1静力学的基本概念(完成).ppt

1 建筑力学 理论力学 一至四章 材料力学 五至十二章 结构力学 十三至二十章 2 绪论 一 建筑力学的任务研究作用在结构 或构件 上力的平衡关系 构件的承载能力及材料的力学性能 为保证结构 或构件 安全可靠及经济合理提供理论基础和计算方法 3 二 建筑力学的研究对象 研究对象 杆件和杆件组成的杆件结构 杆件 长度方向的尺寸比截面尺寸大得多的构件称杆件 如 梁 柱等 杆件结构 杆件组成的结构称杆件结构 4 三 建筑力学内容简介 1 研究力之间的平衡条件 2 研究梁上的荷载与梁内力之间的关系 3 研究梁本身的材料性能和尺寸能够抵抗破坏的能力 找出引起梁的破坏因素和梁抵抗破坏的能力之间的关系 5 四 学习建筑力学的意义 建筑施工的主要任务是将设计图变成实际建筑物 建筑力学知识在建筑工程中是设计人员和施工技术人员必不可少的基础知识 学好建筑力学知识 对工作大有益处 也是现代施工技术所必须的 6 五 学习建筑力学的方法 1 注意分析问题方法和解题思路 2 注意理论联系实际 3 注意和其他课程的关系 4 注意学练结合 7 静力学 8 静力学研究物体在力系作用下的平衡规律 平衡 物体的运动状态不变 它包括静止和匀速直线运动 力系 作用于物体上的若干个力 分类 按力的作用线分布 平面力系和空间力系 按力的作用线关系 汇交力系 平行力系和任意力系 静力学引言 9 第一章静力学基本概念 10 1 1力的概念 1 2静力学公理 1 3荷载 1 3约束与约束反力 1 4物体的受力分析与受力图 第一章静力学公理与物体的受力分析 11 接触力非接触力 第一章静力学基本概念 1 1力的基本概念 一 力的概念 1 定义 力是物体之间相互的机械作用 这种作用的效果是使物体的运动状态发生变化 同时使物体的形状发生改变 2 力的效应 运动效应 外效应 变形效应 内效应 3 根据如何相互作用 可分为 12 1 力的大小 表示物体间相互机械作用的强弱程度 单位 牛顿 N 或千牛顿 kN 2 力的方向 表示力的作用线在空间的方位和指向 3 力的作用点 表示力的作用位置 以上称为力的三要素 4 决定力的作用效果的因素 13 刚体是一个理想化的力学模型 由于静力学研究的力学模型是刚体和刚体系统 故静力学又称刚体静力学 5 刚体的概念 所谓刚体是指这样的物体 在力的作用下 其内部任意两点之间的距离始终保持不变 与刚体相对的 变形体 材料力学研究对象 14 力可以用一个矢量表示 如图所示 矢量的模按一定的比例尺表示力的大小 矢量的方位和指向表示力的方向 矢量的起点 或终点 表示力的作用点 6 力的矢量表示 15 1 2静力学基本公理 公理 是人类经过长期实践和经验而得到的结论 它被反复的实践所验证 是无须证明而为人们所公认的结论 公理1二力平衡公理 作用于刚体上的两个力 使刚体平衡的必要与充分条件是 这两个力大小相等 F1 F2 方向相反F1 F2作用线共线 作用于同一个物体上 16 说明 对刚体来说 上面的条件是充要的 二力体 只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体 对变形体来说 上面的条件只是必要条件 或多体中 二力杆 17 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系 并不改变原力系对刚体的作用 推论1 力的可传性 作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点 而不改变该力对刚体的效应 公理2加减平衡力系公理 F 由此可知 作用于刚体上的力是滑移矢量 因此作用于刚体上力的三要素为大小 方向和作用线 18 公理3力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力 此合力也作用于该点 合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示 19 作用于同一刚体上共面不平行的三个力如平衡时 则这三个力的作用线必汇交于一点 F1 F3 R1 F2 A3 推论2 三力平衡汇交定理 20 公理4作用力和反作用力定律 等值 反向 共线 异体 且同时存在 例 吊灯 21 外力主动力 荷载力被动力 约束反力内力 1 3荷载 22 1 永久荷载永久荷载亦称恒荷载 是指在结构使用期间 其值不随时间变化 或者其变化与平均值相比可忽略不计的荷载 如结构自重 土压力 预应力等 2 可变荷载可变荷载也称为活荷载 是指在结构使用期间 其值随时间变化 且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载 如楼面活荷载 屋面活荷载 风荷载 雪荷载 吊车荷载等 3 偶然荷载在结构使用期间不一定出现 而一旦出现 其量值很大且持续时间很短的荷载称为偶然荷载 如爆炸力 撞击力等 一 荷载的分类 1 按作用时间分 23 2 按作用范围集中荷载 分布荷载3 按作用性质静力荷载 动力荷载4 按作用位置固定荷载 移动荷载 24 常用材料单位体积的自重 单位kN m3 混凝土22 24 钢筋混凝土24 25 水泥砂浆20 石灰砂浆 混合砂浆17 普通砖18 19 1 梁自重 按构件尺寸和构件单位体积自重的标准值来确定 二 荷载的简化与计算 25 2 板自重 3 板上面荷载化为线荷载 通常取一米板宽计算 26 自由体 在空间中运动 位移不受限制的物体 如飞机 火箭等 非自由体 在空间中运动 位移受到限制的物体 如梁 柱等 一 约束与约束反力的概念 1 4约束与约束反力 27 大小常常是未知的 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反 作用点在物体与约束相接触的那一点 约束反力特点 G 约束反力 阻碍物体运动的力称为约束反力 简称反力 约束 对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束 这里 约束是名词 而不是动词的约束 28 绳索类只能受拉 所以它们的约束反力是作用在接触点 方向沿绳索背离物体 二 几种约束类型 由柔软的绳索 链条或皮带构成的约束 1 柔性约束 O 29 约束反力作用在接触点处 方向沿公法线 指向受力物体 2 光滑接触面的约束 光滑指摩擦不计 30 3 光滑圆柱铰链约束 31 A A 32 两端以铰链与其它物体连接中间不受力且不计自重的刚性直杆称链杆 主要作用 只限制物体沿着链杆中心线的运动或离开链杆的运动 而不能限制其他方向的运动 约束反力方向 沿着链杆中心线 指向未定 或为拉力 或为压力 用FN表示 4 链杆约束 33 三 支座及支座反力 工程中将结构或构件支承在基础或另一静止构件上的装置称为支座 支座就是约束 支座对它所支承的构件的约束反力 也称支座反力 34 1 固定铰支座 支座特点 允许结构绕A转动 但不能移动 约束反力 通过铰A的中心 但指向和大小均未知 用圆柱铰链把结构或构件与支座底板连接 并将底板固定在支承物上构成的支座称为固定铰支座 35 36 37 二力杆 38 2 可动铰支座 在固定铰支座下面加几个辊轴支承于平面上 就构成可动铰支座 支座特点 限制了杆件的竖向位移 但允许结构绕铰作相对转动 并可沿支座平面方向移动 约束反力 作用点确定 即通过铰中心并与支承平面相垂直 但指向未知 39 活动铰支座 辊轴支座 N的实际方向也可以向下 40 活动铰支座 辊轴支座 41 3 固定端支座 把构件和支承物完全连接为一整体 构件在固定端既不能沿任意方向移动 也不能转动的支座称为固定端支座 支座特点 既限制构件的移动 又限制构件的转动 所以 限制了杆件的竖向位移 但允许结构绕铰作相对转动 并可沿支座平面方向移动 约束反力 包括水平力 竖向力和一个阻止转动的力偶 42 43 物体受力分析包含两个步骤 取脱离体 画受力图 2 画受力图 用相应的约束力代替解除的约束 画出其简图受力图 受力图是画出脱离体上所受的全部力 即主动力与约束力的作用点 作用线及其作用方向 1 取脱离体 是把所要研究的物体解除约束 即解除研究对象与其它部分的联系 1 4物体的受力分析和受力图 44 受力分析步骤 1 取研究对象 画脱离体图 2 在脱离体上画所有主动力 3 在脱离体上解除约束处按约束性质画出全部约束力 假设一个正方向 物体的受力分析 45 O 例1 1重量为W的圆球 用绳索挂于光滑墙上 如图示 试画出圆球的受力图 解 1 取圆球为研究对象 2 画主动力 3 画约束反力 物体的受力分析 46 例1 2梁AB上作用有已知力F 梁的自重不计 A端为固定铰支座 B端为可动铰支座 如图所示 试画出梁AB的受力图 物体的受力分析 47 三力平衡必汇交于一点 A点为固定铰约束 A点约束反力FRA必通过FRB与FP的连线的交点 B点为可动铰约束 约束反力方向为已知 物体的受力分析 48 也可以将FA分解为FAx与FAy两个分力 物体的