结构力学解答.doc

结 构 力 学 教 案 刘林超 信阳师范学院土木工程学院 信阳师范学院教案用纸 第一章 结构力学绪论 平面体系的几何组成分析（一） 教学目的：了解结构力学研究的对象和任务，掌握将实际结构简化为力学计算简图的方法。掌握体系自由度的计算。 教学内容：一、结构力学研究的对象和任务； 二、结构的计算简图及计算简图的分类； 三、结构上的荷载及其分类； 四、平面体系几何组成分析的基本概念。 教学重点：体系自由度的计算。 教学难点：自由度为零时体系组成或的分析 一．结构力学的研究对象和任务 1．研究对象－－结构 结构力学——就是研究结构在荷载作用下，其内力 和变形的计算问题。 结构——就是构造物中起着承重作用的骨架，它由 承重构件组成。 土木工程及水利工程中常见的结构有：刚架、 桁架、拱、水坝、墩式码头等，根据几何形状可以 把它们分成三大类： 杆系结构——由若杆根杆件组成，杆件的几何特征是：其长度远远大于杆件截面的宽度和高度。例如：梁、拱、桁(heng)架、刚架。 板壳结构——其厚度远远小于长度和宽度两各尺寸的结构。楼板、壳体屋盖等 实体结构——是指三个尺寸大约为同量级的结构 例如：水工结构中的重力大坝、挡土墙等 结构力学的研究对象：杆系结构。 理论力学一般不考虑物体内部的形变，把物体当成刚性体来分析其静止或运动状态。材料力学主要研究杆件，如柱体、梁和轴，在拉压、剪切、弯曲和扭转等作用下的应力、形变和位移。结构力学研究杆系结构，如桁架、刚架或两者混合的构架等。而弹性力学研究各种形状的弹性体，除杆件外，还研究平面体、空间体，板和壳等。 引起的内力计算——称为强度计算； （2）结构由荷载、支座移动、温度变化、制造误差 引起的变形及位移计算——称为刚度计算； （3）结构的稳定计算，以保证结构的稳定性； （4）结构的组成规律及计算简图的选择。 3．结构力学与其它课程的关系 理论力学和材料力学是结构力学的先修课程， 专业课程（钢筋混凝土、钢结构、桥梁结构等）是 结构力学的后续课程。 二．结构的计算简图及其分类 1．结构的计算简图 在工程设计中对结构进行力学分析时，需要一个图形，这个图形与实际结构完全一样，实际上是做不到的，因此必须对实际结构进行抽象和简化，得到一个计算时所用的计算简图。抽象和简化必须遵循以下原则： （1）尽可能反映实际结构的主要受力情况以及结构的构造和性能（反映结构的主要受力性能），以保证计算的精度，使计算结果与实际情况比较吻合。 （2）略去次要因素，保留主要因素，使结构计算简单，便 于分析和计算。 2. 简图简化的分类： 1)、结构体系的简化 一般的结构都是空间结构，各部分相互连接成一个空间整体，以承受各个方向可能作用的荷载。可以忽略一些次要的空间约束而将实际结构分解为平面结构，使计算得以简化。 2)杆件的简化 杆件可以用轴线来表示： 原因是：细长杆件可以近似采用平面假定，因此截 面上的应力可以由截面上的内力来确定，而内力只 与杆件的长度有关，与截面的宽度和高度无关。 3)杆件间连接 (结点)的简化 杆件与杆件的连接点称为：结点 结点的简化分两类：铰结点和刚结点 铰结点 几何特征：各杆可以绕结点自由转动。即各杆端之间的夹角可任意改变 受力状况：在连接处可以承受和传递力，但不会引起承受或传递杆端弯矩。 表示方法： 例如：木屋架的结点 刚结点 几何特征：各杆不能绕结点作相对转动和移动。 受力状况：由于结点能阻止杆件之间发生相对转角，刚结点所连各杆端相互之间的夹角不能改变。因此杆端有弯矩、剪力和轴力。 表示方法： 例如：现浇钢筋混凝土框架的结点 3)结构与基础连接处(支座)的简化 对平面结构一般可以简化成以下三种形式： 可动铰(滚轴)支座 只能约束竖向运动，被约束的部分可以转动河水平移动的支座称为：可动铰支座，只提供一个竖向的反应 表示方法： 例如：把梁放在柱顶上，不作任何处理，其支座就 可简化成可动铰支座。 固定铰支座 被约束的部分可以转动，不能移动，能约束竖向和水平运动的支座称为：固定铰支座，能提供两个反力。 表示方法： 例如：把屋架放在柱顶上，并与柱顶的预埋件连接，这样的支座可简化成固定铰支座。 固定支座 被支承的部分完全固定，能约束竖向、水平和转动的支座称为：固定支座，能提供3个反力。 表示方法： 例如：柱子与基础完全现浇在一起，而且柱子的钢筋插入基础一定距离，那么柱子的支座就可简化成固定支座。 定向支座 被支承的部分不能转动，但可沿一个方向平行滑动，能提供一个