第一章绪论

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。主要研究任务： • 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反应； • 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； • 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简图的合理选择。

培养目标: 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。

1.1.1 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。常见的工程结构：建筑结构桥梁结构隧道结构地下结构

建筑结构 a 实景图 b 骨架图 c 受荷图

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，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

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－混凝土组合结构钢－混凝土梁板结构、钢骨混凝土结构和钢管混凝土结构钢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框架剪力墙结构体系排架结构筒体结构

（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

课外作业 收集身边的结构（图片），并加以分析。

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。

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 • 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。 • 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。

1.1.3 学习方法 • 注重力学概念； • 活学活用，理论联系实际； • 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 空间结构→平面结构（1）结构体系的简化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。 b 剖面图 c 计算简图 a 平面图

（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，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）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

引伸： 以上均为刚性支座。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。

（5）材料性质的简化 建筑材料通常为钢、混凝土、砖、石、木料等。假设：连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。木料为各向异性材料（横纹与顺纹不同）（6）荷载的简化体积力→面积力→分布力→集中力

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。简支梁连续梁实例：砌体结构的梁。框架结构中的次梁。

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。三铰拱无铰拱实例：拱桥

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。 (1) 按作用时间的久暂恒载：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。

（2）按荷载的作用范围 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。（3）按荷载位置的变化固定荷载：作用位置固定不变的荷载。如风、雪、结构自重等。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

（3）按荷载作用的性质 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。

课外读物 国家规范 GB50009-2001 建筑结构荷载规范

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