《工程力学》课件-1.工程力学基础

工程力学工程力学基础课程学习要求课堂教学纪律：不迟到、不早退、不在室吃零食不交头接耳、不说话非教师要求不得玩手机等电子设备课程学习要求：注意听讲、多做记录具备函数计算器小作业本（简单的即可）按时自主完成作业（发现雷同，全部照不合格处理无重做机会）教室卫生要求：不给教室添乱，自己的垃圾课后带出投入分类垃圾箱在线学习要求：主动自主学习，完成群内作业，多与教师在线互动CONTENTS目录单元1.1工程力学的研究对象和任务静力学基本概念静力学公理荷载和约束物体的受力分析与受力图的画法知识要点能力要求比重梁、拱、桁架、刚架、组合结构掌握工程力学的研究对象10%力、力的性质掌握力、平衡的概念能正确运用静力学公理10%静力学公理及推论能正确画出常见的几种约束及约束反力10%约束、约束反力能正确画出单个物体及物体系的受力图30%受力图掌握力、平衡的概念能正确运用静力学公理40%(1)培养观察与分析能力。能从生活和工程现象中敏锐捕捉力学问题,运用所学知识进行初步分析,提升对力学原理的洞察力。(2)强化规范意识。在学习静力学公理、绘制受力图等过程中,严格遵循标准规范,养成严谨细致的学习和工作习惯。(3)提升逻辑思维能力。通过理解各知识点间的逻辑关系,如从力的概念到受力分析方法，构建系统的力学知识体系。单元1.1工程力学的研究对象和任务单元1.1工程力学的研究对象和任务

在桥梁工程领域，多种建筑材料经过精密的组合与构建，依照特定的方式形成坚固的桥梁结构，该结构不仅承载着车辆与行人的重量，还支撑着自身的稳固性，作为桥梁的骨架存在。而构成这一复杂而精细结构的各个独立单元，各自承担着特定的功能，它们被统称为桥梁构件。工程力学的研究对象单元1.1工程力学的研究对象和任务梁工程力学的研究对象单元1.1工程力学的研究对象和任务拱工程力学的研究对象单元1.1工程力学的研究对象和任务工程力学的研究对象桁架单元1.1工程力学的研究对象和任务工程力学的研究对象桁架单元1.1工程力学的研究对象和任务工程力学的研究对象组合结构单元1.1工程力学的研究对象和任务工程力学的任务(1)进行物体的受力分析、力系简化与平衡。(2)研究结构和构件在荷载作用下内力的计算方法,保证结构有足够的强度。(3)研究结构和构件在荷载作用下变形的计算方法,以保证结构有足够的刚度。(4)研究结构的稳定性,以保证结构不会发生失稳破坏。工程力学聚焦力系的简化与平衡机制的探究,剖析几何不变体系的构造法则,同时,还能评估结构与构件的强度、刚度及稳定性等关键性能。在确保安全与经济效益的双重考量下,工程力学为结构设计及其构件选型提供了坚实的理论基础与高效的计算方法,为工程实践提供了科学指导。单元1.2静力学概念单元1.2静力学概念力的概念力的定义力是物体间相互间的机械作用。力的效应使物体的机械运动状态发生改变，叫做力的运动效应或外效应。使物体的形状发生改变，叫做力的变形效应或内效应。力的三要素力的大小、方向、作用点称为力的三要素。单元1.2静力学概念F力的单位

力的国际单位是牛顿(N)或千牛顿（kN）。力的表示法

力是一个矢量，用带箭头的直线段来表示，如右图所示（虚线为力的作用线）。单元1.2静力学概念力系的定义作用于同一个物体上的一组力。力系的分类各力的作用线都在同一平面内的力系称为平面力系；

各力的作用线不在同一平面内的力系称为空间力系。刚体

在任何外力的作用下，大小和形状始终保持不变的物体。例如，桥梁在车辆、人群等荷载作用下的最大竖直变形一般不超过桥梁跨度的1/700～1/900。物体的微小变形对于研究物体的平衡问题影响很小，因而可以将物体视为不变形的理想物体—刚体。单元1.3静力学公理二力平衡公理

作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是，这两个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

受二力作用而处于平衡的杆件或构件称为二力杆件（简称为二力杆）或二力构件。单元1.3静力学公理单元1.3静力学公理加减平衡力系公理

在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。力的可传性原理

作用于刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任意一点，而不会改变该力对刚体的作用效应。单元1.3静力学公理力的平行四边形法则

作用在物体上同一点的两个力，可以合成为仍作用于该点的一个合力，合力的大小和方向由以原来的两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线矢量来表示。单元1.3静力学公理三力平衡汇交定理

一刚体受共面不平行的三力作用而平衡时，此三力的作用线必汇交于一点。作用与反作用定律

两个相互作用物体之间的作用力与反作用力大小相等，方向相反，沿同一直线且分别作用在这两个物体上。单元1.4荷载和约束(1)在设计桥梁时,会遇到哪些不同类型的荷载?(2)不同类型的荷载对桥梁的影响有何不同?如何通过设计来合理应对这些荷载?(3)在桥梁结构中,哪些因素可以看作约束?它们是如何限制桥梁的运动和变形的?荷载：工程上将作用在结构或构件上的主动力称为荷载,这种主动力能使结构或构件产生某种运动或运动趋势,如建筑结构或构件的自重、风和雪的压力等都可称为荷载。单元1.4荷载和约束荷载的分类

在工程中，作用在结构上的荷载是多种多样的。为了便于力学分析，需要从不同的角度，将它们进行分类。1、荷载按其作用时间的长短分为永久荷载（恒载）、可变荷载（活载）和偶然荷载。3、荷载按作用位置是否变化分为移动荷载和固定荷载。2、荷载按作用在结构上的性质分为静力荷载和动力荷载。单元1.4荷载和约束荷载按其作用在结构上的分布情况分为分布荷载和集中荷载。集中荷载

分布范围很小，可近似认为作用在一点的荷载；线分布荷载

沿直线或曲线分布的荷载（单位：KN/m）；面分布荷载

沿平面或曲面分布的荷载（单位：KN/m2）；体分布荷载

沿物体内各点分布的荷载（单位：KN/m3）。单元1.4荷载和约束

工程中，荷载的分布情况往往比较复杂，但在很多情况下，都可简化为沿直线和平面均匀分布的荷载进行分析计算。分布荷载的合力计算

分布荷载的合力作用在分布区域的中心，指向不变，其大小等于分布集度的大小q乘以分布范围。单元1.4荷载和约束限制物体运动的物体称为约束物体，简称约束。约束必然对被约束物体有力的作用，以阻碍被约束物体的运动或运动趋势。这种力称为约束反力，简称反力约束反力位于约束与被约束物体的连接或接触处，其方向必与该约束所能阻碍物体的运动方向相反。运用这个准则，可确定约束反力的方向和作用点的位置。单元1.4荷载和约束柔体约束

用柔软的皮带、绳索、链条阻碍物体运动而构成的约束叫柔体约束。这种约束作用是将物体拉住，且柔体约束只能受拉力，不能受压力，所以约束反力一定通过接触点，沿着柔体中心线背离被约束物体的方向，且恒为拉力。

单元1.4荷载和约束光滑接触面约束当两物体在接触处的摩擦力很小而略去不计时，其中一个物体就是另一个物体的光滑接触面约束。这种约束不论接触面的形状如何，都只能在接触面的公法线方向上将被约束物体顶住或支撑住，所以光滑接触面的约束反力过接触点，沿着接触面的公法线指向被约束的物体，只能是压力。单元1.4荷载和约束光滑圆柱铰链约束（简称铰约束）

光滑圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动（不限制转动），其约束反力是互相垂直的两个力（本质上是一个力），指向任意假设。

单元1.4荷载和约束链杆约束链杆就是两端铰接而中间不受力的刚性直杆，由此所形成的约束称为链杆约束。这种约束只能限制物体沿链杆轴线方向上的移动。链杆可以受拉或者是受压，但不能限制物体沿其他方向的运动和转动，所以，链杆约束的约束反力沿着链杆的轴线，其指向假设。单元1.4荷载和约束工程上将结构或构件连接在支承物上的装置，称为支座。在工程上常常通过支座将构件支承在基础或另一静止的构件上。支座对构件就是一种约束。支座对它所支承的构件的约束反力也叫支座反力。支座的构造是多种多样的，其具体情况也是比较复杂的，只有加以简化，归纳成几个类型，才便于分析计算。建筑结构的支座通常分为固定铰支座，可动铰支座，和固定(端)支座三类。单元1.4荷载和约束固定铰支座构件与支座用光滑的圆柱铰链联接，构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销钉转动，可见固定铰支座的约束反力与圆柱铰链约束相同，即约束反力一定作用于接触点，通过销钉中心，方向未定。可以用FRA和一未知方向角α表示，也可以用一个水平力FXA和垂直力FYA表示。单元1.4荷载和约束可动铰支座构件与支座用销钉连接，而支座可沿支承面移动，这种约束，只能约束构件沿垂直于支承面方向的移动，而不能阻止构件绕销钉的转动和沿支承面方向的移动。所以，它的约束反力的作用点就是约束与被约束物体的接触点、约束反力通过销钉的中心，垂直于支承面，方向可能指向构件，也可能背离构件，视主动力情况而定。单元1.4荷载和约束固定端支座整浇钢筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墙中，一端悬空，这样的支座叫固定端支座。在嵌固端，既不能沿任何方向移动，也不能转动，所以固定端支座除产生水平和竖直方向的约束反力外，还有一个约束反力偶(力偶将在第三章讨论)。单元1.5物体的受力分析与受力图的画法(1)在复杂的机械结构中,如何准确选择合适的研究对象进行受力分析?例如,在大型起重机的工作过程中,是选择整个起重臂进行受力分析,还是单独分析其中某一段杆件?选错研究对象会对后续分析产生什么影响?(2)当物体受到多个不同类型的约束时,如一个物体同时受到柔体约束、光滑接触面约束和铰链约束,怎样确定各个约束反力的方向和作用点?如何避免在分析过程中遗漏某些约束反力?受力图研究力学问题，首先要了解物体的受力状态，即对物体进行受力分析，反映物体受力状态的图称为受力图。受力图的绘制步骤为：1.取分离体；2.画已知力；3.画约束反力。单元1.5物体的受力分析与受力图的画法重量为FP的小球，按图1.23(a)所示放置，试画出小球的受力图。解

(1)根据题意取小球为研究对象。(2)画出主动力：主动力为小球所受重力。(3)画出约束反力：约束反力为绳子的约束反力以及光滑面的约束反力。小球的受力图如图所示。单元1.5物体的受力分析与受力图的画法画图（a）所示结构ACDB的受力图。解：(1)取结构ACDB为研究对象。(2)画出