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1、第一章 绪 论,1. 教学内容,结构力学的基本概念和基本学习方法,2. 学习目标,了解结构力学的基本研究对象、方法和学科内容;,明确结构计算简图的概念及几种简化方法,进一 步理解结构体系、结点、支座的形式和内涵。,理解荷载和结构的分类形式。,3. 本章目录,1.1 结构力学的学科内容和任务,1.2 结构的计算简图及简化要点,1.3 结构杆件的分类,1.4 荷载的分类,1.1 结构力学的学科内容和任务,结构力学(Structural mechanics) 土木工程类各专业重要的专业基础课。,讨论结构的组成规律和合理形式,以及结构计算简图 的合理选择。,主要研究任务:,讨论结构内力和变形的计算方法
2、,进行结构的强度和 刚度的验算;,讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反应;,使学生掌握系统的结构力学知识;提高结构计算能力,能熟练地分析计算土木工程结构的力学性能;培养学生的分析能力和科学作风;为学习有关专业课程(钢筋混凝土结构、钢结构、地基基础等)、为毕业后从事结构设计、施工和科研工作打好扎实的理论基础。,培养目标:,1.1.1 结构,常见的工程结构:,建筑结构,建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起 骨架作用的部分。,桥梁结构,隧道结构,地下结构,a 实景图,b 骨架图,c 受荷图,建筑结构,桥梁结构,武汉长江二桥位厂武汉长江大桥下游6.8公里处,全桥长4678米,其中正桥1877米
3、,设六车道;双塔双索面预应力砼斜拉桥,主跨400米,桥梁宽29.4米。,隧道结构,武汉长江隧道工程全长3609米,其中越江沉管段 1380米,江北岸坡隧道880米,江北引道段183米, 江南岸坡隧道1010米,江南引道段156米。横断面总 宽34.9米,总高9.2米,净高4.5米。,地下结构,水工结构,三峡大坝鸟瞰图,三峡大坝的闸门,三峡工程由大坝、水电站、通航建筑物等三大部分组成,坝轴线全长2309.47米,坝顶海拔高度185米。,其他,板壳,塔架,刚架,桁架,结构分类:,(1)按几何的角度,(2) 按建筑材料,混凝土结构 素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土,钢结构,钢混凝土组合结构 钢混凝
4、土梁板结构、钢骨混凝土结构 和钢管混凝土结构,砌体结构,木结构,(3) 按结构体系,墙体结构体系 砌体墙、钢筋混凝土剪力墙和钢骨混凝土剪力墙,框架结构体系,排架结构,框架剪力墙结构体系,筒体结构,(4) 按结构层数,单层、多层、高层,(5) 按空间作用,壳体结构、网架结构、悬索结构,收集身边的结构(图片),并加以分析。,课外作业,1.1.2 结构力学的研究内容和任务,(1)结构力学与相关力学课程的关系,理论力学: 研究物体机械运动的基本规律。 如物体静力平衡条件等。,材料力学: 研究杆件的强度、刚度和稳定性。 如杆件受拉(压)、弯曲、扭转时的应力计算; 材料强度条件;梁的变形计算;压杆稳定等。
5、,结构力学: 以杆件结构为主要研究对象,根据力学原理 研究在外力因素作用下结构的内力和变形,结构 的强度、刚度、稳定性和动力反应,以及结构的 几何组成规律。,(理解强度、刚度、稳定性、动力反应 及结构的几何组成规律的概念),弹塑性力学、振动力学、计算力学、水力学、断裂力学,(2) 研究任务,对实际结构的受力分析结合钢筋混凝土、 地基基础等课程,能够解决实际问题。,讨论结构的组成规律和合理形式,以及结构 计算简图的合理选择; 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; 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的 结构反应。,1.1.3 学习方法,注重力学概念; 活学活用,理论联系实
6、际; 多练,多想,提高计算能力; 培养自学能力,1.2 结构的计算简图及简化要点,结构的计算简图: 在结构计算中,用以代替实际结构,并反应 实际结构主要受力和变形特点的简化图形。,1.2.1 简化原则,反映结构主要受力特点,便于计算。,1.2.2 简化要点,(1)结构体系的简化,空间结构平面结构,当空间结构在某一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时,(2) 杆件的简化,用杆轴线代替杆件;用杆轴线构成的几何轮廓 代替原结构的几何尺寸。,a 平面图,c 计算简图,b 剖面图,(3) 杆件间连接的简化,结点:结构中杆件相互连接的部分。,刚结点:相互连接的杆件在连接处不能相对移动和 相对转动,即可传递
7、力,又能传递力矩。,铰结点:相互连接的杆件在连接处不能相对移动, 但可相对转动,即可传递力,但不能传递力矩。,厂房中的杯口基础与预制柱的连接: 细石混凝土现浇为刚性,采用柔性材料为铰接。,组合结点:节点F(其中D为铰节点,E为刚结点),(4) 支座的简化,支座:结构与基础的连接区; 广义而言支承结构或构件的各种装置。,(a)滚轴支座(活动铰支座)支杆,(b)固定铰支座(铰支座)铰,(c) 定向支座滑动支座,(d) 固定端支座固端,以上均为刚性支座。,引伸:,弹性支座: 荷载作用下结构本身产生弹性变形。 有伸缩弹性支座和旋转弹性支座。,假设:连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性 或弹塑性的。,(
8、5) 材料性质的简化,建筑材料通常为钢、混凝土、砖、石、木料等。,(6) 荷载的简化,体积力面积力分布力集中力,木料为各向异性材料(横纹与顺纹不同),1.3 杆件结构的分类,结构的分类实际上是计算简图的分类,1.3.1 梁,受弯构件,其轴线通常为直线。有单跨和多跨。,实例:砌体结构的梁。框架结构中的次梁。,连续梁,简支梁,1.3.2 拱,杆轴为曲线,在竖向力作用下产生水平反力的结构。,三铰拱,实例:拱桥,无铰拱,1.3.3 桁架,由若干直杆组成,所有结点为铰结点,杆只受轴力。,实例:塔架,1.3.4 刚架,刚架由直杆组成,其结点通常为刚结点。,1.3.5 组合结构,桁架和梁或刚架组合在一起的结
9、构。 桁架受轴力;梁或刚架主要受弯。,1.4 荷载的分类,荷载:主动作用于结构的外力, 如结构自重、水压力和土压力等。,恒载:长期作用于结构上的不变荷载。 特征:大小、方向、作用位置是不变的。 实例:结构的自重、安装在结构上的设备重量等。 活载:建筑物在施工和使用期间可能存在的可变荷载 实例:吊车荷载、结构上的人群、风、雪等荷载。,(1) 按作用时间的久暂,集中荷载:荷载的作用面积相对于总面积是微小的。 分布荷载:分布作用在一定面积或长度上的荷载, 如风、雪、自重等荷载。,(2) 按荷载的作用范围,固定荷载:作用位置固定不变的荷载。 如风、雪、结构自重等。,(3) 按荷载位置的变化,移动荷载:可以在结构上自由移动的荷载。 如吊车梁上的吊车荷载、公路桥梁上的汽车荷载,静力荷载:大小、方向和位置不随时间变化或变化 极其缓慢,不使结构产生显著的加速度。 如结构自重、楼面活载等; 动力荷载:随时间迅速变化或在短暂时间内突然作 用或消失,使结构产生显著的加速度。,车辆荷载、风荷载和地震荷载通常在设计中简化 为静力荷载,但在特殊情况下要按动力荷载考虑。,(3) 按荷载作用的性质,国家规范 GB50009-2001 建筑结构荷载规范,课外读物,