结构力学-课堂笔记.doc

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第一章绪论

一、教学内容

结构力学的基本概念和基本学习方法。

二、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。

在认真学习方法论——学习方法的基础上，对学习结构力学有一个正确的认识，逐步形成一个行之有效的学习方法，提高学习效率和效果。

三、本章目录

§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(1)

§1-6方法论(1)——学习方法(2)§1-7方法论(1)——学习方法(3)

§1-1结构力学的学科内容和教学要求

1.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称为工程结构,简称结构。例如房屋中的梁柱体系，水工建筑物中的闸门和水坝，公路和铁路上的桥梁和隧洞等。

从几何的角度，结构分为如表1.1.1所示的三类:

表1.1.1结构的分类

分类名称

特点

实例

杆件结构

由杆件组成的结构，是结构力学的研究对象

梁、拱、刚架、桁架

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板壳结构

又称壁结构，几何特征是其厚度要比长度和宽度小得多

房屋中的楼板和壳体屋盖

实体结构

长、宽、厚三个尺度大小相仿

水工结构中的重力坝

2.结构力学的研究内容和方法

结构力学与理论力学、材料力学、弹塑性力学有着密切的关系。

理论力学着重讨论物体机械运动的基本规律，而其他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。

其中材料力学以单个杆件为主要研究对象，结构力学以杆件结构为主要研究对象，弹塑性力学以实体结构和板壳结构为主要研究对象。学习好理论力学和材料力学是学习结构力学的基础和前提。

结构力学的任务是根据力学原理研究外力和其他外界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。包括以下三方面内容：

(1)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；

(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荷载作用下的结构反应。

结构力学问题的研究手段包含理论分析、实验研究和数值计算，本课程只进行理论分析和数值计算。结构力学的计算方法很多，但都要考虑以下三方面的条件：

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(1)力系的平衡条件或运动条件。(2)变形的几何连续条件。(3)应力与变形间的物理条件（本构方程）。

利用以上三方面进行计算的，又称为“平衡-几何”解法。

采用虚功和能量形式来表述时候，则称为“虚功-能量”解法。

随着计算机的进一步发展和应用，结构力学的计算由过去的手算正逐步由计算机所代替，本课程的特点是将结构力学求解器集成到网络中，主要利用求解器进行计算和画图。

3.课程教学中的能力培养

(1)分析能力

选择结构计算简图的能力：将实际结构进行分析，确定其计算简图。

进行力系平衡分析和变形几何分析的能力：对结构的受力状态进行平衡分析，对结构的变形和位移状态要进行几何分析。这两方面的分析能力是结构分析的两个看家本领，

要在反复运用中加以融会贯通，逐步提高，力求达到能正确、熟练、灵活运用的水平。

选择计算方法的能力：要了解结构力学中的各种计算方法的特点，具有根据具体问题

选择恰当的计算方法的能力。

(2)计算能力

具有对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力。

具有对计算结果进行定量校核或定性判断的能力。

初步具有应用计算机计算的能力。

做题练习是学习结构力学的重要环节。不做一定量的习题就很难对基本概念和方法有深入的理解和掌握，也很难培养较好的计算能力。

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(3)自学能力

自学包含两个方面：消化已学知识、摄取新的知识。

§1-2结构的计算简图及简化要点

实际结构往往是很复杂的,进行力学计算以前，必须加以简化，用一个简化的图形来代替实际结构，这个图形称为结构的计算简图。

一、简化的原则

（1）从实际出发——计算简图要反映实际结构的主要性能。

（2）分清主次，略去细节——计算简图要便于计算。

二、简化的要点

1.结构体系的简化

一般的结构都是空间结构。但是，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，可以把空间结构分解成几个平面结构进行计算。本课程主要讨论平面结构的计算。当然，也有一些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。

2.杆件的简化

在计算简图中，结构的杆件总是用其纵向轴线代替。

3.杆件间连接的简化

结构中杆件相互连接的部分称为结点，结点通常简化为铰结点或刚结