建筑力學(xué)的基本知識(shí)PPT課件

1、 子情境一子情境一 建筑力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)建筑力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)學(xué)習(xí)情境一學(xué)習(xí)情境一 建筑力學(xué)的基本知識(shí)建筑力學(xué)的基本知識(shí) 一、建筑力學(xué)的研究對(duì)象1、荷載2、結(jié)構(gòu)3、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性第1頁(yè)/共31頁(yè) 1、荷載荷載：任何建筑物在施工過(guò)程中和建成后的使用過(guò)程中，都要受到各種各樣力的作用，我們把這種力在工程上稱為荷載（又稱主動(dòng)力） （1）按荷載作用時(shí)間的長(zhǎng)短分類：恒荷載（永久荷載）、活荷載（可變荷載和偶然荷載）。 （2）按荷載的分布范圍分類：集中荷載、分布荷載。 （3）按荷載位置的變化情況分類：固定荷載、移動(dòng)荷載。 （4）按荷載的作用性質(zhì)分類：固定荷載、動(dòng)力荷載。第2頁(yè)/共31頁(yè) 2、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

2、：在建筑物中承受和傳遞荷載而起著骨架作用的部分稱為結(jié)構(gòu)。構(gòu)件：是組成結(jié)構(gòu)的基本部件。 建筑結(jié)構(gòu)的類型 建筑結(jié)構(gòu)常用的材料有混凝土、鋼材、磚、石、木材等。 按所用材料不同，建筑結(jié)構(gòu)分為：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)。第3頁(yè)/共31頁(yè) 建筑構(gòu)件的類型桿件結(jié)構(gòu)桿件結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)由桿件組結(jié)構(gòu)由桿件組成，桿件的幾何特征是成，桿件的幾何特征是橫截橫截面尺寸要比長(zhǎng)度小得多面尺寸要比長(zhǎng)度小得多。第4頁(yè)/共31頁(yè)板殼結(jié)構(gòu)：板殼結(jié)構(gòu)： 也稱也稱薄壁結(jié)薄壁結(jié)構(gòu)，構(gòu)，厚度比長(zhǎng)度和寬度厚度比長(zhǎng)度和寬度小得多小得多。第5頁(yè)/共31頁(yè)塊體結(jié)構(gòu)：塊體結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、厚長(zhǎng)、寬、厚三個(gè)尺三個(gè)尺度大

3、小相仿度大小相仿。第6頁(yè)/共31頁(yè)薄壁桿結(jié)構(gòu)：薄壁桿結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、厚的長(zhǎng)、寬、厚三個(gè)三個(gè)尺度大小都相差很尺度大小都相差很懸殊相仿懸殊相仿。典型為。典型為槽型鋼材。槽型鋼材。第7頁(yè)/共31頁(yè)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在正常工作必須滿足以下三個(gè)要求的功能。（1）強(qiáng)度：在使用期內(nèi)，務(wù)必使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件安全可靠，不發(fā)生破壞，具有足夠的承載能力。結(jié)構(gòu)和構(gòu)件抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。（2）剛度：在使用期內(nèi)，務(wù)必使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不發(fā)生影響正常使用的變形。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形的能力稱為剛度。（3）穩(wěn)定性：在使用期內(nèi)，務(wù)必使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件平衡形態(tài)保持穩(wěn)定。穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)的能力。 3、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性第8頁(yè)/共

4、31頁(yè)上海蓮花上海蓮花13層倒樓層倒樓 強(qiáng)度問(wèn)題強(qiáng)度問(wèn)題第9頁(yè)/共31頁(yè)剛度問(wèn)題剛度問(wèn)題橋面變形橋面變形第10頁(yè)/共31頁(yè)穩(wěn)定問(wèn)題穩(wěn)定問(wèn)題輸線塔整體失穩(wěn)輸線塔整體失穩(wěn)第11頁(yè)/共31頁(yè) 二、建筑力學(xué)的任務(wù) 構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的高低與構(gòu)件的材料性質(zhì)、截面的幾何圖形及尺寸、受力性質(zhì)、工作條件及構(gòu)造情況等因素有關(guān)。 通過(guò)研究結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、材料的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)則，在保證結(jié)構(gòu)安全可靠又經(jīng)濟(jì)節(jié)約的前提下，為構(gòu)件選擇合適的材料，確定合理的截面形狀和尺寸，并提供計(jì)算理論和方法。第12頁(yè)/共31頁(yè) 子情境二子情境二 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 一、常見約束和支座1、約束和約束反力約束

5、：限制非自由物體運(yùn)動(dòng)的物體稱為約束物體，簡(jiǎn)稱約束。約束反力：由于約束限制了被約束物體的運(yùn)動(dòng)，在被約束物體沿著約束所限制的方向有運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，約束必然對(duì)被約束物體有力的作用，以阻礙被約束物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。這種力稱為約束反力，簡(jiǎn)稱反力。第13頁(yè)/共31頁(yè)幾種常見的約束及其反力幾種常見的約束及其反力1）柔體約束 用柔軟的皮帶、繩索、鏈條阻礙物體運(yùn)動(dòng)而構(gòu)成的約束叫柔體約束。柔體約束只能受拉力，不能受壓力，所以約束反力一定通過(guò)接觸點(diǎn)，沿著柔體中心線背離被約束物體的方向，且恒為拉力。PPTS1S1S2S2 第14頁(yè)/共31頁(yè)2）光滑接觸面約束 當(dāng)兩物體在接觸處的摩擦力很小而略去不計(jì)時(shí)，其中一個(gè)物

6、體就是另一個(gè)物體的光滑接觸面約束。光滑接觸面的約束反力過(guò)接觸點(diǎn)，沿著接觸面的公法線指向被約束的物體，只能是壓力。第15頁(yè)/共31頁(yè)3）圓柱鉸鏈約束 簡(jiǎn)稱鉸鏈，圓柱鉸鏈約束的約束性質(zhì)是限制物體平面移動(dòng)（不限制轉(zhuǎn)動(dòng)），其約束反力是互相垂直的兩個(gè)力（本質(zhì)上是一個(gè)力），指向任意假設(shè)。XYR第16頁(yè)/共31頁(yè)4）鏈桿約束 鏈桿就是兩端鉸接而中間不受力的剛性直桿，由此所形成的約束稱為鏈桿約束。這種約束只能限制物體沿鏈桿軸線方向上的運(yùn)動(dòng)而不能限制其他方向的運(yùn)動(dòng)，所以，鏈桿約束的約束反力沿著鏈桿的軸線，指向未定。A AB BN NA AN NB BA AC CB B第17頁(yè)/共31頁(yè)2、工程上常見的幾種支座和

7、支座反力 工程上將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件連接在支承物上的裝置，稱為支座。在工程上常常通過(guò)支座將構(gòu)件支承在基礎(chǔ)或地面或另一靜止的構(gòu)件上。支座對(duì)構(gòu)件就是一種約束。支座對(duì)它所支承的構(gòu)件的約束反力也叫支座反力。支座的構(gòu)造是多種多樣的，其具體情況也是比較復(fù)雜的，只有加以簡(jiǎn)化，歸納成幾個(gè)類型，才便于分析計(jì)算。 建筑結(jié)構(gòu)的支座通常分為建筑結(jié)構(gòu)的支座通常分為固定鉸支座固定鉸支座，活動(dòng)鉸支活動(dòng)鉸支座座，和，和固定固定( (端端) )支座支座三類。三類。 第18頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖1.18(a)1.18(a)是是固定鉸支座的示意圖固定鉸支座的示意圖。構(gòu)件與支座用光滑的圓柱。構(gòu)件與支座用光滑的圓柱鉸鏈聯(lián)接，構(gòu)件不能產(chǎn)生沿任何方向

8、的移動(dòng)，但可以繞銷釘轉(zhuǎn)鉸鏈聯(lián)接，構(gòu)件不能產(chǎn)生沿任何方向的移動(dòng)，但可以繞銷釘轉(zhuǎn)動(dòng)，可見固定鉸支座的約束反力與圓柱鉸鏈約束相同，即約束動(dòng)，可見固定鉸支座的約束反力與圓柱鉸鏈約束相同，即約束反力一定作用于接觸點(diǎn)，通過(guò)銷釘中心，方向未定。反力一定作用于接觸點(diǎn)，通過(guò)銷釘中心，方向未定。固定鉸支固定鉸支座的簡(jiǎn)圖座的簡(jiǎn)圖如圖如圖1.18(b)1.18(b)所示。所示。約束反力約束反力如圖如圖1.18(c)1.18(c)所示，可以用所示，可以用F FRARA和一未知方向角和一未知方向角 表示，也可以用一個(gè)水平力表示，也可以用一個(gè)水平力F FXAXA和垂直力和垂直力F FYAYA表示。表示。 1 1固定鉸支座固

9、定鉸支座第19頁(yè)/共31頁(yè) 圖圖l.20(a)l.20(a)是是可動(dòng)鉸支座的示意圖可動(dòng)鉸支座的示意圖。構(gòu)件與支座用。構(gòu)件與支座用銷釘連接，而支座可沿支承面移動(dòng)，這種約束，只銷釘連接，而支座可沿支承面移動(dòng)，這種約束，只能約束構(gòu)件沿垂直于支承面方向的移動(dòng)，而不能阻能約束構(gòu)件沿垂直于支承面方向的移動(dòng)，而不能阻止構(gòu)件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)和沿支承面方向的移動(dòng)。所以，止構(gòu)件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)和沿支承面方向的移動(dòng)。所以，它的約束反力的作用點(diǎn)就是約束與被約束物體的接它的約束反力的作用點(diǎn)就是約束與被約束物體的接觸點(diǎn)、約束反力通過(guò)銷釘?shù)闹行模怪庇谥С忻?，觸點(diǎn)、約束反力通過(guò)銷釘?shù)闹行?，垂直于支承面，方向可能指向?gòu)件，也可能背離

10、構(gòu)件，視主動(dòng)力情方向可能指向構(gòu)件，也可能背離構(gòu)件，視主動(dòng)力情況而定。這種況而定。這種支座的簡(jiǎn)圖支座的簡(jiǎn)圖如如1.20(b)1.20(b)所示，所示，約束反力約束反力如圖如圖1.20(c)1.20(c)所示。所示。 2 2可動(dòng)鉸支座可動(dòng)鉸支座第20頁(yè)/共31頁(yè)第21頁(yè)/共31頁(yè)斜坡斜坡 梁梁 VAAA第22頁(yè)/共31頁(yè) 整澆鋼筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墻整澆鋼筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墻中，一端懸空如圖中，一端懸空如圖1.22(a)1.22(a)，這樣的支座叫，這樣的支座叫固定端支固定端支座座。在嵌固端，既不能沿任何方向移動(dòng)，也不能轉(zhuǎn)。在嵌固端，既不能沿任何方向移動(dòng)，也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，

11、所以固定端支座除產(chǎn)生水平和豎直方向的約束動(dòng)，所以固定端支座除產(chǎn)生水平和豎直方向的約束反力外，還有一個(gè)約束反力偶反力外，還有一個(gè)約束反力偶( (力偶將在第三節(jié)討力偶將在第三節(jié)討論論) )。這種。這種支座簡(jiǎn)圖支座簡(jiǎn)圖如圖如圖1. 22(b)1. 22(b)所示，其所示，其支座反力支座反力表示如圖表示如圖1.22(c)1.22(c)所示。所示。 3 3固定端支座固定端支座第23頁(yè)/共31頁(yè)ARAxRAyMA平面固定支座AHAVAMAA第24頁(yè)/共31頁(yè)VHM第25頁(yè)/共31頁(yè) 二、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖1、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)化原則（1 1）反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，使工作盡量簡(jiǎn)化、使計(jì)）反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，使工作盡量

12、簡(jiǎn)化、使計(jì)算結(jié)構(gòu)精確可靠；算結(jié)構(gòu)精確可靠；（2 2）分清主次，略去次要因素，盡可能地反映結(jié)構(gòu)）分清主次，略去次要因素，盡可能地反映結(jié)構(gòu)的主要受力情況，以便于分析和計(jì)算。的主要受力情況，以便于分析和計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖第26頁(yè)/共31頁(yè)2、平面桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 結(jié)構(gòu)選取的平面桿系結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，需要做三個(gè)方面的簡(jiǎn)化：構(gòu)件及結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化、支座的簡(jiǎn)化、荷載的簡(jiǎn)化。1）構(gòu)件及結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖中，截面以它的形心來(lái)替代，整個(gè)桿件以其軸線來(lái)代表。 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖中，把結(jié)點(diǎn)只能簡(jiǎn)化成兩種極端理想化的基本形式：鉸接點(diǎn)和剛節(jié)點(diǎn)。第27頁(yè)/共31頁(yè)（1） 鉸結(jié)點(diǎn)鉸結(jié)點(diǎn)(Hinge joint)： 被連接的桿件在連接處被連接的桿件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)不能相對(duì)移動(dòng)， 但但可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。第28頁(yè)/共31頁(yè)（2） 剛結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)(Rigid j