文档介绍：1
我们已经研究了结构在静荷载作用下内力和位移的计算问题，已经掌握了结构在静荷载作用下其内力和位移的计算方法和一般原理，也可以说已完成了结构的静力分析。
本章将进一步分析和研究承受动力荷载的结构，称为“结构的动力计算”，一般称为“结构动力学”。
就结构动力学的内容来说，非常广泛。在此学习的的内容将为以后进一步学习奠定基础。
第1页/共188页
2
1、掌握单自由度体系的自由振动、强迫振动、阻尼对振动的影响等；
2、掌握求解多自由度体系的自由振动的刚度法；
3、掌握多自由度体系在简谐荷载下的强迫振动；
4、了解多自由度体系主振型的正交性和主振型；
5、了解无限自由度体系的自由振动；
6、熟悉近似法求自振频率；
7、了解矩阵位移法求刚架的自振频率。
基本要求：
第2页/共188页
3
§10-1 结构动力计算的特点和动力计算自由度
一、结构动力计算的特点
1、几个概念
要研究结构在动力荷载作用下的结构计算问题，首先要了解什么是动力荷载(动荷载)以及与此有关的概念。如：静荷载、动荷载、自由振动、强迫振动、动力反应。
第3页/共188页
4
（1）静荷载：荷载的大小、方向及作用位置都不随时间变化（如自重），或者虽有变化，但变化相当缓慢，它所引起的结构上各质点的加速度可以忽略不计。例如：雪荷载、人群、设备重量、吊车荷载。即是说我们讨论的“移动荷载”一般看作静力荷载。
（2）动荷载：荷载的大小、方向和作用位置随时间迅速变化，由此引起的结构质量加速度及惯性力不能忽略不计。
第4页/共188页
5
即：动荷载引起的结构(结构上各质点)的加速度较大，对结构的内力和位移的影响不能忽略。
加载后虽然荷载不再变化，但是加载速度却很大，致使结构产生明显的振动，则属于动荷载。
（3）荷载周期与结构自振周期
一种荷载是否作为动荷载来处理，我们通常用荷载周期TH与结构自振周期TJ的比值来衡量。
如荷载的周期TH =1s，而TJ =，TH / TJ =10，则荷载对结构而言可当作静荷载处理。若结构自振
第5页/共188页
6
周期TJ =10s，有TH / TJ =，则该荷载就应作为动荷载来处理。
一般而言， TH / TJ ≥5，该荷载就可作为静荷载处理。
自振周期：(广义的解释)是结构经历一个循环的自由振动所需的时间。
(4) 动力反应：动荷载作用下，结构产生振动，结构的分布质量和集中质量的位移、速度、加速度以及作用在质量上的惯性力都是时间 t 的函数，上
第6页/共188页
7
述内力、位移、速度、加速度以及惯性力等统称为结构的动力反应。
习惯上称动内力和动位移为结构的动力反应。
学习动力学就是要掌握动力反应的计算原理和方法，并确定其随时间的变化规律。
结构的动力反应和结构本身的动力特性有关。
（5）动力特性：结构的自振频率、自振周期、阻尼特性以及多自由度体系的主振型等则是结构固有的动力特性。
第7页/共188页
8
反映结构动力特性的这些参数对结构的动力分析有着重要的影响，需通过分析结构的自由振动而得到。
（6）自由振动：结构在动力荷载下将发生振动，若起振后就再无外力的激振作用，则这种振动称之为自由振动。
或者说：动荷载引起结构振动，若在整个振动过程中再无外力作用，则称这种振动为自由振动。
第8页/共188页
9
（7）强迫振动：结构在振动过程中受到动荷载(干扰力)的作用，称为强迫振动。
（8）动静法：根据达朗伯原理，若假想把惯性力作用在振动着的质量上，则在任一时刻，结构在动荷载以及惯性力作用下处于平衡状态。这样就把动力计算问题转化为静力平衡问题。
但是，这是形式上的平衡，是一种动平衡，是一种引进惯性力条件下的平衡，是瞬间平衡。
第9页/共188页
10
关于风荷载：对一般房屋结构来说，风荷载可看作静力荷载，而对于高耸柔软结构来说则应作为动力荷载处理。
英国多伦多电视塔，世界第一高塔，1973年开工、1976年建成。钢筋混凝土结构，用钢量5600吨，混凝土4万余立方米。高553米，主体451米，天线桅杆102米，电视塔桅杆部分用巨型直升机吊装。
第10页/共188页