1、1,第三部分 結(jié)構(gòu)力學(xué),Structural Mechanics,任課教師：王國波 博士,E-mail: Telephone:2,二、結(jié)構(gòu) (Structure),建筑物和工程設(shè)施中承受和傳遞荷載而起骨架作用的部分稱為工程結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu)。,各種結(jié)構(gòu)類型的內(nèi)力和變形的計算方法,一、學(xué)習(xí)內(nèi)容與目的,3,砌體結(jié)構(gòu),4,框架結(jié)構(gòu),5,橋梁結(jié)構(gòu),趙州橋,6,橋梁結(jié)構(gòu),香港青馬大橋,7,武漢長江一橋,橋梁結(jié)構(gòu),8,隧道結(jié)構(gòu),9,埃菲爾鐵塔,山西應(yīng)縣木塔,10,悉尼歌劇院,板殼結(jié)構(gòu),11,鳥巢,鋼結(jié)構(gòu),12,三峽大壩,實體結(jié)構(gòu),13,結(jié)點,桿件之間的連接,桿件與基礎(chǔ)的連接,支座,三

2、、基本概念,14,鉸結(jié)點 Hinge Joint,不能相對移動，可以相對轉(zhuǎn)動,可以傳遞力，但不能傳遞彎矩,1 結(jié)點,鉸結(jié)點,15,剛結(jié)點 Rigid Joint,不能相對移動和轉(zhuǎn)動,可以傳遞力和彎矩,剛結(jié)點,16,滾軸支座(Roller support),可以轉(zhuǎn)動和水平移動，但不能豎向移動。,提供豎向約束反力,活動鉸支座、鏈桿、支桿,2 支座,17,鉸支座 (Hinge Support),可以轉(zhuǎn)動，但不能豎向移動和水平移動。,提供豎向和水平約束反力。,固定鉸支座,18,固定支座 (Fixed support),不能豎向移動、水平移動和轉(zhuǎn)動。,提供豎向、水平約束反力和約束力矩,19,定向支座 (

3、Directional support),可以水平移動，不能豎向移動和轉(zhuǎn)動。,提供豎向反力和約束力矩,20,在不考慮材料應(yīng)變的條件下（剛體假設(shè)），體系的位置和形狀不可改變。,在不考慮材料應(yīng)變的條件下（剛體假設(shè)），體系的位置和形狀可以改變。,一般結(jié)構(gòu)都必須是幾何不變體系。,幾何不變體系,幾何可變體系,21,一個點在平面內(nèi)有兩個自由度。,Degree of freedom,等于體系的獨立運動方式。,等于體系運動時可以獨立改 變的坐標(biāo)的數(shù)目。,自由度,22,一個剛片在平面內(nèi)有三個自由度。,幾何不變體系的自由度 等于零,幾何可變體系的自由度 大于零,23,能夠限制體系運動的其它裝置。,多余約束,約束,

4、24,多余約束,多余約束,在體系中增加或去除約束后，體系的自由度沒有影響。,必要約束,在體系中增加或去除約束后，體系的自由度發(fā)生影響。,無多余約束的幾何不變體系幾何不變體系中的所有約束均為必要約束；,有多余約束的幾何不變體系幾何不變體系中的所有約束并非均為必要約束。,25,約束的類型,桿件與基礎(chǔ)之間的連接支座,1個約束,鏈桿 滾軸支座,2個約束,固定鉸支座,3個約束,固定支座,2個約束,定向支座,26,桿件與桿件之間的連接結(jié)點,2個約束,單鉸結(jié)點,鏈桿,1個約束,3個約束,單剛結(jié)點,復(fù)鉸結(jié)點,2(n-1)個約束,復(fù)剛結(jié)點,3(n-1)個約束,27,靜定結(jié)構(gòu)：,無多余約束的幾何不變體系；,僅需靜

5、力平衡條件即可求解。,超靜定結(jié)構(gòu)：,有多余約束的幾何不變體系；,除了需靜力平衡條件外，還需考慮變形條件。,28,瞬鉸,瞬鉸,如果兩個剛片用兩根鏈桿來連接，則這兩根鏈桿所起的作用相當(dāng)于一個虛鉸。位置作用于這兩根鏈桿的交點上。,29,瞬鉸,瞬鉸,遠(yuǎn)處,無窮遠(yuǎn)處的瞬鉸,30,瞬鉸,遠(yuǎn)處,無窮遠(yuǎn)處的瞬鉸,方向性 每一個方向上有一個遠(yuǎn)點,唯一性 不同的方向上有不同的遠(yuǎn)點,線 各遠(yuǎn)點都在同一條直線上,所有有限點都不在線上,31,關(guān)于瞬鉸的例子,不變體系,瞬變體系,不變體系,瞬變體系,不變體系,32,判斷一個體系是否可以作為結(jié)構(gòu)； 如何將多根桿件搭接為一個結(jié)構(gòu)； 判定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算順序。,四、平面體系的幾何

6、組成分析,學(xué)習(xí)目的：,33,三角形是幾何不變的。,34,用兩根鏈桿相連，且三個鉸不在同一條直線上，則組成幾何不變的整體，并且沒有多余約束。,瞬變體系,Instantaneously changeable system,常變體系,Constantly changeable system,瞬變體系：指在原位置能發(fā)生微小運動，運動后稱為幾何不變的體系。由于瞬變體系在較小的荷載下會產(chǎn)生較大的內(nèi)力，因此，不能作為結(jié)構(gòu)。,常變體系：在任意位置均能運動的體系。因此，也不能作為結(jié)構(gòu)。,35,用一個鉸和一根鏈桿相連，且三個鉸不在同一條直線上，則組成幾何不變的整體，并且沒有多余約束。,瞬變體系,36,用三根鏈桿相

7、連，且三根鏈桿不交于同一點，則組成幾何不變的整體，并且沒有多余約束。,37,瞬變體系,常變體系,瞬變體系,幾個特例,38,用三個鉸兩兩相連，且三個鉸不在同一條直線上，則組成幾何不變的整體，并且沒有多余約束。,39,三角形規(guī)律,小結(jié),40,例1：,幾何不變體系且無多余約束,例2：,幾何不變體系且無多余約束,例3：,幾何不變體系且有一個多余約束,例題分析,41,例4：,幾何不變體系且無多余約束,例5：,幾何不變體系且無多余約束,42,例6：,二元體：,在一個體系上增加或者去除一個二元體不影響體系的幾何特性。,幾何不變體系且無多余約束,43,例7：,幾何不變體系且無多余約束,基礎(chǔ),44,例8：,幾何

8、不變體系且無多余約束,45,例9：,幾何不變體系且無多余約束,瞬變體系,幾何不變體系且無多余約束,常變體系,46,例10：,幾何不變體系且無多余約束,47,解題技巧小結(jié),分析體系剛片數(shù)量； 找三角形剛片； 一般可考慮將大地（基礎(chǔ)）作為一個剛片； 可通過考慮剛片的組裝形成擴(kuò)大的剛片； 具體問題具體分析。,48,例11：,基礎(chǔ),幾何不變體系且無多余約束,49,例12：,50,例12：,幾何不變體系且無多余約束,51,例13：,瞬變體系,52,例14：,幾何不變體系且無多余約束,幾何不變體系且無多余約束,瞬變體系,53,例15：,水平向遠(yuǎn)鉸,幾何不變體系且無多余約束,瞬變體系,54,例16：,幾何不變體系且無多余約束,55,例17：,56,例18：,瞬變體系,57,例19：,瞬變體系,幾何不變體系且無多余