結構力學

　　研究工程結構在外界因素作用下的強度、剛度和穩定性的學科。固體力學的一個分支。主要研究桿系結構，有時也包括板殼結構。

　　分支學科　結構力學主要包括結構靜力學和結構穩定分析。此外還有結構動力分析、結構塑性分析、結構優化設計等內容或分支。

　　結構靜力學　研究結構在靜荷載等因素作用下的強度和剛度的學科，是是其他分支學科的基礎。①計算模型：用來代替實際結構便於力學計算的簡化圖形稱為結構的計算簡圖或計算模型。選取的原則是反映結構的主要性能，並使計算簡化。②幾何組成分析：幾何形狀和位置保持不變（在不計材料應變下）的體系稱為幾何不變體系。分析的目的是檢查並且保證體系的幾何不變性。③結構內力分析：強度、剛度等分析都與內力有關。計算各桿的內力（彎距、剪力和軸力），並繪制內力圖是結構力學的核心內容，主要有靜定結構和超靜定結構的內力分析。在荷載作用下，所有支座反力和內力都可由靜力平衡條件完全確定的結構稱為靜定結構。反力和內力不能單由平衡條件全部確定的結構稱為超靜定結構，亦稱靜不定結構。④結構位移計算：校核結構的剛度及超靜定結構的內力分析均需要計算位移。⑤影響線：當單位定向荷載在結構上移動時，表示某處某量值隨之而變化的圖線，稱為該量值的影響線。它是計算結構承受移動荷載作用下的內力和位移的基本工具。

　　結構穩定分析　研究結構在荷載作用下保持平衡狀態的學科。結構的平衡狀態分為三種。①穩定平衡：結構受到幹擾，在稍微偏離其平衡位置後，能夠回到原來的位置。②不穩定平衡：偏離繼續增大，不能回到原來的位置。③隨遇平衡：通常是從穩定平衡向不穩定平衡過渡的中間狀態。結構失穩形態分為兩種。①分支點失穩：穩定平衡狀態經過分支點，結構應力狀態發生突然變化，轉變為不穩定平衡狀態，也稱為應力狀態失穩。②極值點失穩：結構的位移隨荷載的增加而增加，當荷載達到極值點後，即使荷載減小，位移仍繼續增大，結構喪失瞭承載能力，也稱承載能力失穩。

　　研究方法　結構力學的研究方法有理論計算和結構試驗兩類。理論計算有下列方法。

　　靜力法　靜定結構的內力，用平衡條件求解。超靜定結構的計算須用平衡條件和變形連續條件。計算的基本方法有力法和位移法。力法以多餘約束力作為基本未知量，用變形連續條件建立典型方程並求解。位移法取結點位移作為基本未知量，用平衡條件建立典型方程並求解。從位移法還演變出多種漸近法，其中常用的是力矩分配法。力法和位移法用矩陣表示並運算，分別稱為矩陣力法和矩陣位移法。（見結構分析數值方法）

　　能量法　用能量原理分析結構反應的方法。彈性結構在平衡狀態下所具有的總勢能，恒小於其他滿足位移邊界條件的位移狀態下的勢能，稱為最小勢能原理。它等價於平衡條件，與位移法相通。彈性結構在真實狀態下所具有的總餘能，恒小於其他滿足平衡條件的內力狀態下的餘能，稱為最小餘能原理。它等價於變形連續條件，與力法相通。能量法可用於求解結構的靜力、動力、穩定和非線性分析等問題。

　　結構位移計算常用基於虛功原理的方法。虛功原理可敘述為：平衡力系在獨立無關的位移協調系的位移上所作的外虛功等於內虛功。

　　水利工程中的應用　在水利工程中，例如水電站廠房骨架，閘門梁格系統，涵洞和隧洞，渡槽和橋梁等結構物，為瞭保證安全、經濟和適用的要求，須用結構力學的理論和方法進行設計和計算。在板殼結構分析中，也常簡化為桿系結構，把板殼力學問題簡化為結構力學問題。例如基礎板和拱壩分別簡化為基礎梁和多拱梁系統等。

　　發展方向　結構力學的發展方向主要有：①非線性分析，包括材料和幾何非線性靜、動力問題的研究。②復雜工作狀態，包括空間結構、結構與周圍介質的靜力和動力相互作用的研究。③結構優化設計、結構軟件系統的研究與計算機輔助設計(CAD)。④基於概率統計理論的結構可靠度分析等。

　　

參考書目

　華東水利學院結構力學教研組編：《結構力學》，上冊，水利出版社，北京，1981；下冊，水利電力出版社，北京，1983。

　龍馭球、包世華主編：《結構力學》，上冊、下冊，人民教育出版社，北京，1979、1981。