土木工程中的力学基本概念.ppt

第12章,土木工程中的 力学基本概念,12.1,荷 载,土木工程要解决的第二个问题是工程结构要有能抵御自然或人为的作用力的能力，因此，了解作用在结构上的荷载有那些，其性质如何非常重要。,作用在工程结构上的恒载类型主要有：,1.恒载：,指持久存在着的力,荷载：作用在结构上的力,3.1 荷载,一般情况恒载由构件的具体尺寸和材料的重度计算,3.1 荷载,2.活载,可移动的外加力,作用在工程结构上的活载类型主要有：,静载：荷载作用不变或作用变化缓慢。,动载：荷载作用急剧、快速变化。如撞击力、落重等。,注意：动载对房屋的作用效应比它们作为静载的绝对值要大。,3.静载、动载、周期和风载,当风施加于房屋的作用力在比房屋周期短的时间内消失,周期和风载：,风载可分为动载、静载。,反之，若风的作用在比房屋周期长的时间内消失，就是静载。,高层建筑房屋周期长，低层房屋周期短。,影响风载的因素：,因地区而异（沿海、内陆）； 同一地区因时间而异； 因房屋高度而异。,北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载,同处一幢18层高层建筑,4.地震、震级、烈度、地震荷载,地震：以地面发生不同强烈程度的振动为特征的一种物理现象,震源,震中,震中距,震级：表示地震的强度，用释放出来的能量大小衡量。,国际上通用的是Richter震级。,标准地震仪测得的最大水平位移幅值（m）,一次里氏 5级地震所释放的能量为：,相当于2万tT.N.T.炸药，每增加一级，释放的能量增加31.5倍,地震烈度,地震在某一个具体地区引起的振动强度。与震级是两个不同的概念。震中区烈度最大。根据震时人、地、物主要宏观标志划分为12度。,地震荷载：,地震对土木工程的作用力。地震引起的地面运动会使房屋在竖向或水平方向产生加速度反应，其加速度反应值与土木工程本身质量的乘积，就形成地震对房屋的作用力。,约束,5.由温差和地基不均匀沉降引起的内力,温差的影响,如一根长20米的钢梁,昼夜温差、季节性温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸，当这种改变受到约束时，就会使房屋结构受到内力效应。,内外柱相差几十毫米,外柱,现代高层房屋必须考虑这种温差内力效应。,由地基不均匀沉降引起的内力效应,6.其他荷载 如结构安装、焊接、振动、撞击、爆炸等作用力。,荷载在结构上产生的内力（弯矩、扭矩、剪力、压力和拉力等）和变形（挠度、扭转、弯曲、拉伸、压缩和裂缝等）成为荷载效应。,能使土木工程结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变和裂缝等）的各种原因的总称，成为结构上的荷载。,集中荷载,均匀分布荷载,三角形分布荷载,12.,应力、应变和弹性,作用于单位面积上的内力强度称之为应力：,一、应力,拉力,压力,弯矩,剪力,扭力,二、应变,单位长度的变化量,当有力作用一物体时，物体有变形。当这个力移去后，物体又恢复原来的形状。物体所具有的这种特性，称之为弹性。,三、弹性,？,材料在弹性状态荷载与变形成正比,当结构材料荷载承受更大荷载时，移去荷载，有残余变形，变形不能恢复原状。,四、塑性,承受荷载较小时处于弹性状态； 较大时处于塑性状态； 超过极限应力时处于破坏失效状态。,不同的结构材料弹、塑性是不同的。有塑性的材料称为塑性材料，如钢材、混凝土等，这类材料一旦出现塑性有发生破坏的预兆；反之称为脆性材料如石材、玻璃等。,12. 3,结构的失效,1、作用效应、抵抗能力和基本功能,1）作用效应：房屋结构因承受着各种作用力而产生的拉伸、压缩、弯曲和剪切变形。,外荷载施加在房屋结构的作用效应通常用S 表示 结构的抗力通常用R 表示,2）抵抗能力：指由材料、截面及其连接方式所构成的抗拉能力、抗压能力、抗弯能力、抗剪等能力，以及结构所能经受的变形、位移或沉降量。,3）结构设计应遵循的原则,2、建筑结构要满足的基本功能,能承受正常施工和使用时可能出现的各种作用力（例如拉力、压力、弯矩、剪力等）； 在正常使用时具有良好的工作性能（如不发生过大的侧向位移，不使人感到晃动）； 在正常维护下具有足够的耐久性能（如有抵抗酸类、盐类等物质的侵蚀能力）； 在偶然事件发生时能保持必需的稳定性（如有很好的抗地震的能力）；,3、结构的失效,当结构或从属于它的构件不能满足上述基本功能要求即,房屋结构失去效能，即失效或称破坏。其表现形式： 破坏 - 如拉断、压碎等。 失稳 - 如柱子压屈等。