结构力学
Structural Mechanics
河北工程大学土木工程学院 结构力学教研组
周书敬 郭延华
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目录
结构力学(I) 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 平面体系的几何构造分析 静定结构的受力分析 影响线 静定结构的位移计算 力法 位移法 渐近法
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目录
结构力学(II) 第十 章 矩阵位移法 第十三章 结构的动力计算 第十五章 结构的塑性分析与极限荷载 结构力学教程(I)、(II) 龙驭球 包世华 主编 龙驭球 包世华 匡文起 袁驷 编著
(1) 结构力学是固体力学的一个分支；
(2) 结构力学是以结构(建筑)为研究对象的。
力学：固体力学、流体力学、空气动力学等。
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固体力学：理论力学、材料力学、结构力学、 弹性力学、塑性力学、岩体力学、断裂力学 ……。 2、结构力学的任务 (1) 研究结构的组成规律和合理形式，合理选择 计算简图。 组成规律：保证结构各部分之间不发生相对运
属于专业(技术)基础课。在后续课程中，结构力学
除与弹性力学性质相近外，又为钢筋混凝土结构、
钢木结构、水工结构等专业课提供力学基础。
各学科的任务：理论力学→讨论物体机械运动
的基本规律；材料力学(结构力学、弹性力学)是研
究单根杆件(杆系结构、实体结构和板壳结构)的强
度、刚度和稳定性的计算原理和计算方法。
钢结构梁、柱
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埃菲尔铁塔
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2. 板壳结构(薄壁结构) ——厚度远小于其长度和宽度的结构。
悉尼歌剧院
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清华大礼堂
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3. 实体结构(块体结构) 长、宽、高三个尺寸相近的结构。
三、结构力学研究的任务、对象和内容
1、结构力学
结构力学研究由细长杆件组成的平面杆系结
构，如：梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
角弹性变形。
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二、几种杆系结构
1. 梁 1）单跨梁
静定梁（简支梁）
超静定梁1（一端固定一端简支梁）
超静定梁2（两端固定梁）
超静定梁3（一端固定一端滑动梁）
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2）多跨梁
静定多跨梁
连续梁（超静定）
梁的特点： 梁的轴线通常为直线，在竖向荷载作用下，截
面存在弯矩、剪力和轴力。
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2. 刚架
静定刚架
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广义荷载：还包括温度变化、基础沉陷、材 料收缩等。
荷载的确定是结构设计中极为重要的工作。
荷载如果估计过大，则设计的结构会过于笨
重，造成浪费；荷载如果估计过低，则设计的结
构将不够安全。
荷载可以根据不同特征进行分类：
1、按荷载作用时间长短可分为：
恒载：永久作用在结构上的荷载。如自重等。
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活载：荷载有时作用在结构上，有时又不作
中国万里长城是世界上修 建时间最长，工程量最大的
万里长城
冷兵器战争时代的国家军事
性防御工程，凝聚着我们祖 先的血汗和智慧，是中华民 族的象征和骄傲。秦始皇为 了修筑长城动用了30万人， 创造了人类建筑史上的奇迹。 在建筑材料和建筑结构 上以“就地取材、因材施用”的原 则，创造了许多种结构方法。有夯土、块石片石、砖石混合等 结构；在沙漠中还利用了红柳枝条、芦苇与砂粒层层铺筑的结 构。有“山险墙、劈山墙、关城、烽火台”延续建筑达2000 年。
国家大剧院
8Байду номын сангаас
国家大剧院内部
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国家大剧院内部
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国家大剧院内部
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国家大剧院中心建筑为独特的壳体造型，高46.68米， 地下最深32.50米,周长达600余米，周围是面积达3.55万平 方米的人工湖水面。 1、6750吨钢梁架起中国第一大穹顶：壳体结构由一根 根弧形钢梁所组成，是目前我国跨度最大的壳体钢结构建筑。 如此巨大的钢架结构中间没有一根柱子支撑，重达6750吨 的钢结构完全可以依靠自身的力学结构体系来保证安全稳定。 它对壳体的整体稳定性、整体刚度和抗震、抗风荷载、抗雪 荷载及拼接、安装等都有很高的技术要求。 2、超深基础施工：地下最深达到32.5米，是目前北京 地区公共建筑最深的地下工程。 3、钛金属的安装：壳体表面钛板面积达3万平方米，由 18398块钛金属板组成。由于是椭圆体、双曲面，所以每块 钛板的形状，角度、弧度各不相同，加之钛金属板的厚度只 有0.44毫米，因此对加工、制作、安装技术要求很高。 4、石材全部国产：共使用了20多种天然石材。
空间结构：各杆的轴线不在同一平面内。
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按计算特性分为静定结构和超静定结构。 静定结构：杆件的内力(包括反力)可由平衡条 件唯一确定； 超静定结构：杆件的内力(包括反力)由平衡条 件还不能唯一确定，而必须同时考虑变形条件才 能唯一确定。
三、 荷载
荷载：主动作用于结构的外力(自重、水压力和
土压力)。
(5) 研究在静荷载作用下，结构的极限承载力
的计算原理和方法；
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3、研究对象 研究由细长杆件组成的平面杆系结构:
梁、桁架、刚架、拱及组合结构等。
4. 研究内容 (1) 平面杆件体系的几何构造分析； 几何构造分析主要是讨论几何不变体系的组成 规律，因为只有几何不变体系才能作为结构来使用。 (2) 承载能力的计算(结构选定后) ； 内力分析：FN(轴力)、FQ(剪力)、M(弯矩)；
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公 元 1174年 动 工， 1350 年 完工，是8层圆柱形建筑。塔 高54．5米，塔身墙壁底厚 约 4米，顶部厚2米多，从下 而上，外围8重拱形券门，由 底层15根圆柱，中间6层各 31根圆柱，顶层12根圆柱， 建成213个拱形券门而成。 塔由于造基不慎，到第3 层出现倾斜，被迫停建达一 个世纪，后来继续施工。建 成时，塔顶中心偏离垂直中 心线2．1米。600多年以来， 塔身继续而缓慢地倾斜，所 以称为“斜塔”。
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3. 辊轴支座（活动铰支座） A
A
FyA
特点：
（1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； （2) 杆端A产生的支座反力沿链杆方向作用。
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4. 滑动支座（定向支座） A
A 模型 特点： （1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线位
MA
A
MA
Fy A
Fy A
移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
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三峡大坝
2006年5月，全长2309米的三峡大坝全线建成，全线浇筑达
到设计高程海拔185米，是世界上规模最大的混凝土重力坝。
坝顶总长3035米，坝顶高程185米
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印度泰姬 陵 是世界七 大建筑奇迹
印度泰姬陵
之一
陵墓主殿四角都有圆柱形高塔一座，特别的地方是每座塔
均向外倾斜12度，若遇上地震只会向四方倒下，而不会影 响主殿。
超静定刚架
刚架的特点： （1）刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆
件连结的结点多为刚结点；
（2）荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴
力。
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3. 拱
FP
FH
三铰拱
拉杆
FH
FV
拉杆拱
FV
拱的特点：
无铰拱
（1) 拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下支座 有水平推力FH （见图)； （2) 拱轴截面的轴力较大，弯距和剪力较小。
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4. 桁架和组合结构
静定桁架
超静定桁架
特点： 桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载 作用于结点上，各杆只受轴力；
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组合结构
特点：组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其
中梁式杆以受弯为主，内力不仅有轴力，还有弯矩
和剪力。 按空间观点分为平面结构和空间结构。 平面结构：各杆的轴线和外力作用线都在同一 平面内；
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强度计算在于保证结构物使用中的安全性，并
符合经济要求。
变形计算：在弹性范围内。 刚度计算在于保证结构物不会产生过大的变形 从而影响使用。 (3) 动力反应：动荷载作用下的动内力和动位 移(电机转动、地震等)。 动力分析是研究结构的动力特性以及在动荷载
作用下的动力反应----结构受到的地震力、结构的
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但在不少情况下，设计者需要深入现场，结合实际 情况进行调查研究。才能对荷载作出合理的确定。
动，使结构能承受荷载，并且能够维持平衡。
合理形式：有效利用材料，使其性能得以充分
发挥。
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(2) 研究在静荷载作用下，结构的内力和变形 的计算原理和方法； (3) 研究在动荷载作用下，结构的动力反应 (动 内力、动位移)的计算原理和方法； (4) 研究在静荷载作用下，结构的稳定性的计 算原理和方法；
高等教育出版社
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第一章 绪
论
§1-1 结构力学的内容和学习方法 §1-2 结构计算简图
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§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中承 受、传递荷载而起骨架作 用的部分称为结构。 如：房屋中的梁柱体 系、桥梁、水坝等等都是 工程结构的例子。 结构的作用：起承受 和传递荷载的作用。
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四、学习方法和注意事项
首先，要充分认识到结构力学课程对本专业的
重要性。
1、学习方法
(1) 一定注意分析方法和解题思路，从具体问
题的算法中学习分析问题的一般方法。
如：从“已知→未知”；“整体→局部→整体” 的方法。 (2) 认真听课、做好笔记，提高听课效果。
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(3) 多练，必须独立、高质量的完成作业。
意大利比萨斜塔
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凯旋门建成 于1836年。 它只有一个 拱洞，上为 桶形穹窿， 高50米，宽 45米。
巴黎凯旋门
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埃菲尔铁塔
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吉隆坡石油双塔
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桥梁
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赵州桥
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青马大桥