第一章緒論1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù)1.2桿件結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類第一章緒論1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù)1第一章緒論本章介紹結(jié)構(gòu)的概念及其分類，結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù)，結(jié)構(gòu)計算簡圖的概念，平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化與分類，荷載的簡化與分類。第一章緒論本章介紹結(jié)構(gòu)的概念及其分類，結(jié)構(gòu)21.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象1.1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象31.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象1、結(jié)構(gòu)的概念土木工程中的各類建筑物在使用過程中都要受到荷載的作用，在建筑物中承受和傳遞荷載而起骨架作用的部分或體系稱為結(jié)構(gòu)。最簡單的結(jié)構(gòu)可以是一根梁或一根柱。但往往一個結(jié)構(gòu)是由多個簡單結(jié)構(gòu)所組成，這些簡單結(jié)構(gòu)又稱為構(gòu)件。1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象1、結(jié)構(gòu)的概念41.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象 圖1.1所示為由屋架、柱子、吊車梁、屋面板及基礎(chǔ)等組成了工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)。圖1.2所示為橋梁圖1.1圖1.21.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象 圖1.1所示為由屋架、51.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象

圖1.2所示為橋梁，圖1.3所示為蓄水池和圖1.4所示為擋土墻等，都是結(jié)構(gòu)的典型例子。

圖1.3圖1.41.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象 圖1.2所示為橋梁，圖1.361.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類 工程中常見的結(jié)構(gòu)按其幾何特征可分為以下三類：(1)

桿件結(jié)構(gòu) 由桿件組成的結(jié)構(gòu)稱為桿件結(jié)構(gòu)。桿件的幾何特征是它的長度遠大于其橫截面的寬度和高度。圖1.5所示鋼筋混凝土屋架就是一個桿件結(jié)構(gòu)。圖1.51.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類圖1.571.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類

(2)板殼結(jié)構(gòu) 由薄板或薄殼組成的結(jié)構(gòu)稱為板殼結(jié)構(gòu)。薄板和薄殼的幾何特征是它們的長度和寬度遠大于其厚度。當構(gòu)件為平面狀時稱為薄板；當構(gòu)件具有曲面狀時稱為薄殼。板殼結(jié)構(gòu)也稱為薄壁結(jié)構(gòu)。圖1.3所示蓄水池就是由平板和柱殼組成的板殼結(jié)構(gòu)；圖1.6(a)、(b)所示屋頂分別是三角形折板結(jié)構(gòu)和長筒殼結(jié)構(gòu)。

圖1.61.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類圖1.681.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類(3)

實體結(jié)構(gòu) 如果結(jié)構(gòu)的長、寬、高三個尺度為同一量級，則稱為實體結(jié)構(gòu)。例如擋土墻(圖1.4)、堤壩和塊形基礎(chǔ)等都是實體結(jié)構(gòu)。 除了上面三類結(jié)構(gòu)外，在工程中還會遇到懸索結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)等其他類型的結(jié)構(gòu)。 在土木工程中，桿件結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。按照空間特征，桿件結(jié)構(gòu)又可分為平面桿件結(jié)構(gòu)和空間桿件結(jié)構(gòu)兩類。凡組成結(jié)構(gòu)的所有桿件的軸線都位于同一平面內(nèi)，并且荷載也作用于該平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)，稱為平面桿件結(jié)構(gòu)。否則稱為空間桿件結(jié)構(gòu)。實際結(jié)構(gòu)多屬于空間的，但在計算時，根據(jù)其實際受力特點，有許多可簡化為平面結(jié)構(gòu)來處理(例如，圖1.1中的廠房結(jié)構(gòu))。 結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要研究對象是桿件結(jié)構(gòu)。本書只限于研究平面桿件結(jié)構(gòu)。1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類91.1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)包括以下兩個方面： 1)研究結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)律和合理形式，以確保在預(yù)定荷載作用下，結(jié)構(gòu)能維持其原有的幾何形狀。 2)研究結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算，以便對結(jié)構(gòu)進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算。1.1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)包括以下兩個101.2桿件結(jié)構(gòu)的計算簡圖

1.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.2桿件結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖111.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖 工程中結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)造比較復(fù)雜，其受力及變形情況也比較復(fù)雜，完全按照結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)進行分析往往是困難的。因此在進行力學(xué)計算前，必須先將實際結(jié)構(gòu)加以簡化，分清結(jié)構(gòu)受力、變形的主次，抓住主要因素，忽略一些次要因素，將實際結(jié)構(gòu)抽象為既能反映結(jié)構(gòu)的實際受力和變形特點又便于計算的理想模型，稱為結(jié)構(gòu)的計算簡圖。 本書后面所稱的結(jié)構(gòu)都是指其計算簡圖1.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖 工程中結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)造比較復(fù)雜，其121.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化2.結(jié)點的簡化3.支座的簡化4.荷載的簡化1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化131.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化 桿件用其軸線表示。直桿簡化為直線；曲桿簡化為曲線。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化141.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化

結(jié)構(gòu)中各桿件間的相互聯(lián)接處稱為結(jié)點。結(jié)點可簡化為以下兩種基本類型：(1)鉸結(jié)點 鉸結(jié)點的特征是所聯(lián)各桿都可以繞結(jié)點自由轉(zhuǎn)動，即在結(jié)點處各桿之間的夾角可以改變。例如，在圖1.7(a)所示木結(jié)構(gòu)的結(jié)點構(gòu)造中，是用鋼板和螺栓將各桿端聯(lián)結(jié)起來的，各桿之間不能有相對移動，但允許有微小的相對轉(zhuǎn)動，故可作為鉸結(jié)點處理，其簡圖如圖1.7(b)所示。圖1.71.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化圖1.7151.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化(2)剛結(jié)點 剛結(jié)點的特征是所聯(lián)各桿不能繞結(jié)點作相對轉(zhuǎn)動，即各桿之間的夾角在變形前后保持不變。例如圖1.8(a)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)點構(gòu)造圖，其簡圖如圖1.8(b)所示。

當一個結(jié)點同時具有以上兩種結(jié)點的特征時，稱為組合結(jié)點，即在結(jié)點處有些桿件為鉸接，同時也有些桿件為剛性聯(lián)接[圖1.9(a)、(b)]。圖1.8圖1.91.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化圖1.8圖1.161.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化 把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或支承部分聯(lián)接起來的裝置稱為支座。平面結(jié)構(gòu)的支座根據(jù)其支承情況的不同可簡化為活動鉸支座、固定鉸支座、固定端支座[圖1.10(a)、(b)、(c)]和定向支座[圖1.11(a)]。前三種支座在理論力學(xué)中已介紹過，此處不再贅述。圖1.101.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化圖1.10171.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化

定向支座能限制桿件的轉(zhuǎn)動和垂直于支承面方向的移動，但允許桿件沿平行于支承面的方向移動。其支座反力為垂直于支承面的反力FN和反力偶矩M[圖1.11(b)]。當支承面與桿軸線垂直時，定向支座的反力為水平方向[圖1.11(c)]。圖1.111.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化圖1.11181.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化 作用于結(jié)構(gòu)上的荷載通常簡化為集中荷載和分布荷載。 下面舉例說明結(jié)構(gòu)的簡化過程和如何選取其計算簡圖。 【例1.1】試選取圖1.12(a)所示單層工業(yè)廠房的計算簡圖。 【解】1)

結(jié)構(gòu)體系的簡化。該單層工業(yè)廠房是由許多橫向平面單元[圖1.12(b)]，通過屋面板和吊車梁等縱向構(gòu)件聯(lián)系起來的空間結(jié)構(gòu)。由于各個橫向平面單元相同，且作用于結(jié)構(gòu)上的荷載一般又是沿廠房縱向均勻分布的，因此作用于結(jié)構(gòu)上的荷載可通過縱向構(gòu)件分配到各個橫向平面單元上。這樣就可不考慮結(jié)構(gòu)整體的空間作用，把一個空間結(jié)構(gòu)簡化為若干個彼此獨立的平面結(jié)構(gòu)來進行分析、計算。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化191.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化 2)

構(gòu)件的簡化。立柱因上下截面不同，可用粗細不同的兩段軸線表示。屋架因其平面內(nèi)剛度很大，可簡化為一剛度為無限大的直桿。 3)

結(jié)點與支座的簡化。屋架與柱頂通常采用螺栓聯(lián)結(jié)或焊接，可視為鉸結(jié)點。立柱下端與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)牢固，嵌入較深，可簡化為固定端支座。 4)

荷載的簡化。由吊車梁傳到柱子上的壓力，因吊車梁與牛腿接觸面積較小，可用集中力F1、F2表示；屋面上的風(fēng)荷載簡化為作用于柱頂?shù)囊凰郊辛3；而柱子所受水平風(fēng)力，可按平面單元負荷寬度簡化為均布線荷載q。 經(jīng)過上述簡化，即可得到廠房橫向平面單元的計算簡圖，如圖1.12(c)所示。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化201.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化

圖1.121.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化圖1.12211.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化

【例1.2】圖1.13(a)為一水利工程鋼筋混凝土渡槽，試選取其計算簡圖。 【解】在進行縱向計算時，可把槽身視為支承在支架上的簡支梁，所受的荷載為均布的水重和自重，梁的截面為U形，計算簡圖如圖1.13(b)所示。在進行橫向計算時，則用兩個垂直于縱向軸線的平面從槽身中截出單位長度的一段，計算簡圖為U形剛架，如圖1.13(c)所示。所受荷載為水壓力，底部的水壓力為均勻分布，兩側(cè)則為三角形分布。由于每段槽身都是整個槽身的一部分，所以每段槽身上的豎向荷載靠整個槽身截面上的豎向剪力來支承，也就是靠該段渡槽的兩側(cè)截面內(nèi)的豎向剪力來支承，圖1.13(c)中的支座實際上代表兩側(cè)壁板的豎向剪力所起的支承作用。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化221.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化圖1.131.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化圖1.13231.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化

選取較合理的結(jié)構(gòu)計算簡圖，不僅需要有豐富的實踐經(jīng)驗，還需要有較完備的力學(xué)知識，才能分析主、次要因素的相互關(guān)系，對于一些新型結(jié)構(gòu)往往還需要借助模型試驗和現(xiàn)場實測才能確定出較合理的計算簡圖。對于工程中一些常用的結(jié)構(gòu)型式，其計算簡圖經(jīng)實踐證明都比較合理，因此可以直接采用。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化241.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類 平面桿件結(jié)構(gòu)按其受力特征可分為以下幾種類型：(1)梁 梁是一種以彎曲變形為主的構(gòu)件，其軸線通常為直線。梁可以是單跨的或多跨的(圖1.14)。

圖1.141.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類 平面桿件結(jié)構(gòu)按其受力特征可分為以251.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(2)剛架 剛架是由直桿組成，其結(jié)點全部或部分為剛結(jié)點的結(jié)構(gòu)(圖1.15)。剛架各桿主要承受彎矩，也承受剪力和軸力。圖1.151.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(2)剛架圖1.15261.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(3)拱 拱的軸線多為曲線，其特點是在豎向荷載作用下能產(chǎn)生水平支座反力(圖1.16)。這種水平支座反力可減少拱橫截面上的彎矩。圖1.161.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(3)拱圖1.16271.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(4)桁架 桁架是由直桿組成，其所有結(jié)點都為鉸結(jié)點的結(jié)構(gòu)(圖1.17)。在平面荷載作用下各桿主要產(chǎn)生軸力。圖1.171.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(4)桁架圖1.17281.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(5)組合結(jié)構(gòu) 組合結(jié)構(gòu)是由桁架和梁或剛架組合在一起而形成的結(jié)構(gòu)(圖1.18)。其特點是一部分桿件只承受軸力，而另一部分桿件則同時承受彎矩、剪力和軸力。圖1.181.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(5)組合結(jié)構(gòu)圖1.18291.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類 主動作用于結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載。在進行結(jié)構(gòu)計算之前，首先要確定結(jié)構(gòu)所受的荷載。如果將荷載估計過大，則設(shè)計的結(jié)構(gòu)會過于笨重，并造成浪費；反之，若將荷載估計過低，則設(shè)計的結(jié)構(gòu)將不能保證安全。因此，荷載的確定在結(jié)構(gòu)設(shè)計中是非常重要的工作。 荷載按其不同特征可進行如下分類：1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類 主動作用于結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載301.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類1.按荷載作用時間的久暫分類 1)恒載。恒載是指永久作用于結(jié)構(gòu)上的荷載。如結(jié)構(gòu)的自重以及固定在結(jié)構(gòu)上的永久性設(shè)備的重力等。 2)活載?；钶d是指施工或使用期間臨時作用于結(jié)構(gòu)上的荷載。如列車荷載、吊車荷載、人群的重力、風(fēng)載、雪載等。1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類1.按荷載作用時間的久暫分類311.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類2.按荷載作用的性質(zhì)分類 1)靜力荷載。靜力荷載是指其大小、方向和作用位置不隨時間變化或變化非常緩慢的荷載。在這樣的荷載加載過程中，結(jié)構(gòu)不引起明顯的加速度，因此可以略去慣性力的影響。靜力荷載又稱靜荷載。 2)動力荷載。動力荷載是指其大小、方向可隨時間迅速變化的荷載。這樣的荷載在加載過程中將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的運動，因此需要考慮加速度和慣性力的影響。動力荷載又稱動荷載。 恒載和一些位置不變且加載速度比較緩慢的荷載可視為靜力荷載。沖擊荷載、突加荷載以及機器運動引起的荷載、地震時地面運動對建筑物引起的動力作用等都屬于動力荷載的范圍。1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類2.按荷載作用的性質(zhì)分類321.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類3.按荷載的分布范圍分類 1)集中荷載。集中荷載是指其分布面積遠小于結(jié)構(gòu)尺寸的荷載。因此在分析、計算時可認為集中荷載是作用在結(jié)構(gòu)的某一個點上。如汽車的輪壓，可視為作用于橋梁上的集中荷載。 2)分布荷載。分布荷載是指連續(xù)分布在結(jié)構(gòu)上的荷載。當分布荷載在結(jié)構(gòu)上均勻分布時，稱為均布荷載；分布不均勻的，稱為非均布荷載。如等截面梁的自重可視為均布荷載，而水對水池側(cè)壁的壓力則視為非均布荷載。1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類3.按荷載的分布范圍分類331.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類4.非荷外界因素

結(jié)構(gòu)除了承受上述荷載作用外，還可能受到其他外界因素的影響，如溫度的改變、支座的移動、材料的收縮等，這些非荷外界因素有可能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形或內(nèi)力。因此，在對結(jié)構(gòu)進行分析、計算時，必須考慮這些因素對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類4.非荷外界因素34思考題1.1何為結(jié)構(gòu)？結(jié)構(gòu)可分為哪幾類？結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象是哪類結(jié)構(gòu)？1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)是什么？1.3為什么要選取結(jié)構(gòu)的計算簡圖？選取計算簡圖應(yīng)遵循什么原則？1.4平面桿件結(jié)構(gòu)從哪幾個方面進行簡化？1.5從受力和變形方面考慮，剛結(jié)點和鉸結(jié)點各具有什么特點？1.6支座有幾種形式？分別存在何種約束反力？1.7平面桿件結(jié)構(gòu)可分為哪幾種類型？1.8結(jié)構(gòu)上的荷載分為哪幾類？怎樣理解非荷外界因素對結(jié)構(gòu)的影響？思考題1.1何為結(jié)構(gòu)？結(jié)構(gòu)可分為哪幾類？結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象35第一章緒論1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù)1.2桿件結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類1.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類第一章緒論1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù)36第一章緒論本章介紹結(jié)構(gòu)的概念及其分類，結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象和任務(wù)，結(jié)構(gòu)計算簡圖的概念，平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化與分類，荷載的簡化與分類。第一章緒論本章介紹結(jié)構(gòu)的概念及其分類，結(jié)構(gòu)371.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象1.1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象381.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象1、結(jié)構(gòu)的概念土木工程中的各類建筑物在使用過程中都要受到荷載的作用，在建筑物中承受和傳遞荷載而起骨架作用的部分或體系稱為結(jié)構(gòu)。最簡單的結(jié)構(gòu)可以是一根梁或一根柱。但往往一個結(jié)構(gòu)是由多個簡單結(jié)構(gòu)所組成，這些簡單結(jié)構(gòu)又稱為構(gòu)件。1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象1、結(jié)構(gòu)的概念391.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象 圖1.1所示為由屋架、柱子、吊車梁、屋面板及基礎(chǔ)等組成了工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)。圖1.2所示為橋梁圖1.1圖1.21.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象 圖1.1所示為由屋架、401.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象

圖1.2所示為橋梁，圖1.3所示為蓄水池和圖1.4所示為擋土墻等，都是結(jié)構(gòu)的典型例子。

圖1.3圖1.41.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象 圖1.2所示為橋梁，圖1.3411.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類 工程中常見的結(jié)構(gòu)按其幾何特征可分為以下三類：(1)

桿件結(jié)構(gòu) 由桿件組成的結(jié)構(gòu)稱為桿件結(jié)構(gòu)。桿件的幾何特征是它的長度遠大于其橫截面的寬度和高度。圖1.5所示鋼筋混凝土屋架就是一個桿件結(jié)構(gòu)。圖1.51.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類圖1.5421.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類

(2)板殼結(jié)構(gòu) 由薄板或薄殼組成的結(jié)構(gòu)稱為板殼結(jié)構(gòu)。薄板和薄殼的幾何特征是它們的長度和寬度遠大于其厚度。當構(gòu)件為平面狀時稱為薄板；當構(gòu)件具有曲面狀時稱為薄殼。板殼結(jié)構(gòu)也稱為薄壁結(jié)構(gòu)。圖1.3所示蓄水池就是由平板和柱殼組成的板殼結(jié)構(gòu)；圖1.6(a)、(b)所示屋頂分別是三角形折板結(jié)構(gòu)和長筒殼結(jié)構(gòu)。

圖1.61.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類圖1.6431.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類(3)

實體結(jié)構(gòu) 如果結(jié)構(gòu)的長、寬、高三個尺度為同一量級，則稱為實體結(jié)構(gòu)。例如擋土墻(圖1.4)、堤壩和塊形基礎(chǔ)等都是實體結(jié)構(gòu)。 除了上面三類結(jié)構(gòu)外，在工程中還會遇到懸索結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)等其他類型的結(jié)構(gòu)。 在土木工程中，桿件結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。按照空間特征，桿件結(jié)構(gòu)又可分為平面桿件結(jié)構(gòu)和空間桿件結(jié)構(gòu)兩類。凡組成結(jié)構(gòu)的所有桿件的軸線都位于同一平面內(nèi)，并且荷載也作用于該平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)，稱為平面桿件結(jié)構(gòu)。否則稱為空間桿件結(jié)構(gòu)。實際結(jié)構(gòu)多屬于空間的，但在計算時，根據(jù)其實際受力特點，有許多可簡化為平面結(jié)構(gòu)來處理(例如，圖1.1中的廠房結(jié)構(gòu))。 結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要研究對象是桿件結(jié)構(gòu)。本書只限于研究平面桿件結(jié)構(gòu)。1.1.1結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象2、結(jié)構(gòu)的分類441.1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)包括以下兩個方面： 1)研究結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)律和合理形式，以確保在預(yù)定荷載作用下，結(jié)構(gòu)能維持其原有的幾何形狀。 2)研究結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算，以便對結(jié)構(gòu)進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算。1.1.2結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)包括以下兩個451.2桿件結(jié)構(gòu)的計算簡圖

1.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.2桿件結(jié)構(gòu)的計算簡圖1.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖461.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖 工程中結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)造比較復(fù)雜，其受力及變形情況也比較復(fù)雜，完全按照結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)進行分析往往是困難的。因此在進行力學(xué)計算前，必須先將實際結(jié)構(gòu)加以簡化，分清結(jié)構(gòu)受力、變形的主次，抓住主要因素，忽略一些次要因素，將實際結(jié)構(gòu)抽象為既能反映結(jié)構(gòu)的實際受力和變形特點又便于計算的理想模型，稱為結(jié)構(gòu)的計算簡圖。 本書后面所稱的結(jié)構(gòu)都是指其計算簡圖1.2.1結(jié)構(gòu)的計算簡圖 工程中結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)造比較復(fù)雜，其471.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化2.結(jié)點的簡化3.支座的簡化4.荷載的簡化1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化481.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化 桿件用其軸線表示。直桿簡化為直線；曲桿簡化為曲線。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化1.桿件的簡化491.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化

結(jié)構(gòu)中各桿件間的相互聯(lián)接處稱為結(jié)點。結(jié)點可簡化為以下兩種基本類型：(1)鉸結(jié)點 鉸結(jié)點的特征是所聯(lián)各桿都可以繞結(jié)點自由轉(zhuǎn)動，即在結(jié)點處各桿之間的夾角可以改變。例如，在圖1.7(a)所示木結(jié)構(gòu)的結(jié)點構(gòu)造中，是用鋼板和螺栓將各桿端聯(lián)結(jié)起來的，各桿之間不能有相對移動，但允許有微小的相對轉(zhuǎn)動，故可作為鉸結(jié)點處理，其簡圖如圖1.7(b)所示。圖1.71.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化圖1.7501.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化(2)剛結(jié)點 剛結(jié)點的特征是所聯(lián)各桿不能繞結(jié)點作相對轉(zhuǎn)動，即各桿之間的夾角在變形前后保持不變。例如圖1.8(a)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)點構(gòu)造圖，其簡圖如圖1.8(b)所示。

當一個結(jié)點同時具有以上兩種結(jié)點的特征時，稱為組合結(jié)點，即在結(jié)點處有些桿件為鉸接，同時也有些桿件為剛性聯(lián)接[圖1.9(a)、(b)]。圖1.8圖1.91.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化2.結(jié)點的簡化圖1.8圖1.511.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化 把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或支承部分聯(lián)接起來的裝置稱為支座。平面結(jié)構(gòu)的支座根據(jù)其支承情況的不同可簡化為活動鉸支座、固定鉸支座、固定端支座[圖1.10(a)、(b)、(c)]和定向支座[圖1.11(a)]。前三種支座在理論力學(xué)中已介紹過，此處不再贅述。圖1.101.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化圖1.10521.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化

定向支座能限制桿件的轉(zhuǎn)動和垂直于支承面方向的移動，但允許桿件沿平行于支承面的方向移動。其支座反力為垂直于支承面的反力FN和反力偶矩M[圖1.11(b)]。當支承面與桿軸線垂直時，定向支座的反力為水平方向[圖1.11(c)]。圖1.111.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化3.支座的簡化圖1.11531.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化 作用于結(jié)構(gòu)上的荷載通常簡化為集中荷載和分布荷載。 下面舉例說明結(jié)構(gòu)的簡化過程和如何選取其計算簡圖。 【例1.1】試選取圖1.12(a)所示單層工業(yè)廠房的計算簡圖。 【解】1)

結(jié)構(gòu)體系的簡化。該單層工業(yè)廠房是由許多橫向平面單元[圖1.12(b)]，通過屋面板和吊車梁等縱向構(gòu)件聯(lián)系起來的空間結(jié)構(gòu)。由于各個橫向平面單元相同，且作用于結(jié)構(gòu)上的荷載一般又是沿廠房縱向均勻分布的，因此作用于結(jié)構(gòu)上的荷載可通過縱向構(gòu)件分配到各個橫向平面單元上。這樣就可不考慮結(jié)構(gòu)整體的空間作用，把一個空間結(jié)構(gòu)簡化為若干個彼此獨立的平面結(jié)構(gòu)來進行分析、計算。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化541.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化 2)

構(gòu)件的簡化。立柱因上下截面不同，可用粗細不同的兩段軸線表示。屋架因其平面內(nèi)剛度很大，可簡化為一剛度為無限大的直桿。 3)

結(jié)點與支座的簡化。屋架與柱頂通常采用螺栓聯(lián)結(jié)或焊接，可視為鉸結(jié)點。立柱下端與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)牢固，嵌入較深，可簡化為固定端支座。 4)

荷載的簡化。由吊車梁傳到柱子上的壓力，因吊車梁與牛腿接觸面積較小，可用集中力F1、F2表示；屋面上的風(fēng)荷載簡化為作用于柱頂?shù)囊凰郊辛3；而柱子所受水平風(fēng)力，可按平面單元負荷寬度簡化為均布線荷載q。 經(jīng)過上述簡化，即可得到廠房橫向平面單元的計算簡圖，如圖1.12(c)所示。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化551.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化

圖1.121.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化圖1.12561.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化

【例1.2】圖1.13(a)為一水利工程鋼筋混凝土渡槽，試選取其計算簡圖。 【解】在進行縱向計算時，可把槽身視為支承在支架上的簡支梁，所受的荷載為均布的水重和自重，梁的截面為U形，計算簡圖如圖1.13(b)所示。在進行橫向計算時，則用兩個垂直于縱向軸線的平面從槽身中截出單位長度的一段，計算簡圖為U形剛架，如圖1.13(c)所示。所受荷載為水壓力，底部的水壓力為均勻分布，兩側(cè)則為三角形分布。由于每段槽身都是整個槽身的一部分，所以每段槽身上的豎向荷載靠整個槽身截面上的豎向剪力來支承，也就是靠該段渡槽的兩側(cè)截面內(nèi)的豎向剪力來支承，圖1.13(c)中的支座實際上代表兩側(cè)壁板的豎向剪力所起的支承作用。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化571.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化圖1.131.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化圖1.13581.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化

選取較合理的結(jié)構(gòu)計算簡圖，不僅需要有豐富的實踐經(jīng)驗，還需要有較完備的力學(xué)知識，才能分析主、次要因素的相互關(guān)系，對于一些新型結(jié)構(gòu)往往還需要借助模型試驗和現(xiàn)場實測才能確定出較合理的計算簡圖。對于工程中一些常用的結(jié)構(gòu)型式，其計算簡圖經(jīng)實踐證明都比較合理，因此可以直接采用。1.2.2平面桿件結(jié)構(gòu)的簡化4.荷載的簡化591.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類 平面桿件結(jié)構(gòu)按其受力特征可分為以下幾種類型：(1)梁 梁是一種以彎曲變形為主的構(gòu)件，其軸線通常為直線。梁可以是單跨的或多跨的(圖1.14)。

圖1.141.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類 平面桿件結(jié)構(gòu)按其受力特征可分為以601.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(2)剛架 剛架是由直桿組成，其結(jié)點全部或部分為剛結(jié)點的結(jié)構(gòu)(圖1.15)。剛架各桿主要承受彎矩，也承受剪力和軸力。圖1.151.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(2)剛架圖1.15611.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(3)拱 拱的軸線多為曲線，其特點是在豎向荷載作用下能產(chǎn)生水平支座反力(圖1.16)。這種水平支座反力可減少拱橫截面上的彎矩。圖1.161.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(3)拱圖1.16621.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(4)桁架 桁架是由直桿組成，其所有結(jié)點都為鉸結(jié)點的結(jié)構(gòu)(圖1.17)。在平面荷載作用下各桿主要產(chǎn)生軸力。圖1.171.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(4)桁架圖1.17631.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(5)組合結(jié)構(gòu) 組合結(jié)構(gòu)是由桁架和梁或剛架組合在一起而形成的結(jié)構(gòu)(圖1.18)。其特點是一部分桿件只承受軸力，而另一部分桿件則同時承受彎矩、剪力和軸力。圖1.181.3平面桿件結(jié)構(gòu)的分類(5)組合結(jié)構(gòu)圖1.18641.4結(jié)構(gòu)上的荷載及其分類 主動作用于結(jié)構(gòu)上的外力稱為荷載。在進行結(jié)構(gòu)計算之前，首先要確定結(jié)構(gòu)所受的荷載。如果將荷載估計過大，則設(shè)計的結(jié)構(gòu)會過于笨重，并造成浪費；反之，若將荷載估計過低，則設(shè)計的結(jié)構(gòu)將不能保證安全。因此，