3.1.2 桥梁结构的力学知识

1.结构与力学的基本概念

（1）结构（structure）和构件（member）
   建筑物中承受荷载并且传递荷载的空间骨架称为结构，而任何结构都是由构件组成的。
   因此，为了保证结构能够正常的工作，就必须要求组成结构的每一个构件在荷载作用下能够正常的工作。

（2）荷载(load)
   桥梁在施工和使用阶段所承受的所有外力统称为荷载。
   例如：桥梁自身重量、车辆、风载、雪载、地震力和爆炸力等。

                              车辆荷载                                      风荷载

                              地震作用                                      雪荷载

                                                                   爆炸荷载

（3）位移（Displacement）与变形（Deformation）
    位移：表示某一点空间位置的变化，如果物体所有点位移相同，称之为刚体位移。
    变形：又称作相对位移，表示物体受力后几何形态的变化。
    区别：1）位移是相对于自身，空间位置的改变；变形是相对于其他点，空间位置的变化。2）刚体位移不产生结构内力，相对位移（变形）才能够产生结构内力。

（4）应力（Stress）与应变（Strain）
    研究发现，构件所受到的内力大小由应力和应变决定，应力和应变越大，构件内力水平也就越高。
    应力σ：在施加的外力F的作用下，物体内部产生的力，一般用力F与截面积A的比值计算：
              σ = F/A（单位：Pa或者N/mm2）
    应变ε ：物体的拉伸或压缩量与原长的比值：
            ε = Δ L/ L

（5）材料刚度与结构刚度（ Material and Structural Stiffness）
    材料刚度E：也称之为弹性模量，用以描述物质弹性的一个物理量，发生单位应变变化时，应力的变化值。
             E = σ/ ε
    结构刚度S：使得结构产生单位变形d所需要的外力值F，即结构维持其外形的能力。
              S = F/d

2.构件受力的基本形式

（1）拉伸与压缩
    在一对等值、反向、作用线与杆轴线重合的外力作用下，直杆的主要变形是长度的改变。

（2）弯曲
    在一对等值、反向、作用在杆件纵向平面内的两个力偶作用下，杆件将在纵向平面内发生变曲变形，变形后的杆轴线将弯成曲线。
                              

（3）剪切
    在一对相距很近的等值、反向的横向外力作用下，杆的主要变形是横截面沿外力作用方向发生的相对错动变形。

（4）扭转
    在一对等值、反向、作用面都垂直于杆轴的两个力偶作用下，杆件的任意两个相邻横截面绕轴线发生相对转动变形，而轴线仍维持直线，这种变形形式称为扭转(torsion)。

（5）组合变形(combined deformation)
    工程实践中常用构件在荷载作用下同时发生几种基本变形的情况称为组合变形。
    叠加原理：当荷载不大时，各荷载产生的应力和变形间互不影响，可叠加计算。
    计算方法—先分解，后叠加：先将组合变形分解为各种基本变形，分别进行变形和应力计算，将基本变形的结果叠加得到组合变形结果。