1、項目一建立結構的力學計算模型子項目一結構力學的研究對象和任務1. 能敘述結構力學的研究對象、研究內容及任務。 2. 會解釋結構、強度、剛度、穩(wěn)定性和合理組成的概念。 3. 能對結構進行分類。 4. 能夠對工程結構進行簡化并繪制其計算簡圖。 情景一 結構的計算簡圖學習能力目標項目表述 如圖 1 1 所示，一根橫梁兩端支承于磚柱上，上面放一重物，考慮梁的自重，試繪制此結構的計算簡圖。 情景一 結構的計算簡圖學習進程 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接1結構及其分類 結構按其幾何特征可分為三大類： （1）桿件結構 由桿件組成的結構稱為桿件結構。桿件的幾何特征是它的截面尺寸遠小于長度。梁（圖 1 -2a）

2、、剛架（圖 1 2b）、桁架（圖 1 2c）都是桿件結構。情景一 結構的計算簡圖 圖 1 - 2知識鏈接（2）薄壁板殼結構 由薄板（圖 1 3a）或薄殼（圖 1 3b）組成的結構稱為薄壁板殼結構。薄壁板殼結構的幾何特征是它的厚度遠小于另兩個方向尺寸。例如樓板、屋蓋、薄膜結構等。 圖 1 - 3 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（3）實體結構 長、寬、高三個方向的尺寸為同一量級的結構稱為實體結構。例如橋墩、橋臺、擋土墻、 重力壩等（圖 1 4）。 圖 1 - 4 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接2研究對象和任務 結構力學的研究對象是桿件結構，研究它的強度、剛度、穩(wěn)定性和合理組成的科學。 強度構件抵抗

3、破壞的能力。 穩(wěn)定性構件保持直線平衡狀態(tài)不變的能力。 合理組成幾何組成合理，構造穩(wěn)定。 剛度構件抵抗變形的能力。情景一 結構的計算簡圖知識鏈接結構力學的主要任務是： 研究結構的組成規(guī)律和合理形式。 研究結構在荷載等因素作用下的內力和變形的計算，進行結構強度和剛度的驗算。 研究結構的穩(wěn)定性計算，以及動荷載作用下結構的反應。情景一 結構的計算簡圖知識鏈接3. 結構的計算簡圖 工程中的實際結構都較復雜，完全按實際結構計算是不可能的，也是不必要的。因此需要利用力學知識、結構知識和工程實踐經(jīng)驗，經(jīng)過科學地抽象，體現(xiàn)反映實際受力、變形等規(guī)律的主要因素，忽略次要因素，將其合理簡化為“力學建模”，得到便于力學

4、分析和計算的結構計算簡圖。 結構的簡化原則是： 反映實際結構的主要性能，保證設計上需要的足夠精度。 使計算盡可能簡單。 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（1）體系的簡化 一般結構實際上都是空間結構，各部分相互連接成為一個空間整體，以承受各個方向可能出現(xiàn)的荷載。但在多數(shù)情況下，?？梢院雎砸恍┐我目臻g約束而將實際結構分解為平面結構，使計算得以簡化。（2）荷載的簡化 作用在結構上的荷載根據(jù)作用范圍大小通常簡化為集中荷載和均布荷載，荷載的作用點在桿件的軸線上。 （3）桿件的簡化 桿件用其軸線（各截面形心的連線）表示，如圖 1 5 所示。直桿簡化為直線，曲桿簡化為曲線，折桿簡化為折線。情景一 結構的計算

5、簡圖情景一 結構的計算簡圖 圖 1 - 5知識鏈接知識鏈接（4）結點的簡化 鉸結點。鉸結點的約束特征是其所連各桿桿端可繞該結點相對轉動，但不能相對移動，即結點處各桿之間的夾角可以改變。因此，鉸結點只產(chǎn)生桿端剪力和軸力，而不產(chǎn)生彎矩，用小圓表示，如圖 1 6 所示。 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（4）結點的簡化 剛結點。剛結點的約束特征是其所連接的各桿端既不能產(chǎn)生相對轉動，也不能產(chǎn)生相對位移，即各桿在結點處的夾角變形后保持不變，受荷載作用后各桿的桿端旋轉同一角度，桿端除了產(chǎn)生軸力和剪力之外，還會產(chǎn)生彎矩，如圖 1 7 所示。 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（4）結點的簡化 組合結點。若同一結點

6、上，一部分桿間相互剛結，另一部分相互鉸結，則稱為組合結點或半鉸結點。如圖 1 8b 所示結點 A 為組合結點，桿 AB 和 AC 剛結，桿 AD 與它們鉸結。 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（5）支座的簡化 可動鉸支座。 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（5）支座的簡化 固定鉸支座。 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（5）支座的簡化 固定支座 情景一 結構的計算簡圖知識鏈接（5）支座的簡化 定向滑動支座 情景一 結構的計算簡圖項目實施案例 1 1如圖 1 16a 所示一根橫梁兩端支承于磚柱上，上面放一重物，考慮梁的自重， 試繪制此結構的計算簡圖。 情景一 結構的計算簡

7、圖項目實施案例 1 2桁架結點計算簡圖的繪制。 情景一 結構的計算簡圖能力拓展案例 1 3圖 1 18a 為裝配式單層工業(yè)廠房，試繪制該橫向平面單元的計算簡圖。 情景一 結構的計算簡圖能力拓展情景一 結構的計算簡圖1. 掌握剛體和變形固體的概念。 2. 知道變形固體的基本假設。 3. 能描述桿件的四種基本變形形式。 4. 能進行桿件結構的分類，了解每種結構的特點。 情景二 杠桿結構的分類學習能力目標如圖 1 19 所示一公路橋，分析結構特點，繪制它的計算簡圖。情景二 杠桿結構的分類項目表述情景二 杠桿結構的分類學習進程知識鏈接1剛體、變形固體及其基本假設 剛體，它是一種理想的力學模型。 當分析

8、強度、剛度和穩(wěn)定性問題時，變形成為一個主要的因素，此時應該將物體抽象為變形固體這一理想的力學模型。 結構力學的研究對象是桿件結構，變形主要是桿件發(fā)生在彈性變形范圍之內的小變形。小變形是指構件的變形量遠小于其原始尺寸的變形。因而在研究構件的平衡和運動時，可忽略變形量，仍按原始尺寸進行計算。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接如圖 1 20 所示，計算固定端 A 的反力偶矩時，雖然因梁的彎曲引起了力作用點 B 的水平位移 ，但力 F 到 A 點的力臂仍可用原長 l 表示。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接為了研究問題的方便，我們對變形固體作如下假設： 連續(xù)性假設，即認為構成變形固體的物質無空隙地充滿了固

9、體所占的幾何空間。 均勻性假設，即認為變形固體內部各點處的力學性能完全相同。 各向同性假設，即認為變形固體在任意一點處沿各個方向都具有相同的力學性能。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接2桿件變形的基本形式 （1）軸向拉伸或壓縮 桿在兩端受到大小相等、方向相反、合力作用線與軸線重合的一對力作用時，桿將發(fā)生軸向伸長或縮短，使桿長度發(fā)生改變。 （2）剪切 在一對大小相等、方向相反、作用線相距很近的橫向外力作用下，桿件的橫截面將沿外力作用方向發(fā)生相對錯動。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接（3）扭轉 當桿件兩端受到一對大小相等、轉向相反、作用面垂直于桿軸的兩個外力偶作用時，桿件任意兩個橫截面間將發(fā)生相對轉

10、動。 （4）彎曲 在一對大小相等、方向相反、作用在桿件的縱向對稱面內的力偶作用下，桿的軸線由直線彎曲成曲線。受彎桿件是工程中最常見的構件。吊車梁、火車輪軸等的變形都是彎曲變形。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接3桿件結構的基本形式 桿件結構可分為平面桿件結構和空間桿件結構兩類。平面桿件結構按其受力特性可分為： （1）梁 梁是一種以彎曲變形為主的構件，其軸線通常為直線。梁分單跨梁（圖 1 22a、b）和多跨梁（圖 1 22c、d）。情景二 杠桿結構的分類知識鏈接3桿件結構的基本形式 （2）拱 拱是軸線為曲線并且在豎向荷載作用下能產(chǎn)生水平反力的結構（圖 1 23），這使得拱內彎 矩要比同跨度、同荷載

11、及支承情況相同的梁的彎矩小。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接3桿件結構的基本形式 （3）剛架 剛架是由直桿組成并具有剛結點的結構（圖 1 24）。剛架中各桿的內力一般有彎矩、剪力和軸力，多以彎矩為主要內力。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接3桿件結構的基本形式 （4）桁架 桁架是由直桿組成，且所有結點都是鉸結點的結構。當只承受結點荷載作用時，各桿只產(chǎn)生軸力（圖 1 25）。 情景二 杠桿結構的分類知識鏈接3桿件結構的基本形式 （5）組合結構 組合結構是指由只承受軸向力的鏈桿和主要承受彎矩的梁式桿組合而成的結構，其特點是存在組合結點（圖 1 26）情景二 杠桿結構的分類知識鏈接3桿件結構的基本形式

12、 （6）懸索結構 懸索結構的主要承重構件為懸掛于塔、柱上的纜索，索只受軸向拉力，可充分地發(fā)揮鋼材的強度，且自重輕，跨越能力好，可跨越很長的距離，如懸索屋蓋、懸索橋、斜拉橋等。情景二 杠桿結構的分類項目實施案例 1 4如圖 1 28a 所示一公路橋，分析結構特點，繪制它的計算簡圖。 情景二 杠桿結構的分類試作如圖 1 29 所示各結構的計算簡圖。 能力拓展情景二 杠桿結構的分類1. 能進行荷載的分類，了解其特點。 2. 能進行荷載的簡化，繪制計算簡圖。 學習能力目標情景三 荷載的分類項目表述 對如圖 1 30 所示梁的自重進行簡化，繪制此結構的計算簡圖。情景三 荷載的分類學習進程 情景三 荷載的

13、分類知識鏈接1荷載 工程結構和構件在使用過程中均受到各種荷載的作用，我們把主動使物體產(chǎn)生運動或運動趨勢的力稱為主動力。如結構的自重、水壓力、土壓力等。而作用于結構上的主動力，稱為荷載。此外，還有如溫度變化、基礎沉陷、材料收縮、制造誤差等，這些因素也可以引起結構的內力和變形，從廣義上來說，也可以稱為荷載。情景三 荷載的分類知識鏈接2荷載的分類 （1）分布荷載與集中荷載 根據(jù)荷載作用區(qū)域的大小，可分為分布荷載與集中荷載。如果力的作用面積大，就稱為分布荷載。如堆放在路面上的沙石、貨物對于路基或地面的壓力，建筑物承受的風壓等都是分布荷載。集中荷載是當荷載作用區(qū)域很小時的近似簡化。如火車車輪作用在鋼軌上

14、的壓力，面積較小的柱體傳遞到面積較大的基礎上的壓力等。 情景三 荷載的分類知識鏈接（2）恒載與活載 根據(jù)荷載作用時間的長短，可分為恒載與活載。恒載是長期作用在結構上的不變荷載，如結構自重、固定設備的重量、土壓力等。活載是暫時作用于結構上、位置不固定的荷載，如施工時移動吊車的重量及結構所承受的列車、人群、風、雪等荷載。 情景三 荷載的分類知識鏈接（3）固定荷載與移動荷載 根據(jù)荷載作用位置有無變化，可分為固定荷載和移動荷載。固定荷載在結構上的作用位置是不變的，如恒載及某些活載，如結構自重、風、雪等。移動荷載其作用位置是移動的，如行駛的汽車、移動的人群等。 情景三 荷載的分類知識鏈接（4）靜力荷載和動力荷載 根據(jù)荷載對結構所產(chǎn)生的動力效應大小，可分為靜力荷載和動力荷載。靜力荷載是指其大小、方向和位置不隨時間變化或變化很緩慢的荷載，它不會使結構產(chǎn)生顯著的加速度，因而可以略去慣性力的影響。