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1.1 结构力学的研究对象、任务及特点

在工程范畴内,由建筑材料按照合理方式组成,能承担预定任务并符合经济原则的物体或体系,称为工程结构(简称结构)。结构在建筑物或构筑物中起着支承荷载的骨架作用。在土木和水利工程中,房屋中的梁、柱、基础以及桥梁、挡土墙、闸门、水坝等都是结构的实例。当不考虑材料的微小应变时,结构本身及各部分之间都不会发生相对运动,且直接或间接与地基联结,并将其所受的荷载传到地基。

组成结构的单个部分称为构件,按其在三个互相垂直方向的相对大小,可分为杆件、板(壳)和块体。当构件长度远大于其他两个尺度(宽度和高度)时,称为杆件;当构件厚度远小于其他两个尺度,其为一平面板状物体时,称为薄板,其为曲面外形时,称为薄壳;三个方向的尺度大约为同一量级的构件,称为块体。

按照几何特征的不同,结构可分为三种类型:

1.杆件结构(又称杆系结构)

杆件结构是由若干杆件组成的结构。若结构的所有杆件轴线以及作用于结构的荷载都在同一平面,则为平面杆件结构,否则为空间杆件结构。实际上,所有杆件结构都是空间结构,但为了简化计算,常常将某些空间特征不明显的结构分解为若干平面结构,如图1-1b所示平面结构就是图1-1a所示厂房中的一个横向承重排架。而对于某些具有明显空间特征的结构,如图1-2所示空间桁架,则不能分解为平面结构,而应按空间结构考虑。

图1-1

2.薄壁结构

薄壁结构是指仅由薄板(图1-3a)或仅由薄壳(图1-3b)或由薄板与薄壳一起组成的结构。矩形水池、薄壳屋顶、筒仓等都是薄壁结构的工程实例。

3.实体结构

由块体组成的结构,称为实体结构。图1-4 所示挡土墙、块式基础等均属于实体结构。

图1-2

图1-3

图1-4

结构力学的研究对象主要为平面杆件结构。

结构力学的任务是研究结构的组成规律和合理形式,以及结构在外因作用下的强度、刚度、稳定性的原理和计算方法。其中,研究结构的组成规律,是为了保证结构能够维持平衡并承担荷载;研究结构的合理形式,是为了有效地利用材料,使其性能得到充分的发挥;计算强度和稳定性的目的是使结构满足经济与安全的双重要求;计算刚度则是保证结构不致发生过大的变形,以满足正常使用的要求。

计算结构强度、刚度和稳定性,必须先确定内力和变形,才能按照强度、刚度条件进行验算。因此,求解结构在外因作用下的杆件内力和位移,便成为本书着重讨论的内容。

结构力学与材料力学、弹性力学有密切的联系,它们的任务都是讨论变形体系的强度、刚度和稳定性,但在研究对象上有所区别。材料力学基本上是研究单个杆件,结构力学主要是研究杆件结构,而弹性力学则研究各种薄壁结构和实体结构,同时对杆件也作更精确的分析。

结构力学是一门专业基础课,在专业学习中占有重要的地位。学习它一方面要用到数学、理论力学、材料力学等前修课程的知识;另一方面又要为混凝土结构、钢结构、结构抗震设计等后续专业课程学习奠定必要的力学基础。学习结构力学要“抓住重点、灵活分析、多做练习”。全书有重点,各章也有重点。例如,平衡条件、位移条件、叠加原理就是全书的重点,几何不变体系的组成规则则是第2章的重点。对重点内容要熟练掌握、真正理解。求解结构力学问题,如几何体系的组成分析、各类结构的内力、位移计算等,作法往往不是唯一的,这就需要善于思考、灵活分析。掌握、消化结构力学的基本概念、原理和计算方法,则需要做一定数量的练习题。可以说,多做练习对于学好结构力学十分必要。 2591qm6Cug3vjtlDrj1o5aHG48+2atrLtLPAQ5+HLG55tysJUJVbKgGh6t/NjJe1

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