土木工程力学基础平面力系平衡课件

1、土木工程力学基础（多学时）二单元 平面力系的平衡8/7/2022土木工程力学基础单元学习目标1.会用平行四边形公理将力进行分解并计算力的投影2.能解释力矩、力偶的概念及性质3.会计算集中力与线分布荷载对某点的力矩4.能叙述平面一般力系的平衡条件5.能用平衡方程计算简单的平衡问题6.能够计算单跨梁的支座反力8/7/2022土木工程力学基础读一读：吊装作业中平衡梁的受力分析 在实际施工中，起吊超长超宽的钢筋结构件时，常采用平衡梁装置。平衡梁又称横吊梁或扁担梁，是一种在吊装作业中能平衡两套或两套以上索具受力的装置。 支撑式平衡梁吊索较长主要用于形体较长的物件，也可以用于吊件的空中翻转作业。 扁担式平

2、衡梁吊索较短，多用于吊装大型构件，如屋架、桁架等。8/7/2022土木工程力学基础 任务1.作出图中的平衡梁在考虑自重的情况下的受力图。 任务2.为什么吊索与平衡梁的水平夹角一般应控制在4560之间。8/7/2022土木工程力学基础一.力的投影1.力在直角坐标轴上的投影8/7/2022土木工程力学基础求合力一.力的投影8/7/2022土木工程力学基础例2-1 试求出图2-5中各力在 x、y 轴上的投影。已知F1 =100N，F2 =150N，F3 = F4 = 200N。8/7/2022土木工程力学基础二平面汇交力系的平衡力系的分类：平面力系凡各力作用线都在同一平面内的力系。空间力系凡各力作用

3、线不在同一平面内的力系。平面汇交力系若作用在刚体上各力的作用线都在同一平面内，且汇交于同一点的力系。平面平行力系在平面力系中，各力作用线互相平行的力系。平面一般力系若作用在刚体上各力的作用线都在同一平面内，且任意分布的力系。8/7/2022土木工程力学基础二.平面汇交力系的平衡1.平面汇交力系合成的几何法力多边形法则连续应用力的平行四边形法则，依次两两合成各力，最后求得一个作用线也通过力系汇交点的合力 R 。 R = F1+ F 2+ F 3+ F n=Fn8/7/2022土木工程力学基础2.平面汇交力系平衡的几何条件该力系的合力等于零。用矢量式表示，即 R = Fn = 0 平面汇交力系平衡

4、的必要和充分条件是该力系的力多边形自行封闭。 二.平面汇交力系的平衡8/7/2022土木工程力学基础3.平面汇交力系的平衡条件及应用 合力投影定理平面汇交力系的合力在任一坐标轴上的投影，等于它的各分力在同一坐标轴上投影的代数和。即： 二.平面汇交力系的平衡 8/7/2022土木工程力学基础二.平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系平衡的必要和充分条件是：力系中各力在坐标轴上投影的代数和等于零。8/7/2022土木工程力学基础例2-1 三角支架如图示，已知挂在 B 点的物体重量为 G，试求 AB、BC 两杆所受的力。1.确定研究对象:销B2.画销B的受力图3.选坐标系4.列平衡方程

5、5.解方程6.作答8/7/2022土木工程力学基础例2-1 三角支架如图示，已知挂在 B 点的物体重量为 G，试求 AB、BC 两杆所受的力。8/7/2022土木工程力学基础例2-2 在两垂直墙壁之间的绳子上挂一重量100N的物体，绳子与两墙的夹角60和30 。试求两绳中的拉力。8/7/2022土木工程力学基础8/7/2022土木工程力学基础三力矩1.力矩的概念 力矩就是度量力使物体转动效果的物理量。 力的大小与力臂的乘积Fd，再加上正负号来表示力F 使物体绕O点转动的效应，称为力F 对O点的矩。用符号mO（F）或 MO 表示。8/7/2022土木工程力学基础例2-3 试求 图2-10中三力对

6、O点的力矩。 已知P1 = 2 kN，P2 = 3 kN，P3 = 4 kN。8/7/2022土木工程力学基础例2-4 均布荷载对其作用面内任一点的力矩如图2-11所示，已知 q = 20 kN/m ，l = 5m，求均布荷载对 A 点的力矩。8/7/2022土木工程力学基础3、合力矩定理若平面汇交力系有合力，则其合力对平面上任一点之矩，等于所有分力对同一点力矩的代数和。 即: 三力矩8/7/2022土木工程力学基础*四.力偶 1.力偶的概念 力偶由大小相等、方向相反的两平行力组成的力系。8/7/2022土木工程力学基础*四.力偶2.力偶矩力与力偶臂的乘积 Fd 加上 号作为度量力偶对物体转动

7、效应的物理量，称为力偶矩。以符号m（F，F）或 m 表示，即： m（F，F）= Fd或 m = Fd 力偶矩的单位与力矩相同，为kNm或Nm。8/7/2022土木工程力学基础*四.力偶力偶的三要素 （1）力偶矩的大小；（2）力偶的转向；（3）力偶作用面的方位。8/7/2022土木工程力学基础*四.力偶3力偶的基本性质（1）力偶无合力，即力偶不能用一个力来代替。 （2）力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，而与矩心位置无关。（3）在同一平面内的两个力偶，如果它们的力偶矩大小相等，力偶的转向相同，则这两个力偶是等效的。这称为力偶的等效性。 8/7/2022土木工程力学基础*四.力偶推论1 力偶可

8、在其作用面内任意移转，而不改变它对刚体的转动效应。即力偶对物体的转动效应与其在作用面内的位置无关。推论2 在保持力偶大小和转向不变的情况下，可任意改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变它对刚体的转动效应。8/7/2022土木工程力学基础*四.力偶例2-5 如图2-14所示，在物体的某平面内受到两个力偶的作用。已知F1 = 200 N，F2 = 600 N，分别求出其两个力偶的力偶矩。8/7/2022土木工程力学基础五平面一般力系的平衡1.平面一般力系的平衡条件和平衡方程 平面一般力系的平衡条件是：力系中所有各力在两个坐标轴上投影的代数和分别等于零，这些力对力系所在平面内任一点力矩的代数和也

9、等于零。 平面一般力系的平衡方程 8/7/2022土木工程力学基础五平面一般力系的平衡2.平面一般力系平衡问题的解题步骤为：（1）选取研究对象。根据已知量和待求量，选择适当的研究对象。（2）画研究对象的受力图。将作用于研究对象上的所有的力画出来。（3）列平衡方程。注意选择适当的投影轴和矩心列平衡方程。（4）解方程，求解未知力。8/7/2022土木工程力学基础m A= 0， RB3 Psin454= 0 RB = Psin45= 300.707 = 28.3 kN () X= 0, XA Pcos45= 0 XA = P cos45= 30 0.707 = 21.2 kN () Y= 0, YA

10、 Psin45+ RB = 0 YA = P sin45 RB = 30 0.707 28.3 = 7.1 kN ()例 2-7 外伸梁如图2-15（a）所示，已知P =30kN，试求A、B支座的约束反力。8/7/2022土木工程力学基础五平面一般力系的平衡3.平面力系的平衡方程其他形式 二力矩式 三力矩式8/7/2022土木工程力学基础五平面一般力系的平衡 例 2-8 外伸梁如图2-16，已知q = 5 kN/m，P = 10 kN，l = 10m，a = 2m，求A、B 两点的支座反力。8/7/2022土木工程力学基础例2-10 简支刚架受力如图2-18所示，已知P = 25 kN，求 A

11、 端和 C端的支座反力。8/7/2022土木工程力学基础五平面一般力系的平衡4.平面平行力系的平衡方程8/7/2022土木工程力学基础例 2-11 简支梁受力 P 作用，如图2-20（a）所示，已知：P=100kN,l =10m,a =4m,b=6m.求 A、B 两点的支座反力。8/7/2022土木工程力学基础六.工程中常见的平衡问题隧道施工中，起吊物体时塔吊的平衡问题 8/7/2022土木工程力学基础六.工程中常见的平衡问题公路施工中，压路机碾子越过障碍物 8/7/2022土木工程力学基础六.工程中常见的平衡问题挡土墙的抗倾覆问题 8/7/2022土木工程力学基础自我检测二判断题1.若两个力

12、在同一轴上的投影相等，则这两个力的大小必定相等。 （ ）2若通过平衡方程解出的未知力为负值时： （ 1）表示约束反力的指向画反，应改正受力图； （ ） （2）表示该力的真实指向与受力图中该力的指向相反。 （ ）3.平面一般力系有三个独立的平衡方程，可求解三个未知量。 （ ） 4.列平衡方程时，要建立坐标系求各分力的投影。为运算方便，通常将坐标轴选在与未知力平行或垂直的方向上。 （ ） 5.只要两个力大小相等、方向相反，该两力就组成一力偶。 （ ）8/7/2022土木工程力学基础自我检测二填空题：6.力的作用线垂直于投影轴时，该力在轴上的投影值为 。7.平面汇交力系平衡的几何条件为：力系中各力组

13、成的力多边形 。8.力偶对平面内任一点的矩恒等于 与矩心位置 。9.建立平面一般力系的平衡方程时，为方便解题，通常把坐标轴选在与 的方向上；把矩心选在 的作用点上。8/7/2022土木工程力学基础学习项目二小组学习任务 以小组为单位在校园内外考察调研起重施工作业项目，项目名称自拟。全面介绍该起重吊装项目的整体情况，每组完成考察报告和计算说明书一份，每人填写学习任务单一份。要求：利用课余时间，3周内完成。8/7/2022土木工程力学基础学习项目二项目学习目的了解起重吊装作业的工作内容 认识吊装设备、工具的种类与用途分析吊索的受力特点 激发专业兴趣 增加学习力学的兴趣其他： 考察内容以小组为单位在学校、居住地附近考察起重施工作业项目。1.拟定考察调研计划和项目名称，明确分工与任务，确定考察地点与时间。2.记录起重作业的地点、项目名称、使用的机索具、被吊装或运输的设备、起重设备的型号、安全注意事项、文明生产管理制度等。3. 分析考察或调研的对象与力学相关的知识 （如：定理、定义、力学模型、力学基本计算等）。4填写考察见习报告单及小组活动考核评价，并提出教学建议。5.其他： 8/7/2022土木工程力学基础学习项目二力学分析与计算内容6.以图2-1中的平衡梁在自重和吊索的拉力作用下处于平衡，试对其进行受力分析并画出平衡梁的受力图。7.设吊索与平衡梁的夹角为45，计算吊索所受的力。8.根据