什么是结构力学?

[拼音]：jiegou lixue

[外文]：structural mechanics

工程力学的一个分支。以力学原理研究在静力、动力等各种荷载和温度变化、支座位移等因素作用下的结构强度、刚度和稳定性，以及结构的组成规则。在土木工程中主要应用于房屋、桥梁、坝等结构的设计。与结构力学有关的学科主要有理论力学、材料力学、d性力学、塑性力学及工程结构等，广义的结构力学包括材料力学、杆系结构力学、应用d性力学及塑性力学，但一般常把结构力学专指为杆系结构力学，而其他的结构形式，如板、壳等，习惯上属于d性力学的研究对象。同样材料力学、d性力学、塑性力学等也研究杆件，但主要以各部分的应力为对象。由于计算技术的进步，处理问题的方法更加通用，现代结构力学研究的对象应该包括杆系、板、壳和连续体。过去，结构力学的任务偏重于结构分析，现在则应以结构优化设计为主，研究如何选择合理的截面，以达到结构的重量轻、造价低的目的。

19世纪30年代后，由于大量修建铁路，相继出现连续梁和各种桁架等结构形式，促进了连续梁和桁架的计算理论的发展。美国的S.惠普尔在1847年首先提出了桁架的计算理论，法国的B.-P.-┵.克拉珀龙提出了连续梁的计算方法。这些理论形成了结构力学的初步基础。

19世纪后半期，钢结构已被广泛应用，结构计算成了结构设计的必要步骤，计算理论也取得了很大进展。1864年J.C.麦克斯韦提出了超静定结构的力法方程(见力法)。1879年A.卡斯蒂利亚诺在他的著作中论述了利用变形势能求结构位移和计算超静定结构的理论。1874～1885年间，O.莫尔发展了利用虚位移原理求位移的一般理论，至此分析结构位移及超静定结构的一般理论日臻完善。

20世纪初，钢筋混凝土结构逐渐被用于工程结构，并出现了刚架结构。于是以位移为基本未知数的计算刚架的方法逐渐发展。A.本迪克森在1914年最先提出了转角位移法。1932年H.克罗斯首创力矩分配法。30～50年代期间，各国学者发展了各种形式的渐近法，其中中国学者蔡方荫在变截面刚构分析方面也作出了贡献。

20世纪50年代出现了电子计算机后，结构力学的发展开始进入崭新的阶段。结构分析的矩阵法等数值方法因此获得了迅速的发展，并编制了各种结构分析程序。随后，在非线性分析、非d性分析、结构抗震分析、结构抗环境作用分析等方面都取得了进展。更由于实验技术的进步，结构模型试验分析方法也取得了进展。

在结构分析中，通常用简化的图形代替实际结构，称为计算简图。结构可按计算简图的几何特性及受力特性分成平面结构和空间结构，它们又可分为梁结构、桁架结构、拱结构（见拱）、刚架结构（见图）等，以及上述各种结构相互组合而成的组合体系。

主要有图解法、解析法及能量法等。

（1）图解法通过图形表示作为矢量的力，并基于矢量的图解原理求解静定结构的反力和内力。

（2）解析法可分为力法、位移法和混合法。力法基于静力平衡方程解静定结构，并在补充变形协调方程后解超静定结构。位移法以位移为基本未知数，基于转角位移法及静力平衡方程求解，然后再由位移求反力和内力。混合法是同时应用力法和位移法两种概念求解的方法。

（3）能量法基于虚功原理、能量守恒定律、最小功原理等求解各种复杂问题（见能量原理）。此外，还应用各种数值分析方法(见有限元法)。

参考书目

金宝桢主编：《结构力学》（修订版），人民教育出版社、北京，1978。A.Ghali，et al，Structural Analysis，Chapman &Hall，London，1978.