土木工程的力學(xué)概念.ppt

第12章,土木工程中的 力學(xué)基本概念,12.1,荷 載,土木工程要解決的第二個問題是工程結(jié)構(gòu)要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有那些，其性質(zhì)如何非常重要。,作用在工程結(jié)構(gòu)上的恒載類型主要有：,1.恒載：,指持久存在著的力,荷載：作用在結(jié)構(gòu)上的力,3.1 荷載,一般情況恒載由構(gòu)件的具體尺寸和材料的重度計(jì)算,3.1 荷載,2.活載,可移動的外加力,作用在工程結(jié)構(gòu)上的活載類型主要有：,靜載：荷載作用不變或作用變化緩慢。,動載：荷載作用急劇、快速變化。如撞擊力、落重等。,注意：動載對房屋的作用效應(yīng)比它們作為靜載的絕對值要大。,3.靜載、動載、周期和風(fēng)載,當(dāng)風(fēng)施加于房屋的作用力在比房屋周期短的時間內(nèi)消失,周期和風(fēng)載：,風(fēng)載可分為動載、靜載。,反之，若風(fēng)的作用在比房屋周期長的時間內(nèi)消失，就是靜載。,高層建筑房屋周期長，低層房屋周期短。,影響風(fēng)載的因素：,因地區(qū)而異（沿海、內(nèi)陸）； 同一地區(qū)因時間而異； 因房屋高度而異。,北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風(fēng)面風(fēng)載,同處一幢18層高層建筑,4.地震、震級、烈度、地震荷載,地震：以地面發(fā)生不同強(qiáng)烈程度的振動為特征的一種物理現(xiàn)象,震源,震中,震中距,震級：表示地震的強(qiáng)度，用釋放出來的能量大小衡量。,國際上通用的是Richter震級。,標(biāo)準(zhǔn)地震儀測得的最大水平位移幅值（m）,一次里氏 5級地震所釋放的能量為：,相當(dāng)于2萬tT.N.T.炸藥，每增加一級，釋放的能量增加31.5倍,地震烈度,地震在某一個具體地區(qū)引起的振動強(qiáng)度。與震級是兩個不同的概念。震中區(qū)烈度最大。根據(jù)震時人、地、物主要宏觀標(biāo)志劃分為12度。,地震荷載：,地震對土木工程的作用力。地震引起的地面運(yùn)動會使房屋在豎向或水平方向產(chǎn)生加速度反應(yīng)，其加速度反應(yīng)值與土木工程本身質(zhì)量的乘積，就形成地震對房屋的作用力。,約束,5.由溫差和地基不均勻沉降引起的內(nèi)力,溫差的影響,如一根長20米的鋼梁,晝夜溫差、季節(jié)性溫差，每時每刻都在改變著形狀和尺寸，當(dāng)這種改變受到約束時，就會使房屋結(jié)構(gòu)受到內(nèi)力效應(yīng)。,內(nèi)外柱相差幾十毫米,外柱,現(xiàn)代高層房屋必須考慮這種溫差內(nèi)力效應(yīng)。,由地基不均勻沉降引起的內(nèi)力效應(yīng),6.其他荷載 如結(jié)構(gòu)安裝、焊接、振動、撞擊、爆炸等作用力。,荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力（彎矩、扭矩、剪力、壓力和拉力等）和變形（撓度、扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸、壓縮和裂縫等）成為荷載效應(yīng)。,能使土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)力、位移、應(yīng)變和裂縫等）的各種原因的總稱，成為結(jié)構(gòu)上的荷載。,集中荷載,均勻分布荷載,三角形分布荷載,12.,應(yīng)力、應(yīng)變和彈性,作用于單位面積上的內(nèi)力強(qiáng)度稱之為應(yīng)力：,一、應(yīng)力,拉力,壓力,彎矩,剪力,扭力,二、應(yīng)變,單位長度的變化量,當(dāng)有力作用一物體時，物體有變形。當(dāng)這個力移去后，物體又恢復(fù)原來的形狀。物體所具有的這種特性，稱之為彈性。,三、彈性,？,材料在彈性狀態(tài)荷載與變形成正比,當(dāng)結(jié)構(gòu)材料荷載承受更大荷載時，移去荷載，有殘余變形，變形不能恢復(fù)原狀。,四、塑性,承受荷載較小時處于彈性狀態(tài)； 較大時處于塑性狀態(tài)； 超過極限應(yīng)力時處于破壞失效狀態(tài)。,不同的結(jié)構(gòu)材料彈、塑性是不同的。有塑性的材料稱為塑性材料，如鋼材、混凝土等，這類材料一旦出現(xiàn)塑性有發(fā)生破壞的預(yù)兆；反之稱為脆性材料如石材、玻璃等。,12. 3,結(jié)構(gòu)的失效,1、作用效應(yīng)、抵抗能力和基本功能,1）作用效應(yīng)：房屋結(jié)構(gòu)因承受著各種作用力而產(chǎn)生的拉伸、壓縮、彎曲和剪切變形。,外荷載施加在房屋結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)通常用S 表示 結(jié)構(gòu)的抗力通常用R 表示,2）抵抗能力：指由材料、截面及其連接方式所構(gòu)成的抗拉能力、抗壓能力、抗彎能力、抗剪等能力，以及結(jié)構(gòu)所能經(jīng)受的變形、位移或沉降量。,3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則,2、建筑結(jié)構(gòu)要滿足的基本功能,能承受正常施工和使用時可能出現(xiàn)的各種作用力（例如拉力、壓力、彎矩、剪力等）； 在正常使用時具有良好的工作性能（如不發(fā)生過大的側(cè)向位移，不使人感到晃動）； 在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能（如有抵抗酸類、鹽類等物質(zhì)的侵蝕能力）； 在偶然事件發(fā)生時能保持必需的穩(wěn)定性（如有很好的抗地震的能力）；,3、結(jié)構(gòu)的失效,當(dāng)結(jié)構(gòu)或從屬于它的構(gòu)件不能滿足上述基本功能要求即,房屋結(jié)構(gòu)失去效能，即失效或稱破壞。其表現(xiàn)形式： 破壞 - 如拉斷、壓碎等。 失穩(wěn) - 如柱子壓屈等。