土木工程-材料力学章节第1绪论

建筑力学ArchitecturalMechanics

力学的分支学：理论力学、材料力学、结构力学、结构动力学、土力学、弹性力学、弹塑性力学、塑性力学、断裂力学、流体力学、复合材料力学、实验力学、计算力学等建筑力学理论力学中的静力学材料力学结构力学课程性质本课程是工科大学重要的承前启后的技术基础课(1)可直接应用于道路、桥梁、建筑、航空航天以及工程机械中单根构件的设计；(2)在基础课与专业课之间起桥梁作用，为学习后续课程（如：砌体结构、钢筋混凝土结构、弹性力学等）打下基础；(3)本课程的研究方法为今后的学习工作有帮助。课程特点特点：“三多”——概念多、公式多、计算多

应注意在学习过程中及时归纳总结课程的研究方法经典的理论分析和实验研究相结合材料的力学性质(材料在外力作用下的变形规律)需要通过试验获得;一些理论以实验结果得出的某些假设为前提;2.现代的计算机方法例如：有限元分析方法飞鸟与空中客车机翼相撞

1.上课适当作一些笔记，特别是一些补充例题及其解题思路及方法。课程要求2.平时注意观察，对一般建筑结构有初步了解。3.学会处理力学问题的一般方法。

——由实际问题抽象出力学模型，对力学模型进行分析，运用有关定理解决问题，框图如下：

工程问题力学模型数学模型分析计算力学知识工程经验力学知识力学知识数学工具符合实际结束否是力学问题的一般解决思路第一章绪论

§1-1建筑力学的任务和内容§1-2刚体、变形固体及其基本假设§1-3杆件变形的基本形式§1-4

荷载的分类§1-1建筑力学的任务和内容

1.1.1结构和构件建筑力学的研究对象为建筑结构及其构件。

结构：（Structure）由建筑材料筑成，能承受和传递荷载而起骨架作用的构筑物。

构件：（Element

）结构的各组成部分。土木工程及水利工程中常见的结构有：刚架、桁架、拱、水坝、墩式码头等，根据几何形状可以把它们分成三大类：杆系结构

板壳结构

实体结构

structureofbarsystemplateandshellstructuremassivestructure§1-1建筑力学的任务和内容

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杆系结构——由若干根杆件组成，杆件的几何特征是：其长度远远大于杆件截面的宽度和高度。分为平面杆系结构和空间杆系结构。§1-1建筑力学的任务和内容

本教材的研究对象主要是：杆件和平面杆系结构

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板壳结构——其厚度远远小于长度和宽度两各尺寸的结构。即a>>t，b>>t。平面形状的称为板，曲面形状称为壳。§1-1建筑力学的任务和内容

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实体结构——是指三个尺寸基本为同量级的结构。如堤坝、基础和挡土墙。§1-1建筑力学的任务和内容

埃菲尔铁塔杆系结构（空间桁架）体育馆、收费站（板、壳结构）三峡大坝（实体结构）本课程仅研究和讨论平面杆系结构，常见的形式有下列几种：1.梁梁是一种常见的结构，其轴线常为直线，是受弯杆件，有单跨和多跨连续的形式。2.刚架刚架是由直杆组成，各杆主要受弯曲变形，结点大多数是刚性结点，也有部分是铰节点。§1-1建筑力学的任务和内容

3.拱拱的轴线是曲线，在竖向荷载作用下，不仅产生竖向反力，而且还产生水平反力。在一定条件下可以使拱以压缩变形为主，使拱的各截面主要产生轴力。§1-1建筑力学的任务和内容

4.桁架桁架由直杆组成，各节点假设为理想铰节点，荷载作用在结点上，各杆只产生轴力。如常用的屋架，就是一种三角形桁架。§1-1建筑力学的任务和内容

5.组合结构这种结构中，一部分是桁架杆件只承受轴力，另一部分是梁或刚架杆件，即受弯杆件，由两者组合而成的结构。§1-1建筑力学的任务和内容

1.1.2建筑力学的任务和内容▲构件必须按一定的几何规律组成，荷载作用下空间几何形状不变化。▲结构和构件具有一定的强度（strength）

。▲结构和构件具有一定的刚度（rigidity）

。▲构件必须保持一定的稳定性（stability）

。强度—构件抵抗破坏的能力。刚度—构件抵抗变形的能力。稳定性—构件保持原有平衡状态的能力。§1-1建筑力学的任务和内容

强度破坏问题§1-1建筑力学的任务和内容

强度问题1998年9月10日，东航客机成功迫降（我国民航史上首例大型客机迫降成功）。东航２１７３号客机空中遇险的原因已经查明，是飞机前起落架的销子断裂导致起落架收放失效。有关专家鉴定后认为，该飞机销子中某种金属成分含量过高，成分构成不合理，导致金属产生裂缝。§1-1建筑力学的任务和内容

刚度破坏问题§1-1建筑力学的任务和内容

刚度问题新奥迪A6的抗扭刚度提高了34%，提升了高速行驶静谧性。

§1-1建筑力学的任务和内容

失稳问题§1-1建筑力学的任务和内容

稳定性问题脚手架§1-1建筑力学的任务和内容

建筑力学的任务1.力系的简化和力系的平衡问题。

2.强度问题。即研究材料、构件和结构抵抗破坏的能力。

3.刚度问题。即研究构件和结构抵抗变形的能力。

4.稳定问题。

5.研究几何组成规则，保证结构各部分不发生相对运动。保证结构在安全可靠又经济节能的前提下，为构件选择合适的材料，确定合理的截面尺寸及形状，提供计算理论及方法。§1-1建筑力学的任务和内容

1、刚体与变形体的概念▲刚体（rigidbody

）—在任何受力下，形状和大小都不变的物体。这是一个理想化的力学模型。▲变形体（deformationbody）

—实际物体在受力情况下，会发生不同程度的变形。当研究物体在力系作用下的外部效应时。忽略变形，并不影响物体的平衡问题研究。静力学研究的对象就是刚体，静力学一般称为刚体静力学。当研究物体在力系作用下的内部效应时，不能忽略物体变形的作用。§1-2刚体、变形固体及其基本假设

刚体F´FF´F§1-2刚体、变形固体及其基本假设

变形体F´F§1-2刚体、变形固体及其基本假设

2、变形固体的基本假设§1-2刚体、变形固体及其基本假设

连续性假设：(continuityassumption)认为整个物体体积内毫无空隙地充满物质在外力作用下，一切固体都将发生变形，故称为变形固体，而构件一般均由固体材料制成，故构件一般都是变形固体。均匀性假设：（homogenizationassumption)认为物体内的任何部分，其力学性能相同各向同性假设：（isotropyassumption)认为在物体内各个不同方向的力学性能相同§1-2刚体、变形固体及其基本假设

ABCFδ1δ2

δ远小于构件的最小尺寸，所以通过节点平衡求各杆内力时，把支架的变形略去不计。计算得到很大的简化。小变形假设：（smalldeformation

assumption)构件在荷载作用下变形可忽略不计§1-2刚体、变形固体及其基本假设

变形弹性变形：撤去荷载即可消失的变形。塑性变形：撤去荷载仍残留的变形。多数工程问题中，要求构件只发生弹性变形，有些工程问题允许构件发生塑性变形。本教材局限于研究弹性变形范围内的问题。§1-3杆件变形的基本形式

杆件的几何特性

基本变形形式

(1)轴向拉压

(2)剪切

(3)扭转

(4)弯曲轴向拉伸和压缩：

受力特点：外力作用线与杆轴重合变形特点：杆件的长度发生伸长或缩短§1-3杆件变形的基本形式

剪切：受力特点：由大小相等、方向相反、作用线垂直于杆轴并相距很近的一对外力所引起变形特点：杆件的两部分沿外力作用方向发生相对的错动§1-3杆件变形的基本形式

扭转：受力特点：由一对大小相等、转向相反、作用面垂直于杆轴的力偶所引起变形特点：杆件任意两个横截面发生绕杆件轴线的相对转动。§1-3杆件变形的基本形式

弯曲：受力特点：由垂直于杆轴的横向力作用，或作用于杆轴平面内的力偶引起.变形特点：杆件的轴线由直线变为曲线。§1-3杆件变形的基本形式

§1-3杆件变形的基本形式

组合受力（CombinedLoading）与变形§1-4荷载的分类主动力（activeforce）：使物体运动或使物体有运动趋势。各种外力约束力（constraintforce）：阻碍物体运动。支座反力力的分类（1）按荷载作用在结构上的分布情况划分：▲分布力：面荷载、体荷载、线荷载、均布荷载、▲集中力：荷载分布面积抽象为一个点。42§1-4荷载的分类qF1F2§1-4荷载的分类（2）按荷载作用时间的长短划分：▲恒载（永久荷载）：长期作用，如重力、固定设备▲活载（可变荷载）：临时作用，如人群、风等（3）按荷载作用的性质划分：▲静力荷载（staticload)：大小、方向、位置随时间不变或变化缓慢，如结构自重。▲动力荷载(dynamicload)

：随时间迅速变化，如地震、设备震动引起的荷载等。1.4.2荷载的简化和计算1.等截面梁自重的计算在工程结构计算中，通常用梁轴表示一根梁。等截面梁的自重总是简化为沿梁轴方向的均布线荷载q。2.均布面荷载化为均布线荷载计算

在工程计算中，在板面上受到均布荷载时，需要将它简化为沿跨度方向均匀分布的线荷载来计算。设一平板上受到均匀的面荷载

（KN/m2），板宽为b（m）（受荷宽度）、板跨度为L（m）。