《结构计算简图》word版

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1、01第1章绪论第1章绪论1.1结构力学的研究对象和任务1.1.1工程结构的概念与类型在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并能够承受荷载或作用的体系称为工程结构，人们在日常生活中常将其简称为结构。各类建筑物和构筑物，例如房屋建筑中的梁柱板与基础体系，公路、铁路上的桥梁结构和隧道支护结构，水利工程中的水坝、水闸与挡土墙等，都具有各自能承受、传递荷载而起到骨架作用的体系，这部分体系都可视为工程结构。结构的类型是多种多样的，如按结构构件变形特点可分为柔性结构和刚性结构两大类。柔性结构有藤网结构、索膜结构、充气结构等；刚性结构有

2、杆件结构、板壳结构和块体结构等。结构构件从几何角度来看又可以分为三类，按长度l、宽度b及厚度h来考虑，当lb，lh时，称为杆件，杆又分为直杆和曲杆，如图1-1(a)所示。由杆件所组成的结构称为杆件结构，典型的杆件结构有混凝土框架结构、钢框架结构和拱桁架等。当hl，hb时，称为板壳，板壳有平面板和曲面板，如图1-1(b)所示。由板壳组成的结构称为板壳结构，也称为薄壁结构。平面板结构简称为平板结构，曲面板结构简称为壳体结构，典型的有房屋中的楼板和壳体屋盖等。当长度、宽度与高度基本相当时，所形成的实心结构称为实体结构，如图1-1(

3、c)所示。实体结构的典型例子如水工结构中的重力坝等。结构力学通常所说的结构指的就是杆件结构，其主要研究的对象就是杆件结构的力学行为。图1-1杆件、板壳与实体结构901第1章绪论图1-1杆件、板壳与实体结构(续)1.1.2结构力学的任务和研究方法结构力学是理论力学和材料力学的后续课程，同时又为弹性力学、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。理论力学研究物体机械运动的基本规律和刚体的力学分析；材料力学研究单个杆件的强度、刚度和稳定性问题；结构力学研究杆件结构体系的强度、刚度和稳定性问题；弹性力学主要研

4、究实体结构和板壳结构的强度、刚度和稳定性。强度主要计算结构的内力，为材料强度设计提供可靠依据，保证结构使用时安全可靠而不被破坏。刚度主要计算结构的变形和位移，将结构正常使用期限内产生的变形控制在允许范围内。稳定性主要计算结构丧失稳定时的最小临界荷载，当承受的最大荷载小于该临界值时，保证结构处于稳定平衡的受力状态。以上几大力学知识相互渗透密不可分，在土木工程专业都有举足轻重的地位。结构力学的研究任务包括以下几个方面。(1)研究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)研究结构受力特点，根据结构内力和变形计算并

5、验算结构的强度和刚度。(3)研究结构在各种因素作用下的静力分析和变形计算。(4)研究结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。结构力学的计算问题分为两类：一类是静定结构，这类结构的全部反力和内力都可以由静力平衡条件确定，只需根据力的平衡条件即可求解。另一类为超静定结构，这类结构必须满足以下三个基本条件方能求解：①力系的平衡条件，即在受力作用下结构的整体或者一部分都应满足力系的平衡条件；②变形连续条件，即连续的结构发生变形后仍然是连续的，材料没有重叠或缝隙，同时结构的变形和位移应满足支座和结点的约束；③物理条件，即把结构的应力和

6、应变通过物理方程联系起来，如轴向应力和轴向应变、剪切应力和剪切应变、弯曲应力和弯曲应变之间都应满足相应的物理方程。901第1章绪论1.2结构计算简图1.2.1结构计算简图的概念与简化原则实际工程结构的受力是很复杂的，直接分析其受力是不可能的，也是不必要的，因此我们需要将实际工程结构简化成合理抽象的模型，这种在结构计算中用以代替实际结构，并能反映结构主要受力和变形特点的理想化模型，就是结构计算简图。选取计算简图是结构受力分析的关键一步，其简化原则如下。(1)反映结构的实际及主要功能，因此选择计算简图以前，应清楚构杆之间或杆件与

7、基础之间的实际连接构造，以保证计算的可靠性和必要的精确性。(2)分清主次，略去细节，使计算简图便于计算运行。(3)根据实际工况，同一实际结构在不同时期可选取不同的计算简图。1.2.2结构计算简化的内容1.结点的简化杆件之间相互连接处称为结点。土木工程结构中的结点可归纳为以下两大类。1)铰结点铰结点是指各相连杆件的杆端在同一个销轴上且光滑、无摩擦接触的连接。铰结点的特征是各个杆端不能相对移动但可相对转动，可以传递力但不能传递力矩。这种理想情况实际上很难遇到。木屋架的结点比较接近铰结点，各杆主要是承受轴力，计算时可将这种结点简化

8、为铰结点，如图1-2所示。图1-2铰结点简化901第1章绪论2)刚结点刚结点的特点是被连接的杆件在结点处既不能相对移动，又不能相对转动；既可以传递力，也可以传递力矩。它所连接的各杆件变形前后在结点处杆端切线的夹角保持不变，即采用刚结点连接的杆端之间，既不能发生相对线位移，也不能发生相对角位