工程结构力学第一章 绪论.ppt

第一章 绪 论 第一节 结构及结构的分类 在土木工程中，由建筑材料构成的（如房屋、桥梁、隧道、挡土墙、水坝等）能承受和传递荷载而起骨架作用的建筑物和构筑物统称为工程结构(简称结构) 。 图1-1（a）东方明珠电视塔 图1-1(b) 长江三峡水利工程 图1-1（c）上海南浦大桥 图1-1（d）深圳帝王大厦 根据结构在空间的几何特征，结构可分为杆系结构、板（壳）结构、实体结构和薄膜结构三类: (1)杆系结构 如图1-2所示，当结构的长度l远大于厚度h和宽度b时称为杆件。由杆件所组成的结构称为杆系结构，如：梁、拱、桁架、刚架等。 图1-2 杆件 图1-3 平板 （2）板（壳）结构（又称薄壁结构） 如图1-3所示，当结构的厚度h比长度l和宽度b小得多时称为板(壳)。由板所组成的结构称为板结构，如图1-4所示，由壳所组成的结构称为薄壳结构，如图1-5所示。 图1-4 折板结构 图1-5 薄壳结构（悉尼歌剧院） (3) 实体结构 如图1-6和图1-7所示，当体结构的长度l、宽度b、厚度h大体相当时称为实体结构。 图 1-6 挡土墙 图1-7 块体基础 (4) 薄膜结构 当结构的厚度h与长度l和宽度b相比时接近零时称为薄膜结构，它是将薄膜材料通过一定方式使其内部产生拉应力，以形成某种空间结构形状作为覆盖结构，并能承受一定外荷载的空间结构形式。其可分为张拉式薄膜结构(也称帐篷结构)又称预应力薄膜结构、充气式薄膜结构。 第二节 研究内容和研究方法 一、研究内容 限于篇幅，本教材仅讨论平面杆系结构的力学规律及其在工程中的应用，简称工程结构力学。 工程结构力学是理论力学和材料力学的后续课程。理论力学研究的是刚体及刚体体系的机械运动（包括静止和运动）的基本规律；材料力学研究的是单根杆件的强度、刚度和稳定性问题；而工程结构力学则是研究杆件体系的强度、刚度、稳定和动力学规律。因此理论力学和材料力学是学习结构力学的基础课程，为结构力学提供了力学分析的基本原理和基础。同时，工程结构力学又为后续的弹性力学、混凝土结构、砌体结构和钢结构等专业课程提供了进一步的力学知识基础。因此，结构力学课程的学习在土木工程的房屋建筑、道路、桥梁、水利及地下工程各专业的学习中均占有相当重要的地位。 二、研究内容和研究方法 工程结构力学的研究内容包括以下几个方面： (1) 研究结构的几何构造规律、合理形式以及计算简图的合理选择； (2) 研究结构内力和变形的计算方法，以便进行结构强度和刚度的验算； (3) 研究结构在动力荷载作用下的结构反应、结构的稳定性和极限荷载； 结构力学的计算问题必须满足平衡和约束两个条件，对于超静定结构问题，还必须满足变形的连续条件。 学习过程中应注意分析方法与解题思路。学习时要着重掌握各种方法的解题思路，特别是要从这些具体的算法中学习分析问题的一般方法。 第三节 结构的计算简图 一、计算简图及其选择原则 工程中的结构是十分复杂的，完全按照结构的实际工作状态进行力学分析是不可能的，同时也没有必要。因此，在对实际结构进行力分析之前必须进行简化，略去一些次要因素的影响，用一个能反映其基本受力和变形性能的简化图形来代替实际结构。这种代替实际结构的简化计算图形称为结构的计算简图。结构的受力分析都是在计算简图中进行的。因此选择计算简图是结构受力分析的基础。若选择不当，则计算结果不能反映构件的实际工作状态，严重的会引起严重的工程事故。所以，对计算简图的选取一定要给予充分的重视。 计算简图的选择应遵循下列两条原则： （1）正确地反映实际结构的受力情况和主要性能； （2）略去次要因素，便于分析和计算。 应当指出，计算简图是在上述原则的指导下根据具体结构的具体要求和条件来选择的，并不是一成不变的。如对重要的结构应采用比较精确的计算简图；对于次要结构可以考虑较为简单的计算简图。如在方案的初步设计阶段，可以使用粗略的计算简图；而在技术设计阶段再使用比较精确的计算简图。如用手算，则可采用较为简单的计算简图；若用电算，则可以采用较为复杂的计算简图。 顺便指出，结构力学的计算是在假设构件的材料为连续、均匀、各向同性和完全弹性的前提下进行的，这种假设在小变形情况下，对于金属材料是符合