结构是指建筑物中承受并传递荷载而起骨架作用的部分。2020/6/185从几何角度对结构分类：1杆系结构:由杆件组成。杆件的几何特征：横截面长度l单杆杆件系统：梁(受弯构件)拱(受竖向载荷、有水平支座反力)桁架：由直杆组成，所有结点都是铰结点。刚架：也是由直杆组成，结点为刚结点。组合结构：由桁架和梁或刚架组合而成。2020/6/1862板壳结构:也称为薄壁结构，几何特征：厚度t长度和宽度3实体结构:结构的长、宽、高(a、b、h)在同一量级。构件：结构中的各个组成部分称为构件。壳体结构实体结构板计算简图2020/6/1810结构力学与材料力学、理论力学、弹塑性力学均有密切的关系理论力学着重讨论物体机械运动的一般规律。材料力学的分析对象：单个杆件结构力学：杆件体系弹塑性力学：实体结构其余三门力学着重讨论结构及其构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题2.结构力学的研究对象2020/6/1811结构力学的任务2*讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度和刚度的验算3讨论结构的稳定性以及在动力载荷作用下的结构反应1讨论结构的组成规律和合理形成，以及结构计算简图的合理选择进行强度、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。研究组成规律的目的，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。2020/6/1812在小变形、材料满足虎克定律的假设下综合考虑以下三方面的条件，建立各种计算方法。1、静力平衡；∑X=0,∑Y=0,∑M=0结构力学的研究方法3、应力与变形间的物理条件2、变形的几何连续条件2020/6/1813§1.2结构的计算简图及简化要点实际结构是很复杂的，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。选取结构计算简图的原则：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。影响计算简图选取的主要因素：1）结构的重要性：重要结构——精；次要结构——粗；2）设计阶段：初步设计——粗；技术设计——精；3）计算问题的性质：静力计算——精；动力计算——粗；4）计算工具：先进——精；简陋——粗。2020/6/1814结构简化的几个主要方面1、结构体系的简化一般结构实际上都是空间结构，各部相连成为一空间整体，以承受各方向可能出现的荷载。在多数情况下，常忽略一些次要的空间约束，而将实际结构分解为平面结构。3、结点的简化杆件间的连接区通常简化成为三种理想情况：（1）铰结点：约束各杆端不能相对移动，但可相对转动；可以传递力，不能传递力矩。（2）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，又可传递力矩。（3）组合结点：是一些杆端为刚结，另一些杆端为铰结。2、杆件的简化杆件用其轴线表示，杆件之间的连接区用结点表示，杆长用结点间距表示，荷载作用于轴线上。2020/6/18154、支座的简化（1）滚轴支座：约束杆端不能竖向移动，但可水平移动和转动。只有竖向反力。（2）定向支座：允许杆端沿一定方向自由移动，而沿其它方向不能移动，也不能转动。（3）固定端：约束杆端不能移动也不能转动，有三个反力分量。（4）铰支座：约束杆端不能移动，但可以转动。有两个互相垂直的反力，或合成为一个合力。5、材料性质的简化对组成结构的建筑材料，一般都假定为均匀连续、各向同性、完全弹性(或弹塑性)。6、荷载的简化体力和面力均简化为作用在轴线上的分布荷载和集中荷载。↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓结构的计算简图举例例1：桥梁lQPPQ横向荷载下纵向荷载铰结点刚结点组合结点例2：屋架计算简图沥青麻刀填充细石混凝土填充R（大小方向未知）XYMXY固定铰支座固定支座YMXM定向支座Y滚轴支座例3：厂房的计算简图细石混凝土填充↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓xyxyz超静定结构静定结构按连接方法，结构可分为：按计算方法，结构可分为：静定结构、超静定结构按空间概念，结构可分为：平面结构、空间结构1、梁3、桁架5、组合结构4、刚架2、拱§1.3杆件结构的分类平面结构空间结构荷载按作用时间的久暂可分为:1、恒载：长期作用于结构上且各个因素都不改变的荷载。2、活载：在施工和使用期间可能存在的可变的荷载。按作用位置是否改变可分为：1、固定荷载：作用位置固定不变。2、移动荷载：作用位置是移动的。（如吊车荷载）按作用性质可分为：1、静力荷载：大小、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢。2、动力荷载：随时间迅速变化或在短时间内突发荷载。§1.4荷载的分类荷载是主动作用于结构的外力。（支座反力是被动的约束力）2020/6/1828（a）立志(精神因素)人活着，要争气，要志存高远。读书三要盖士人读书，第一要有志，第二要有识，第三要有恒。有志则断不甘为下流（落后）；有识则知学问无尽，不敢以一得自足；有恒则断无不成之事。选自曾国藩《与弟书》§1.5方法论（1）——学习方法-------怎样思考，就有怎样的人生（心想才能事成）2020/6/1829成才三境古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界：“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。”此第一境也。“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。”此第二境也。“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。”--------此第三境也。选自王国维《人间词话》——第一境是说总结、理清前人的经验和理论。第二境是说深深思索，孜孜以求。第三境是说，一朝顿悟，豁然开朗，发前人之所未发，创造出属于自己的东西。2020/6/1830（b）学习方法有力争上游的志气，才能有志、有识、有恒，才能全身心的投入到学习中去，并发挥自己的积极性、主动性、自觉性。同时也要讲究学习方法。关于学习方法，首先想起的是华罗庚院士的形象比喻：由薄到厚，再由厚到薄。（加法）（减法）在学习中，还要会问、会用、注意创新。2020/6/18311、会加（1）勤于积累——这是成才的第一步，也是最基本的一步。人才的要素（知识、能力、素质）摄取和积累知识是培养能力的基础，也是研究创新的基础。“才须学也。非学无以广才，非志无以成学”（诸葛亮）（2）融会贯通（3）用心梳理（4）落地生根2020/6/18322、会减（1）概括的能力（2）简化的能力（3）统帅驾驭的能力（4）弃形取神的能力要培养对专业的兴趣、爱好，乐在其中知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子用“心”悟2020/6/18333、会问（1）多问出智慧（2）要会问（3）要追问（4）要问自己4、会用学而时习之（论语）。学习=学+习什么是“习”，通常把“习”理解为复习；更准确些，应把“习”理解为用，理解为实践。练习、实习、演习、习题、习作等等都是“习”，也就是用：应用和实践。“用”是“学”的继续、深化和检验。与“学”相比，“用”有更丰富的内涵。多面性、综合性、反思性、跳跃性、灵活性、牢固性、悟性、检验性学习的主动性2020/6/1834在结构力学的学习过程中，用的重点就是习题练习和校核。（1）习题作题练习，是学习工程计算学科的重要环节。不作一定数量的习题，就很难对基本概念和方法有深入的理解，也很难培养较好的计算能力。但是作题也要避免各种盲目性。不看书，不复习，埋头作题，这是一种盲目性。贪多求快，不求甚解，这是另一种盲目性。只会对答数，不会自己校核和判断，这也是一种盲目性。做错了题不改正，不会从中吸取教训，这又是一种盲目性。做错了题不改正，就是轻率地扔掉了一个良好的学习机会。希望大家不要放过一个似是而非的模糊概念，因为认识真理的主要障碍不是明显的谬误，而是似是而非的“真理”。错了，也要错个明白。2020/6/18352校核计算结果要经过校核。要养成校核习惯，学会自行校核的的本领。在实际工程中，计算人员要对自己交出来的计算结果负责。这种负责精神应当及早培养。出错是难免的。重要的是要会判断、抓错和改错。判断是对计算结果的真伪性和合理性作出鉴定。抓错是分析错误根源，指明错在哪里。改错是提出改正对策，得出正确结果。改错不易，判断、抓错更难。关于判断和校核，还可分为三个层次：细校，粗算和定性（另法）细校：细校是指详细的定量的校核。（毛估）粗算：粗算是指采用简略的算法对计算结果进行毛估，确定其合理范围。定性判断：定性判断是根据基本概念来判断结果的合理性，而不进行定量计算。不细算而能断是非，断案如神，既快又准，这是总工程师应具备的看家本领，也是每个工程师和有心人应及早学会的本领。这个“神”不是来自天上，而是来源于扎实的理论和经验的积累。5、创新科学精神的精髓是求实创新。创新：推陈出新，破旧立新，有推有出，有破有立。在学习中创新，在实践中创新创新意识要贯穿在整个学习过程中，在加、减、问、用各个方面都要着眼于创新，有心于创新。觅真理立巨人肩上，出新意于法度之中。2020/6/1837请大家课后认真思考、用心学习。找一本结构力学参考书（复习第一章，预习第二章内容）Chapter2结构的几何构造分析书目名称作者出版社出版时间结构力学杨天祥高等教育出版社1987结构力学（上、下）龙驭求、包世华高等教育出版社1994结构力学（2版）王焕定高等教育出版社2004结构力学解疑雷钟和清华大学出版社1996结构力学题解及考试指南邓秀太中国建材工业出版社1995※参考书目