大工13秋《工程力学(一)》辅导资料十二

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1、大连理工大学网络教育学院工程力学（一）辅导资料十二主题：第十四章结构力学的基本任务及平面体系的几何组成分析学习时间：2013年12月16日－12月22日内容：本周我们将学习第十四章结构力学的基本任务及平面体系的几何组成分析的相关内容，希望通过下面的学习，使大家对结构力学的基本任务有一定的了解。同时，熟练掌握平面体系的几何组成分析方法。一、学习要求1、了解结构力学的研究对象和任务；2、掌握结构的计算简图；3、了解平面杆件结构分类；4、了解荷载分类；5、掌握判断平面体系自由度的方法；6、掌握平面体系几何组成分析方法；7、掌握平面体系在静力学解答方面的特性。二、主要内容（一）结构力学的研

2、究对象和任务在土木工程中，由建筑材料按照一定的方式组成并能承受荷载作用的构筑物称为工程结构（简称结构）。房屋建筑中的板、梁、柱、屋架、基础及其组成的体系（图1-1），铁路和公路桥梁，水坝和挡土墙等，它们都是结构的例子。当不考虑材料的应变时，结构本身各部分之间都不致发生相对运动，且应直接或间接地与地基联成整体，这样才能用以承受荷载，并将其上所受的荷载传递到地基。第9页共9页大连理工大学网络教育学院结构按其几何特征可分为三种类型：1、杆件结构它是由若干根长度远大于其他两个尺度(截面的宽度和高度)的杆件所组成的结构。例如图1-1a为单层厂房的空间结构图，图1-1b为其中一个横向承重排架，

3、它们即为杆件结构。如果组成结构的所有各杆件的轴线都位于某一平面内，并且荷载也作用于此同一平面，则这种结构称为平面杆件结构，否则，便是空间杆件结构。2、薄壁结构它是厚度远小于其他两个尺度的结构。当它为一平面板状物体时，称为薄板(图1-2)；当它具有曲面外形时，称为薄壳(图1-3)。由若干块薄板或薄壳可组成各种薄壁结构(图1-4、图1-5)。第9页共9页大连理工大学网络教育学院3、实体结构它是三个方向的尺度大约为同量级的结构。例如堤坝、挡土墙、块式基础(图1-6)等均属实体结构。结构力学的任务是研究结构的组成规律、合理形式以及结构在外因作用下的强度、刚度和稳定性的计算原理与计算方法。研

4、究组成规律的目的在于保证结构各部分不致发生相对运动，使其能承担荷载并维持平衡。进行强度和稳定性计算的目的，在于保证结构的安全并使之符合经济的要求。计算刚度的目的在于保证结构不致发生过大的在实用上不能容许的位移。上述强度、刚度和稳定性的计算，不仅在设计新结构时需要进行，而且在已有的结构需要承受超过以往预计的荷载时也应加以核算，以判明是否需要加固。研究结构的合理形式是为了有效地利用材料，使其性能得到充分的发挥。结构力学与材料力学、弹性力学有着密切的关系，它们的任务基本相同，但在研究对象上则有所分工。材料力学基本上只研究单个杆件的强度、刚度和稳定性的计算；结构力学主要是研究由杆件所组成的

5、结构(杆件结构)；弹性力学则研究各种薄壁结构和实体结构，同时也对杆件作进一步的精确分析。第9页共9页大连理工大学网络教育学院结构力学是一门技术基础课，在专业学习中占有重要的地位。一方面与前修课程有密切的联系；另一方面，又为进一步学习混凝土结构、钢结构等专业课程奠定必要的力学基础。（二）结构计算简图1、计算简图的概念实际结构是多种多样的，要想完全严格地考虑每一结构的全部特点及其各部分之间的相互作用来建立理论和进行计算，将是不可能的。因此，必须有意识地略去一些次要因素，采用一种简化了的图形来代替实际结构，然后才能建立起相应的计算理论。这种用以代替实际结构的简化图形称为该结构的计算简图。

6、2、结构的简化（1）结构体系的简化：空间结构→平面结构（2）杆件的简化：结构的杆件可抽象地用其轴线来表示（3）结点的简化及分类①铰结点这种结点的特性是它所联结的各杆件都可以绕结点自由转动，即在结点处各杆件之间的夹角可以改变。若将平面杆件结构中的各杆件用其轴线来代替，则铰结点可用图1-8a表示。②刚结点这种结点的特性是它所联结的各杆件不能绕结点自由转动，即在结点处各杆端之间的夹角始终保持不变。平面结构的刚结点用图1-8b表示。③组合结点图1-8c所示结点A，其中1、2两杆在点A刚性联结，杆3与杆1、2则由铰联结。（4）支座的简化及分类①活动铰支座②固定铰支座第9页共9页大连理工大学网

7、络教育学院③固定支座④定向支座（三）平面杆件结构分类1、梁2、拱第9页共9页大连理工大学网络教育学院3、刚架4、桁架5、组合结构（四）荷载分类1、作用时间：恒载和活载2、作用性质：静力和动力荷载3、作用位置：直接和间接荷载（五）平面体系的自由度1、自由度所谓某一体系的自由度，是指该体系运动时，可以独立变化的几何参变数的数目，也就是用来确定该体系的位置所需独立坐标的数目。2、约束对于一个具有自由度的刚片，当加人某些限制运动的装置时，它的自由度将减少。凡减少一个自由度的装