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第一章 绪 论
§1-1 结构力学的研究对象和任务
一、 结构的定义:由基本构件(如拉杆、柱、梁、板等)按照合理的方式所组成的构件的体系,
用以支承荷载并传递荷载起支撑作用的部分。
注:结构一般由多个构件联结而成,如:桥梁、各种房屋(框架、桁架、单层厂房)等。
最简单的结构可以是单个的构件,如单跨梁、独立柱等。
二、 结构的分类:由构件的几何特征可分为以下三类
1.杆件结构——由杆件组成,构件长度远远大于截面的宽度和高度,如梁、柱、拉压杆。
2.薄壁结构——结构的厚度远小于其它两个尺度,平面为板曲面为壳,如楼面、屋面等。
3.实体结构——结构的三个尺度为同一量级,如挡土墙、堤坝、大块基础等。
三、课程研究的对象
w 材料力学——以研究单个杆件为主
w 弹性力学——研究杆件(更精确)、板、壳、及块体(挡土墙)等非杆状结构
w 结构力学——研究平面杆件结构
四、课程的任务
1.研究结构的组成规律,以保证在荷载作用下结构各部分不致发生相对运动。探讨结构的合理形式,以便能有效地利用材料,充分发挥其性能。
2.计算由荷载、温度变化、支座沉降等因素在结构各部分所产生的内力,为结构的强度计算提供依据,以保证结构满足安全和经济的要求。
3.计算由上述各因素所引起的变形和位移,为结构的刚度计算提供依据,以保证结构在使用过程中不致发生过大变形,从而保证结构满足耐久性的要求。
§1-2 结构计算简图
一、计算简图的概念:将一个具体的工程结构用一个简化的受力图形来表示。
选择计算简图时,要它能反映工程结构物的如下特征:
1.受力特性(荷载的大小、方向、作用位置)
2.几何特性(构件的轴线、形状、长度)
3.支承特性(支座的约束反力性质、杆件连接形式)
二、结构计算简图的简化原则
1.计算简图要尽可能反映实际结构的主要受力和变形特点,使计算结果安全可靠;
2.略去次要因素,便于分析和计算。
三、结构计算简图的几个简化要点
1.实际工程结构的简化:由空间向平面简化
2.杆件的简化:以杆件的轴线代替杆件
3.结点的简化:杆件之间的连接由理想结点来代替
(1)铰结点:铰结点所连各杆端可独自绕铰心自由转动,即各杆端之间的夹角可任意改变。不存在结点对杆的转动约束,即由于转动在杆端不会产生力矩,也不会传递力矩,只能传递
轴力和剪力,一般用小圆圈表示。
(2)刚结点:结点对与之相连的各杆件的转动有约束作用,转动时各杆间的夹角保持不变,杆端除产生轴力和剪力外,还产生弯矩,同时某杆件上的弯矩也可以通过结点传给其它杆件。
(3)组合结点(半铰):刚结点与铰结点的组合体。
4.支座的简化:以理想支座代替结构与其支承物(一般是大地)之间的连结
(1)可动铰支座:又称活动铰支座、链杆支座、辊轴支座,允许沿支座链杆垂直方向的微小移动。沿支座链杆方向产生一个约束力。
(2)固定铰支座:简称铰支座,允许杆件饶固定铰铰心有微小转动。过铰心产生任意方向的约束力(分解成水平和竖直方向的两个力)。如预制柱插入杯形基础,四周用沥青麻丝填实。
(3)固定支座:不允许有任何方向的移动和转动,产生水平、竖直及限制转动的约束力。
(4)定向支座:又称滑动支座,允许杆件在一个方向上滑动,限制在另一个方向的运动和转动,提供两个约束力。
四、结构计算简图示例
例:单层工业厂房、框架结构、桁架结构
§1-3 平面杆件结构和荷载的分类
一、 平面杆件结构的分类
(一)按结构的受力特点分类
1.梁:是一种受弯构件,轴线常为一直线(水平或斜向),可以是单跨梁,也可以是多跨连续梁,其支座可以是铰支座、可动铰支座,也可以是固定支座。
2.刚架:由梁和柱组成,具有刚结点。刚架杆件以受弯为主,所以又叫梁式构件。各杆会产生弯矩、剪力、轴力,但以弯矩为主要内力。
3.桁架:由若干直杆在两端用铰结点连接构成。桁架杆件主要承受轴向变形,是拉压构件。
支座常为固定铰支座或可动铰支座,当荷载只作用于桁架结点上时,各杆只产生轴力。
4.组合结构:由梁式构件和拉压构件构成。即结构中部分是链杆,部分是梁或刚架,在荷载作用下,链杆中往往只产生轴力,而梁或刚架部分则同时还存在弯矩与剪力,
5.拱:一般由曲杆构成,在竖向荷载作用下有水平支座反力。拱内不仅存在剪力、弯矩,而且还存在轴力。
(二)按几何组成分类
1.静定结构:由静力平衡条件求解
2.超静定结构:由静力平衡条件和结构的变形几何条件共同求出。
二、荷载的分类
荷载是主动作用在结构上的外力,如结构自重、人群、水压力、风压力等。
(一)按作用范围分类
1.分布荷载:体荷载——面荷载——线荷载(均布、非均布)
2.集中荷载:如吊车轮压、汽车荷载等
(二)按作用时间分类
1.恒载:永久作用在结构上。如结构自重、永久设备重量。
2.活载:暂时作用在结构上。如人群、风、雪及车辆、吊车、施工荷载等。
(三)按作用位置的变化情况分类
1.固定荷载:作用位置固定不变的荷载,如所有恒载、屋楼面均布活荷载、风载、雪载等。
2.移动荷载:在荷载作用期间,其位置不断变化的荷载,如吊车荷载、火车、汽车等。
(四)按作用性质分类
1.静力荷载:荷载不变化或变化缓慢,不会是结构产生显著的加速度,可忽略惯性力的影响。
2.动力荷载:荷载(大小、方向、作用线)随时间迅速变化,使结构发生不容忽视的惯性力。例如锤头冲击锻坯时的冲击荷载、地震作用等。
§1-4 结构力学的学习方法
一、课程定位:土建工程专业的一门主要技术基础课,在专业学习中有承上启下的作用
二、学习方法
1.注意理论联系实际,为后续专业课的学习打基础
2.注意掌握分析方法与解题思路
3.注意对基本概念和原理的理解,多做习题
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