工程力學的一個分支。以力學原理研究在靜力、動力等各種荷載和溫度變化、支座位移等因素作用下的結構強度、剛度和穩定性,以及結構的組成規則。在土木工程中主要應用於房屋、橋樑、壩等結構的設計。與結構力學有關的學科主要有理論力學、材料力學、彈性力學、塑性力學及工程結構等,廣義的結構力學包括材料力學、桿系結構力學、應用彈性力學及塑性力學,但一般常把結構力學專指為桿系結構力學,而其他的結構形式,如板、殼等,習慣上屬於彈性力學的研究物件。同樣材料力學、彈性力學、塑性力學等等也研究桿件,但主要以各部分的應力為對象。由於計算技術的進步,處理問題的方法更加通用,現代結構力學研究的對象應該包括桿系、板、殼和連續體。過去,結構力學的任務偏重於結構分析,現在則應以結構優化設計為主,研究如何選擇合理的截面,以達到結構的重量輕、造價低的目的。

  發展簡史 19世紀30年代後,由於大量修建鐵路,相繼出現連續梁和各種桁架等結構形式,促進瞭連續梁和桁架的計算理論的發展。美國的S.惠普爾在1847年首先提出瞭桁架的計算理論,法國的B.-P.-É.克拉珀龍提出瞭連續梁的計算方法。這些理論形成瞭結構力學的初步基礎。

  19世紀後半期,鋼結構已被廣泛應用,結構計算成瞭結構設計的必要步驟,計算理論也取得瞭很大進展。1864年J.C.麥克斯韋提出瞭超靜定結構的力法方程(見力法)。1879年A.卡斯蒂利亞諾在他的著作中論述瞭利用變形勢能求結構位移和計算超靜定結構的理論。1874~1885年間,O.莫爾發展瞭利用虛位移原理求位移的一般理論,至此分析結構位移及超靜定結構的一般理論日臻完善。

  20世紀初,鋼筋混凝土結構逐漸被用於工程結構,並出現瞭剛架結構。於是以位移為基本未知數的計算剛架的方法逐漸發展。A.本迪克森在1914年最先提出瞭轉角位移法。1932年H.克羅斯首創力矩分配法。30~50年代期間,各國學者發展瞭各種形式的漸近法,其中中國學者蔡方蔭在變截面剛構分析方面也作出瞭貢獻。

  20世紀50年代出現瞭電子計算機後,結構力學的發展開始進入嶄新的階段。結構分析的矩陣法等數值方法因此獲得瞭迅速的發展,並編制瞭各種結構分析程序。隨後,在非線性分析、非彈性分析、結構抗震分析、結構抗環境作用分析等方面都取得瞭進展。更由於實驗技術的進步,結構模型試驗分析方法也取得瞭進展。

  計算簡圖 在結構分析中,通常用簡化的圖形代替實際結構,稱為計算簡圖。結構可按計算簡圖的幾何特性及受力特性分成平面結構和空間結構,它們又可分為梁結構、桁架結構、拱結構(見拱)、剛架結構(見圖)等,以及上述各種結構相互組合而成的組合體系。

  分析方法 主要有圖解法、解析法及能量法等。①圖解法通過圖形表示作為矢量的力,並基於矢量的圖解原理求解靜定結構的反力和內力。②解析法可分為力法、位移法和混合法。力法基於靜力平衡方程解靜定結構,並在補充變形協調方程後解超靜定結構。位移法以位移為基本未知數,基於轉角位移法及靜力平衡方程求解,然後再由位移求反力和內力。混合法是同時應用力法和位移法兩種概念求解的方法。③能量法基於虛功原理、能量守恒定律、最小功原理等求解各種復雜問題(見能量原理)。此外,還應用各種數值分析方法(見有限元法)。

  

參考書目

 金寶楨主編:《結構力學》(修訂版),人民教育出版社、北京,1978。

 A.Ghali,et al,Structural Analysis,Chapman &Hall,London,1978.