結(jié)構(gòu)力學(xué)第一章緒論課件

第1章緒論

主要內(nèi)容

§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)要求

§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及簡(jiǎn)化要點(diǎn)

§1-3荷載的類型

§1-4結(jié)構(gòu)形式§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)要求1）研究對(duì)象

結(jié)構(gòu)力學(xué)——就是研究結(jié)構(gòu)在荷載作用下，其內(nèi)力和變形的計(jì)算問題。結(jié)構(gòu)——就是構(gòu)造物中起著承重作用的骨架，它由承重構(gòu)件組成。土木工程及水利工程中常見的結(jié)構(gòu)有：剛架、桁架、拱、水壩、墩式碼頭等，根據(jù)幾何形狀可以把它們分成三大類：桿系結(jié)構(gòu)

板殼結(jié)構(gòu)

實(shí)體結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)分類：按承重骨架：磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)……

國(guó)家體育場(chǎng)的“鳥巢”是由一系列輻射式門式鋼桁架圍繞碗狀坐席區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，結(jié)構(gòu)科學(xué)簡(jiǎn)潔，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，為國(guó)際上極富特色的巨型建筑。它為2008年奧運(yùn)會(huì)樹立了一座獨(dú)特的歷史性的標(biāo)志性建筑。圖為國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”夜景圖。

國(guó)家體育場(chǎng)的外觀即為建筑的結(jié)構(gòu)，立面與結(jié)構(gòu)達(dá)到了完美的統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)的組件相互支撐，形成了網(wǎng)絡(luò)狀的構(gòu)架，它就象樹枝編織的鳥巢。鳥巢俯視圖

與“鳥巢”相映襯的是“水立方”———國(guó)家游泳中心。因其外觀酷似一個(gè)充滿了水泡的藍(lán)色方盒子而被稱為“水立方”.國(guó)家游泳中心是一座新穎別致的奧林匹克建筑，它將以冰晶狀的亮麗身姿，裝點(diǎn)景觀如畫的奧林匹克公園。水立方

1塊約1平方米的三角形“氣泡”(膜結(jié)構(gòu)氣枕)終于成功安裝在了水立方的鋼結(jié)構(gòu)上。此次安裝成功的氣枕沒有電腦效果圖上那么飽滿。是為了施工方便，安裝上去的氣枕全是未充氣的。安裝完一定區(qū)域后，將通過事先安裝在鋼架上的充氣管線對(duì)氣枕充氣。整個(gè)充氣過程由電腦智能監(jiān)控，電腦將根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣壓、光照等條件使氣泡保持最佳狀態(tài)像這樣的“氣泡”，整個(gè)水立方共需要3000多個(gè)，表面覆蓋面積達(dá)到10萬平方米，堪稱世界之最。它們大小不一，形狀各異，最大一個(gè)約9平方米，最小的一個(gè)不足1平方米。水立方和鳥巢交相輝映、流光溢彩

1968年建造了雙層雙線鐵路、公路兩用橋，正橋長(zhǎng)1577米，鐵路橋全長(zhǎng)6772米，寬19.5米；工路橋全長(zhǎng)4589，寬19.5米；公路引橋3012米，兩端接地部分建有22孔的豐富民族特色的雙曲拱橋。大橋建成后，天塹變通途。過去一列火車在此過江只能靠輪渡，要花2個(gè)小時(shí)?，F(xiàn)在3分鐘就可以通過。1984年，南京市有關(guān)部門將南京長(zhǎng)江大橋定為金陵四十景之一，稱為“天塹飛虹”天塹飛虹臺(tái)灣101大樓，101層，508米高，地下5層，是目前世界最高大樓之一。其鋼材和水泥重量逾70萬噸，占地15081平方米。防強(qiáng)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)方面：101設(shè)置了“調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（tunedmassdamper）”，是在88-92樓層掛置一個(gè)重達(dá)680噸的巨大鋼球，利用擺動(dòng)來減緩建筑物的晃幅。彈簧

質(zhì)量塊受控結(jié)構(gòu)阻尼器防震措施方面：*101采用新式的“巨型結(jié)構(gòu)（megastructure）”；*在大樓之四個(gè)外側(cè)分別各有二根巨柱，共八根；*每根柱截面約3×2.4米，自地下5樓貫通至地上90樓；*柱內(nèi)灌入高強(qiáng)度混凝土，外以鋼板包覆----組合結(jié)構(gòu)芝加哥市110層的西爾斯大廈

鋼結(jié)構(gòu)楊浦大橋是黃浦江上的第二座大橋，于1993年10月竣工通車，她與南浦大橋遙相呼應(yīng)，是內(nèi)環(huán)線高架連接浦東與浦西的過江樞紐，總長(zhǎng)為7654米，跨徑為602米，主橋長(zhǎng)1172米、寬30.35米，共設(shè)6車道。楊浦大橋?yàn)殡p塔雙索疊合梁斜拉橋.§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)要求▲桿系結(jié)構(gòu)——由若桿根桿件組成，桿件的幾何特征是：其長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桿件截面的寬度和高度?！鍤そY(jié)構(gòu)——其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度和寬度兩各尺寸的結(jié)構(gòu)?！鴮?shí)體結(jié)構(gòu)——是指三個(gè)尺寸大約為同量級(jí)的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象是：桿系結(jié)構(gòu)

北京石景山體育館位于長(zhǎng)安街上、人民大會(huì)堂旁邊的“蛋”---國(guó)家大劇院

外觀內(nèi)視三峽大壩薄膜充氣結(jié)構(gòu)：只能承受拉力的面片材料。薄膜和加壓的氣體介質(zhì)共同承受荷載。特點(diǎn)：重量輕，跨度大某體育館看臺(tái)挑棚薄膜結(jié)構(gòu)建筑說明：

膜結(jié)構(gòu)是一種富有生命力的輕型張力結(jié)構(gòu)，自80年代以來在發(fā)達(dá)國(guó)家獲得極大發(fā)展。某體育場(chǎng)看臺(tái)挑棚的設(shè)計(jì)中采用了全張拉式的膜結(jié)構(gòu)方案。整個(gè)挑棚由連成一體的34個(gè)傘形單元組成，每個(gè)單元由中央桅桿撐起，外緣固定在看臺(tái)梁的后端，內(nèi)緣則張緊在巨大的內(nèi)環(huán)上。氣吹起來的結(jié)構(gòu)-------赫爾佐格和德梅隆在德國(guó)慕尼黑設(shè)計(jì)建造的體育館日本最初用于多功能全天候的體育場(chǎng)，約30,000平方米超大橢圓形屋頂，采用懸索加強(qiáng)的充氣膜結(jié)構(gòu)。其雙向各配置14根共28根鋼索，在其上張拉著涂有特富龍的玻璃纖維布?xì)怏w§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)要求

2）主要研究?jī)?nèi)容

▲

結(jié)構(gòu)由荷載、支座移動(dòng)、溫度變化、制造誤差引起的內(nèi)力計(jì)算——稱為強(qiáng)度計(jì)算；

▲

結(jié)構(gòu)由荷載、支座移動(dòng)、溫度變化、制造誤差引起的變形及位移計(jì)算——稱為剛度計(jì)算；

▲

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算；

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結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律及計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇。

§1-1結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要內(nèi)容和教學(xué)要求

3）結(jié)構(gòu)力學(xué)與其它課程的關(guān)系理論力學(xué)和材料力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的先修課程，專業(yè)課程（鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等）是結(jié)構(gòu)力學(xué)的后續(xù)課程?！?-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及簡(jiǎn)化要點(diǎn)

在工程設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，需要一個(gè)圖形，這個(gè)圖形與實(shí)際結(jié)構(gòu)完全一樣，實(shí)際上是做不到的，因此必須對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化，得到一個(gè)計(jì)算時(shí)所用的計(jì)算簡(jiǎn)圖。抽象和簡(jiǎn)化必須遵循以下原則：

1）正確反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況比較吻合；2）略去次要因數(shù)，便于分析和計(jì)算?！?-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖1）桿件的簡(jiǎn)化桿件可以用軸線來表示：

原因是：細(xì)長(zhǎng)桿件可以近似采用平面假定，因此截面上的應(yīng)力可以由截面上的內(nèi)力來確定，而內(nèi)力只與桿件的長(zhǎng)度有關(guān)，與截面的寬度和高度無關(guān)。

桿件軸線§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

2）結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化桿件與桿件的連接點(diǎn)稱為：結(jié)點(diǎn)

結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化分兩類：鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)▲鉸結(jié)點(diǎn)幾何特征：各桿可以繞結(jié)點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。受力狀況：不會(huì)引起桿端彎矩。表示方法：§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

例如：圖示木屋架的結(jié)點(diǎn)

▲剛結(jié)點(diǎn)幾何特征：各桿不能繞結(jié)點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。受力狀況：由于結(jié)點(diǎn)能阻止桿件之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)角，因此桿端有彎矩、剪力和軸力。

§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖表示方法：

例如：圖示現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架的結(jié)點(diǎn)

§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖3）支座的簡(jiǎn)化

對(duì)平面結(jié)構(gòu)一般可以簡(jiǎn)化成以下三種形式：

▲

可動(dòng)鉸支座

只能約束豎向運(yùn)動(dòng)的支座稱為：可動(dòng)鉸支座表示方法：

例如：把梁放在柱頂上，不作任何處理，其支座就可簡(jiǎn)化成可動(dòng)鉸支座。

§1-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖▲固定鉸支座能約束豎向和水平運(yùn)動(dòng)的支座稱為：固定鉸支座表示方法：例如：把屋架放在柱頂上，并與柱頂?shù)念A(yù)埋件連接，這樣的支座可簡(jiǎn)化成固定鉸支座?！?-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖▲

固定支座能約束豎向、水平和轉(zhuǎn)動(dòng)的支座稱為：固定支座表示方法：例如：柱子與基礎(chǔ)完全現(xiàn)澆在一起，而且柱子的鋼筋插入基礎(chǔ)一定距離，那么柱子的支座就可簡(jiǎn)化成固定支座?！?-2結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化§1-3荷載的類型1）按分布分

▲面荷載如：風(fēng)荷載、雪荷載、雨荷載、人群荷載、水壓力等

▲體荷載如：結(jié)構(gòu)自重，溫度荷載等

▲集中荷載如：集中力、集中力矩等

2）按作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間分▲恒荷載如：結(jié)構(gòu)自重和設(shè)備重量等▲活荷載如：人群荷載、雪荷載、雨荷載等▲移動(dòng)荷載如：吊車荷載、汽車荷載、火車荷載§1-3荷載的類