結(jié)構(gòu)力學(xué)第一章

1、武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院主講教師：周劍波Tel:137071915241-1 1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)1-2 1-2 桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖1-3 1-3 桿系結(jié)構(gòu)的分類(lèi)桿系結(jié)構(gòu)的分類(lèi)1-4 1-4 荷載的分類(lèi)荷載的分類(lèi)1-5 1-5 結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)方法結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)方法第第1章章 緒論緒論 Introductionu 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：凡是能承擔(dān)一定外力并能實(shí)現(xiàn)某些人凡是能承擔(dān)一定外力并能實(shí)現(xiàn)某些人類(lèi)所需功能的固體物體。類(lèi)所需功能的固體物體。u“結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)”最早用于土木工程最早用于土木工程 （Civil engineering） 人類(lèi)愈文明，結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，是人類(lèi)文明程度的一個(gè)

2、尺度。人類(lèi)愈文明，結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，是人類(lèi)文明程度的一個(gè)尺度。 結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)概念引伸：分子、星系、文章、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等。引伸：分子、星系、文章、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)按幾何分類(lèi)：結(jié)構(gòu)按幾何分類(lèi)：u 桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)（Framed structure）u 板殼結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu)（Plate and shell）u 實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)（Massive structure）1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 結(jié)構(gòu)按幾何特征分類(lèi)結(jié)構(gòu)按幾何特征分類(lèi)1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu)板殼結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)彈性力學(xué)1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) u 結(jié)構(gòu)力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)是

3、土木工程土木工程的一門(mén)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，土木，土木工程工程專(zhuān)業(yè)的靈魂。專(zhuān)業(yè)的靈魂。 考研的課程，體現(xiàn)能力的課程?？佳械恼n程，體現(xiàn)能力的課程。主要任務(wù)主要任務(wù): : u 桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和合理形式。的組成規(guī)律和合理形式。u 掌握桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理和計(jì)算方法，解決結(jié)掌握桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理和計(jì)算方法，解決結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。穩(wěn)定和動(dòng)力計(jì)算等專(zhuān)題。構(gòu)的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。穩(wěn)定和動(dòng)力計(jì)算等專(zhuān)題。u 了解各類(lèi)結(jié)構(gòu)的受力性能，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)了解各類(lèi)結(jié)構(gòu)的受力性能，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析與計(jì)分析與計(jì)算算等方面的能力。等方面的能力。 學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)追求的境界追求的境界 感知結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為、對(duì)結(jié)構(gòu)有了

4、感知結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為、對(duì)結(jié)構(gòu)有了悟性悟性。 學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)的能力培養(yǎng)n計(jì)算能力：手算，電算，作大量習(xí)題，快、準(zhǔn)計(jì)算能力：手算，電算，作大量習(xí)題，快、準(zhǔn)n自學(xué)能力：消化已學(xué)知識(shí)，攝取新知識(shí)自學(xué)能力：消化已學(xué)知識(shí)，攝取新知識(shí)n表達(dá)能力：作業(yè)書(shū)寫(xiě)，計(jì)算書(shū)（清晰、整潔）表達(dá)能力：作業(yè)書(shū)寫(xiě)，計(jì)算書(shū)（清晰、整潔）n分析能力：選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖，平衡分析，變形分析，分析能力：選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖，平衡分析，變形分析，選擇計(jì)算方法，結(jié)果判斷選擇計(jì)算方法，結(jié)果判斷1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 與其它課程的關(guān)系與其它課程的關(guān)系 先修先修u 數(shù)學(xué)：數(shù)學(xué)分析、線性代數(shù)、常微分方程數(shù)學(xué)：數(shù)學(xué)分析、線性代數(shù)、常微分方程u 理力：質(zhì)

5、點(diǎn)與剛體、平衡條件、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、虛位移與達(dá)朗理力：質(zhì)點(diǎn)與剛體、平衡條件、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、虛位移與達(dá)朗伯爾原理等伯爾原理等u 材力：?jiǎn)胃鶙U、拉壓彎剪扭、截面法、變形體分析基本方材力：?jiǎn)胃鶙U、拉壓彎剪扭、截面法、變形體分析基本方法、微分關(guān)系、應(yīng)變能等法、微分關(guān)系、應(yīng)變能等 后續(xù)后續(xù)u 專(zhuān)業(yè)課：砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑專(zhuān)業(yè)課：砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震、有限元法、計(jì)算機(jī)在工程中的應(yīng)用等結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震、有限元法、計(jì)算機(jī)在工程中的應(yīng)用等1-1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 建于隋代（公元建于隋代（公元581581618618年）年）大業(yè)年間（公元大業(yè)年間（公元60

6、5605618618年），年），由著名匠師由著名匠師李春李春設(shè)計(jì)和建造，距設(shè)計(jì)和建造，距今已有今已有14001400年的歷史，是當(dāng)今世年的歷史，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋。代敞肩石拱橋。 比歐洲同類(lèi)橋梁比歐洲同類(lèi)橋梁早早12001200年年。萬(wàn)里長(zhǎng)城萬(wàn)里長(zhǎng)城結(jié)構(gòu)舉例結(jié)構(gòu)舉例河北隋朝趙州橋河北隋朝趙州橋明朝永樂(lè)年間公元明朝永樂(lè)年間公元14121412年年北建紫禁城，南修武當(dāng)山北建紫禁城，南修武當(dāng)山距今（距今（20122012年）年）1010甲子甲子武當(dāng)山金頂武當(dāng)山金頂北京天壇北京天壇國(guó)家體育場(chǎng)國(guó)家體育場(chǎng)國(guó)家大劇院國(guó)家大劇院作為作為世界最大的鋼結(jié)構(gòu)

7、工程世界最大的鋼結(jié)構(gòu)工程，“鳥(niǎo)巢鳥(niǎo)巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的鋼材用外部鋼結(jié)構(gòu)的鋼材用量為量為4.24.2萬(wàn)噸，整個(gè)工程用鋼萬(wàn)噸，整個(gè)工程用鋼量達(dá)到了量達(dá)到了1111萬(wàn)噸萬(wàn)噸。美國(guó)福特級(jí)核動(dòng)力航空母艦滿美國(guó)福特級(jí)核動(dòng)力航空母艦滿載排水量載排水量1010萬(wàn)噸。萬(wàn)噸。香港建筑群香港建筑群武漢長(zhǎng)江大橋武漢長(zhǎng)江大橋建于建于19571957年，攝于年，攝于19581958年年眼前的鋼鐵巨龍激發(fā)了眼前的鋼鐵巨龍激發(fā)了他他去東北為新中國(guó)的鋼鐵事去東北為新中國(guó)的鋼鐵事業(yè)而奮斗。業(yè)而奮斗。武漢綠地國(guó)際金融城武漢綠地國(guó)際金融城 總投資約總投資約300300億元，設(shè)計(jì)高度億元，設(shè)計(jì)高度606m606m，將打造成僅，將打造成僅次

8、于阿聯(lián)酋迪拜塔和上海中心大廈的次于阿聯(lián)酋迪拜塔和上海中心大廈的中國(guó)第二、中國(guó)第二、世界第三高樓世界第三高樓。希望成為武漢瞭望世界和讓世。希望成為武漢瞭望世界和讓世界聚焦武漢的界聚焦武漢的“臺(tái)階臺(tái)階”。湖南矮寨湖南矮寨特大懸索橋特大懸索橋矮寨大橋創(chuàng)下了四項(xiàng)矮寨大橋創(chuàng)下了四項(xiàng)“世界第一世界第一”1 1、大橋?yàn)槟壳笆澜鐛{谷跨徑最大懸索橋；、大橋?yàn)槟壳笆澜鐛{谷跨徑最大懸索橋；2 2、首次采用塔、梁完全分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；、首次采用塔、梁完全分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；3 3、首次采用、首次采用“軌索滑移法軌索滑移法”架設(shè)鋼桁梁；架設(shè)鋼桁梁；4 4、首次采用巖錨吊索結(jié)構(gòu)，用碳纖維作為預(yù)應(yīng)力筋材。、首次采用巖錨吊

9、索結(jié)構(gòu)，用碳纖維作為預(yù)應(yīng)力筋材。長(zhǎng)長(zhǎng)11761176米，跨高米，跨高350350米，米，20122012年通車(chē)。年通車(chē)。三峽大壩三峽大壩三峽大壩是鋼筋混凝土重力三峽大壩是鋼筋混凝土重力壩，一共用了壩，一共用了16001600多萬(wàn)立方多萬(wàn)立方米的水泥砂石料，相當(dāng)于澆米的水泥砂石料，相當(dāng)于澆筑筑1 1米厚米厚3 3米多高的墻體可繞米多高的墻體可繞地球赤道一圈地球赤道一圈。 取計(jì)算簡(jiǎn)圖原則：取計(jì)算簡(jiǎn)圖原則：u 突出主要因素突出主要因素計(jì)算準(zhǔn)確計(jì)算準(zhǔn)確u 忽略次要因素忽略次要因素計(jì)算簡(jiǎn)單計(jì)算簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)化內(nèi)容：簡(jiǎn)化內(nèi)容：u 結(jié)構(gòu)、桿件、結(jié)點(diǎn)、支座、材料、荷載結(jié)構(gòu)、桿件、結(jié)點(diǎn)、支座、材料、荷載1-2 桿系結(jié)

10、構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖* *空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu)1-2 桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖桿件桿件* *桿件桿件用軸線代替用軸線代替軸線軸線平截面假定平截面假定* *結(jié)點(diǎn)與支座結(jié)點(diǎn)與支座1-2 桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖* *材料簡(jiǎn)化、荷載簡(jiǎn)化材料簡(jiǎn)化、荷載簡(jiǎn)化1-3 桿系結(jié)構(gòu)的分類(lèi)桿系結(jié)構(gòu)的分類(lèi)1-4 荷載的分類(lèi)荷載的分類(lèi)v按按作用時(shí)間作用時(shí)間的久暫可分為的久暫可分為: :1 1、恒載：長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)上且各個(gè)因素都不改變的荷載。、恒載：長(zhǎng)期作用于結(jié)構(gòu)上且各個(gè)因素都不改變的荷載。2 2、活載：在施工和使用期間可能存在的可變的荷載。、活載：在施工和使用

11、期間可能存在的可變的荷載。v按按作用位置作用位置是否改變可分為：是否改變可分為：1 1、固定荷載：作用位置固定不變。、固定荷載：作用位置固定不變。2 2、移動(dòng)荷載：作用位置是移動(dòng)的。、移動(dòng)荷載：作用位置是移動(dòng)的。v按按作用性質(zhì)作用性質(zhì)可分為：可分為：1 1、靜力荷載、靜力荷載(static load)(static load) ：大小、方向和位置不隨時(shí)間：大小、方向和位置不隨時(shí)間變化或變化極其緩慢的荷載。變化或變化極其緩慢的荷載。2 2、動(dòng)力荷載、動(dòng)力荷載(dynamic load)(dynamic load) ：隨時(shí)間迅速變化的荷載。：隨時(shí)間迅速變化的荷載。 “教教”u講概念、原理、方法、要

12、點(diǎn)和難點(diǎn)講概念、原理、方法、要點(diǎn)和難點(diǎn) “ “學(xué)學(xué)”u預(yù)習(xí)預(yù)習(xí) 聽(tīng)課（動(dòng)腦）聽(tīng)課（動(dòng)腦） 看書(shū)復(fù)習(xí)看書(shū)復(fù)習(xí) 練習(xí)練習(xí)u懂懂 會(huì)會(huì) 熟練熟練 悟性悟性u(píng)學(xué)知識(shí)學(xué)知識(shí) 培養(yǎng)能力培養(yǎng)能力 結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)u循序漸進(jìn)，由已知求未知，一環(huán)扣一環(huán)循序漸進(jìn)，由已知求未知，一環(huán)扣一環(huán) 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求u有問(wèn)題有問(wèn)題及時(shí)及時(shí)弄懂弄懂u作業(yè)是最好的作業(yè)是最好的實(shí)踐活動(dòng)實(shí)踐活動(dòng)，是學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)的必是學(xué)好結(jié)構(gòu)力學(xué)的必經(jīng)之路，沒(méi)有投機(jī)取巧或捷徑，經(jīng)之路，沒(méi)有投機(jī)取巧或捷徑，嚴(yán)禁抄襲嚴(yán)禁抄襲1-5 結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)方法結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)方法復(fù)習(xí)與思考：復(fù)習(xí)與思考：1 1、結(jié)點(diǎn)、支座的允許變形和變形約束與約束力之間、結(jié)點(diǎn)、支座的允許變形和變形約束與約束力之間 的對(duì)應(yīng)