土木工程結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)引言結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念靜力學(xué)基礎(chǔ)材料力學(xué)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析方法結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與振動(dòng)結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程中的應(yīng)用contents目錄01引言0102課程簡(jiǎn)介該課程涉及靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等方面的知識(shí)，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和工程管理提供必要的理論基礎(chǔ)。土木工程結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，主要研究結(jié)構(gòu)在各種力和力矩作用下的響應(yīng)和行為。掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理和分析方法，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)。了解各種工程材料的力學(xué)性能和特性，能夠根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式。培養(yǎng)解決實(shí)際工程問題的能力，提高結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性的意識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)02結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念靜定結(jié)構(gòu)超靜定結(jié)構(gòu)彈性結(jié)構(gòu)非彈性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型與分類01020304在任何外力作用下，其內(nèi)部應(yīng)力只與所受外力有關(guān)，與多余約束力無關(guān)。在任何外力作用下，其內(nèi)部應(yīng)力不僅與所受外力有關(guān)，還與多余約束力有關(guān)。在外部力的作用下，能夠恢復(fù)到原始狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。在外部力的作用下，不能恢復(fù)到原始狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。連續(xù)性假設(shè)均勻性假設(shè)各向同性假設(shè)小變形假設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本假設(shè)假設(shè)材料是連續(xù)的，即材料內(nèi)部沒有空隙。假設(shè)材料在各個(gè)方向上的性質(zhì)相同。假設(shè)材料在各個(gè)方向上的性質(zhì)是均勻的。假設(shè)結(jié)構(gòu)在受力后發(fā)生的變形很小，可以忽略不計(jì)。結(jié)構(gòu)在外部力的作用下，內(nèi)部各部分之間相互作用的力量。內(nèi)力作用在結(jié)構(gòu)上的所有力量，包括重力、風(fēng)力、地震力等。外力單位面積上的內(nèi)力，表示內(nèi)力在某一截面上的分布情況。應(yīng)力結(jié)構(gòu)在受力后發(fā)生的變形，表示結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸的變化。應(yīng)變結(jié)構(gòu)力學(xué)中的基本概念03靜力學(xué)基礎(chǔ)靜力學(xué)的基本原理是力的平衡，即物體在力的作用下保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力的平衡力的合成與分解力矩平衡靜力學(xué)中，力可以合成與分解，遵循平行四邊形法則。力矩是力和力臂的乘積，力矩平衡是保持物體平衡的另一個(gè)重要原理。030201靜力學(xué)的基本原理通過數(shù)學(xué)解析的方法，建立物體平衡方程進(jìn)行求解。解析法根據(jù)力的平衡原理，建立物體平衡的數(shù)學(xué)方程。平衡方程利用虛位移的概念，通過虛功原理建立平衡方程進(jìn)行求解。虛位移法靜力分析的方法對(duì)單跨梁進(jìn)行受力分析，建立平衡方程并求解。單跨梁的靜力分析對(duì)剛架進(jìn)行受力分析，建立平衡方程并求解。剛架的靜力分析靜力分析在土木工程中廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、道路等工程結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算。靜力分析的應(yīng)用靜力分析的實(shí)例04材料力學(xué)基礎(chǔ)材料在受到外力作用時(shí)發(fā)生形變，外力消失后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。彈性塑性強(qiáng)度韌性材料在受到外力作用時(shí)發(fā)生形變，外力消失后不能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。材料在受到外力作用時(shí)抵抗破壞的能力。材料在受到外力作用時(shí)抵抗斷裂的能力。材料的基本性質(zhì)03應(yīng)力-應(yīng)變曲線描述應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的曲線，反映了材料的彈性和塑性性質(zhì)。01應(yīng)力材料單位面積上所承受的力。02應(yīng)變材料在受力過程中產(chǎn)生的形變。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系材料在軸向受到拉力作用，產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形。拉伸材料在軸向受到壓力作用，產(chǎn)生縮短變形。壓縮材料在橫向受到力作用，產(chǎn)生彎曲變形。彎曲材料在切向受到力作用，產(chǎn)生剪切變形。剪切材料的基本變形形式05結(jié)構(gòu)分析方法結(jié)構(gòu)分析的基本步驟建立數(shù)學(xué)模型根據(jù)實(shí)際工程問題，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，包括確定研究范圍、選擇適當(dāng)?shù)牧W(xué)理論和數(shù)學(xué)表達(dá)方式等。確定邊界條件和初始條件根據(jù)實(shí)際工程情況，確定結(jié)構(gòu)的邊界條件和初始條件，如固定、自由、簡(jiǎn)支、固支等。求解未知量根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型和邊界條件、初始條件，求解未知量，如位移、應(yīng)力、應(yīng)變等。結(jié)果分析對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行分析，判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，提出相應(yīng)的優(yōu)化建議。將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散化為有限個(gè)小的單元，每個(gè)單元具有一定的物理屬性（如彈性模量、泊松比等）。離散化結(jié)構(gòu)根據(jù)每個(gè)單元的物理屬性和幾何形狀，建立單元?jiǎng)偠染仃?，表示單元的受力與變形的相互關(guān)系。建立單元?jiǎng)偠染仃噷⑺袉卧膭偠染仃嚰稍谝黄?，形成整體剛度矩陣。集成整體剛度矩陣根據(jù)邊界條件和初始條件，求解整體剛度矩陣的平衡方程，得到結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力分布。求解平衡方程結(jié)構(gòu)分析的有限元法建立節(jié)點(diǎn)位移矩陣根據(jù)每個(gè)單元的物理屬性和幾何形狀，建立單元?jiǎng)偠染仃嚒＝卧獎(jiǎng)偠染仃嚰烧w剛度矩陣解方程求位移01020403通過解方程組，求得節(jié)點(diǎn)的位移。根據(jù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移和邊界條件，建立節(jié)點(diǎn)位移矩陣。將所有單元的剛度矩陣集成在一起，形成整體剛度矩陣。結(jié)構(gòu)分析的矩陣位移法06結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與振動(dòng)

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析靜力穩(wěn)定性分析通過計(jì)算結(jié)構(gòu)在靜力作用下的反應(yīng)，評(píng)估其穩(wěn)定性。包括確定結(jié)構(gòu)的臨界載荷、屈曲模式和安全系數(shù)等。動(dòng)力穩(wěn)定性分析研究結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷下的穩(wěn)定性，如地震、風(fēng)振等。通過分析結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型和阻尼等參數(shù)，評(píng)估其抵抗動(dòng)態(tài)載荷的能力。失穩(wěn)判據(jù)根據(jù)不同的失穩(wěn)模式，采用相應(yīng)的失穩(wěn)判據(jù)來判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如極值失穩(wěn)、屈曲失穩(wěn)等。自由振動(dòng)分析研究結(jié)構(gòu)在無外力作用下的振動(dòng)特性，如自振頻率、振型和阻尼比等。強(qiáng)迫振動(dòng)分析研究結(jié)構(gòu)在外力作用下的振動(dòng)特性，如振幅、相位差和響應(yīng)譜等。減震設(shè)計(jì)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或采用減震裝置，降低結(jié)構(gòu)在地震、風(fēng)振等自然災(zāi)害下的振動(dòng)反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析根據(jù)地震的強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間等因素，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受的地震作用力。地震作用分析根據(jù)地震的特性和結(jié)構(gòu)的重要性，采用不同的抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，如小震不壞、大震不倒等?？拐鹪O(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)于已建成的結(jié)構(gòu)，采取相應(yīng)的抗震加固措施，如增加支撐、加固節(jié)點(diǎn)等，以提高其抗震性能?？拐鸺庸檀胧┙Y(jié)構(gòu)的抗震分析07結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程中的應(yīng)用123結(jié)構(gòu)力學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵作用，通過分析橋梁結(jié)構(gòu)的受力特性，確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。橋梁設(shè)計(jì)在橋梁施工過程中，結(jié)構(gòu)力學(xué)可用于監(jiān)控橋梁結(jié)構(gòu)的變形和受力狀態(tài)，確保施工質(zhì)量和安全。施工監(jiān)控橋梁運(yùn)營(yíng)期間，結(jié)構(gòu)力學(xué)可以通過對(duì)橋梁的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，評(píng)估橋梁的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。健康監(jiān)測(cè)橋梁工程中的結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)力學(xué)在建筑物的抗震設(shè)計(jì)中起到重要作用，通過分析地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，提高建筑物的抗震性能。施工模擬在建筑施工過程中，結(jié)構(gòu)力學(xué)可用于模擬施工過程，預(yù)測(cè)施工過程中的問題，優(yōu)化施工方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑物的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)力學(xué)是關(guān)鍵的一環(huán)，通過合理分析建筑結(jié)構(gòu)的受力特性，優(yōu)化建筑物的結(jié)構(gòu)形式和材料選擇。建筑工程中的結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)用路基設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)的受力特性是影響路面使用性能的關(guān)鍵因素，結(jié)構(gòu)力學(xué)可以用于