走进土木工程——结构有意思（1）初识结构力学

结构力学是土木工程专业传说中三座大山的第三座，估计也是最高最大最重要的一座。

从广义来说，工程结构可以分为：杆系结构（梁、刚架、拱、桁架）、板壳结构（楼板、壳体屋盖）、实体结构（重力式挡墙、重力坝），分别如下图所示。

结构力学是研究结构的合理形式以及结构在受力状态下内力、变形、动力反应和稳定性等方面的规律性的学科。研究的目的是使结构满足安全性、适用性和经济方面的要求。一般实际结构的受力情况往往很复杂，所以需要进行合理的简化和假设，这就叫“结构的计算简图”，其包括结构体系（平面、空间）、杆件（轴线）、结点（铰接点、刚节点）、支座（活动铰支座、固定铰支座、固定支座、滑动支座、弹性支座）、荷载五个方面的简化。下面着重对后两项简化及基本假设进行解读。

一、支座

结构与基础相联结的部分叫支座，结构所受的荷载通过支座传递给基础和地基，这是基本概念。无论哪个部分的学科，首先基本概念一定要清晰理解。平面结构的支座形式主要有五种，即活动铰支座、固定铰支座、固定支座、滑动支座、弹性支座，其简化分别如下图所示：

简化实例：砼单层工业厂房

二、荷载

荷载是主动作用于结构上的外力。比如楼板的自重、厂房上面的吊车、桥梁上行走的复兴号等。

按荷载作用时间可以分为：恒载（永久作用的荷载）、活载（临时作用的荷载）

按荷载作用性质可以分为：静力荷载、动力荷载（比如机器运转、海浪）

三、基本假设

通常的结构力学有以下三条基本假设：

该结构称之为“线弹性体”，该体系的弹性变形与外部作用力之间具有一一对应关系。换言之，就是一个体重为60kg同学坐在板凳上，板凳的变形为常数μ，再坐上一个同样体重的同学，板凳的变形为2μ（叠加原理），两个同学都站起来后，板凳恢复原状。上述解的唯一性线弹性体系分析中有重要地位，这叫“线性分析”。

其实，结构计算电子化后，尤其是很多小软件的出现，许多传统的手算方法本身可能已经逐渐失去了使用价值。但实际上，结构力学的基本概念和基本原理在工程中的综合运用，是当代结构工程领域中优秀工程师所应具备的最重要素质。“一桥飞架南北天堑变通途”的武汉长江大桥的基础也是结构力学，而这只是刚刚开始。