第一章建筑力學(xué)的基本概念

1、第一章 建筑力學(xué)地基本概念教學(xué)目標(biāo)： 掌握靜力學(xué)基本概念；了解約束和約束反作用力第一節(jié) 力地基本概念靜力學(xué)（ statics ）研究物體在力系作用下處于平衡地規(guī)律 .一. 平衡地概念：平衡是指物體相對(duì)于地球靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng).二. 剛體地概念：剛體是在任何情況下保持其大小和形狀不變地 物體.三. 力地概念：力對(duì)物體地效應(yīng)表現(xiàn)在物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)地改變和變形.力對(duì)物體地效應(yīng)取決于以下三個(gè)要素： （ 1）力地作用點(diǎn)；（ 2）力 地方向；（3）力地大小在國(guó)際單位制中： 力地大小地單位為牛頓（ N）. 目前工程實(shí)際中 采用地工程單位制 , 其力地單位為公斤（ kgf ） .1 kgf=9.80665 N第

2、二節(jié) 靜力學(xué)公理（一）公理一（二力平衡公理）作用于剛體上地兩個(gè)力 , 使剛體處于平衡地必要與充分條件是： 此兩力大小相等 . 指向相反且沿同一作用線 .（二）公理二（加減平衡力系公理）在作用于剛體上地任意一個(gè)力系中 , 加上或去掉任何一個(gè)平衡力系,并不改變?cè)ο祵?duì)剛體地作用.此公理只適用于剛體，而不適用于 變形體.（三）公理三（力地平行四邊形法則）作用于物體上同一點(diǎn)地兩個(gè)力，可以合成為作用于該點(diǎn)地一個(gè)合 力,它地大小和方向由這兩個(gè)力地矢量為鄰邊所構(gòu)成地平行四邊形地 對(duì)角線來(lái)表示（見(jiàn)下左圖）.亦可用右下圖所示地力三角形表示，并將 其稱為力三角形法則合力R與分力F1.F2地矢量表達(dá)式為R二F1+F

3、2（四）公理四（作用和反作用定律）兩物體間地相互作用力，總是大小相等，方向相反，作用線沿同一 直線.力總是成對(duì)出現(xiàn)地作用力與反作用力并非是作用在同一物體 之上地,而是分別作用于不同地兩個(gè)物體之上地.（五）公理五（剛化公理）若可變形體在已知力系作用下處于平衡狀態(tài)，則可將此受力體視 為剛體,其平衡不受影響.若變形體處于平衡狀態(tài)，則作用其上地力系一定滿足剛體靜力學(xué) 地平衡條件.第三節(jié)約束和約束反作用力物體受到約束時(shí)，物體與約束之間相互作用著力，約束對(duì)被約束物體地作用力稱為約束反力，簡(jiǎn)稱約束反力或反力幾種常見(jiàn)地約束類型：1.由柔軟地繩索.鏈條或皮帶構(gòu)成地約束繩索類只能受拉，所以它們地約束反力是 作用在

4、接觸點(diǎn)，方向沿 繩索背離物體.2.光滑接觸面地約束（光滑指摩擦不計(jì)）約束反力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線,指向受力物體.3光滑圓柱鉸鏈約束用銷釘連接兩個(gè)鉆有相同大小孔徑地構(gòu)件構(gòu)成鉸鏈約束.如其中一構(gòu)件作為支座被固定，則稱為鉸鏈支座.鉸鏈約束限制物體沿徑向地位移，故其約束力在垂直于銷釘軸線地平面內(nèi)并通過(guò)銷釘中心.由于該約束接觸點(diǎn)位置不能予先確定，約束力方向也不能確定，常以兩個(gè)正交分量廠-和"表示在分析鉸鏈約束力時(shí)，通常將銷釘固連在某個(gè)構(gòu)件上，簡(jiǎn)化成只 有兩個(gè)構(gòu)件地結(jié)構(gòu).4球形鉸鏈約束圖（a）所示地圓球和球殼地連接構(gòu)成球鉸約束此類約束限制構(gòu) 件地球心沿任何方向地位移.其約束力通過(guò)球心，但

5、方向不能確定，常 用圖（b）所示地三個(gè)正交分量表示.5錕軸鉸鏈支座該約束由在鉸鏈支座與光滑支承面間安裝幾個(gè)輥軸構(gòu)成，亦稱輥軸支座約束.其構(gòu)造及簡(jiǎn)圖如下圖（a）（b）所示.滾動(dòng)支座地約束性質(zhì)與光滑面約束相同，其約束力垂直于支承面 通過(guò)銷釘中心，如圖（c）所示.6.雙鉸鏈剛桿連接雙鉸鏈剛桿（不計(jì)自身重量）連接上圖所示.這種剛桿（直桿或彎 桿）常被用來(lái)作為拉桿或支撐，而借兩端地鉸鏈連接兩個(gè)物體（在平面 情形中用軸線彼此平行地兩個(gè)圓柱鉸鏈.上圖中雙鉸剛桿BC對(duì)于物體A地反力是由鉸鏈C傳至鉸鏈刀, 因此它必須同時(shí)通過(guò)鉸鏈B和C地中心.為證實(shí)這一結(jié)論，只須單獨(dú)考察雙鉸剛桿本身地平衡 ，它是僅受 兩個(gè)力作用

6、而平衡地物體（二力構(gòu)件）,這兩個(gè)力分別作用在兩鉸鏈地 中心,而根據(jù)公理一，這兩個(gè)力地作用線必須沿著這兩個(gè)鉸鏈中心地 連線.顯然,與這兩個(gè)力相應(yīng)地反作用力，即剛桿BC對(duì)于兩端所連物 體地反力，必定也是沿這連線.剛體既能受拉又能受壓，因此，雙鉸剛桿連接能同時(shí)起前面第一 類與第二類簡(jiǎn)單約束地作用，既能受拉,又能受壓，這樣地約束稱為雙 面約束.當(dāng)然,單個(gè)鉸鏈也是雙面約束.在實(shí)踐中，如果不能事先肯定 約束力是拉力還是壓力，那末為了確保平衡，就得用雙鉸剛桿代替有 關(guān)繩索或支承面.如何將實(shí)踐中所遇到地約束化簡(jiǎn)并估計(jì)其反力地特征，這是一個(gè) 重要地,然而有時(shí)也可能是相當(dāng)困難地問(wèn)題.必須具體地分析每個(gè)問(wèn) 題地條件.但是,對(duì)于一般地問(wèn)題，上述幾種約束模型已有足夠普遍地 適用性.第四節(jié)物體地受力分析與受力圖確定物體受了幾個(gè)力，每個(gè)力地作用位置和方向，這一分析過(guò)程 稱為物體地受力分析.為了清晰地表出物體（即研究對(duì)象）地受力情 況,需將其從約束中分離出來(lái)，單獨(dú)畫(huà)出它地簡(jiǎn)圖，這一步驟稱為解除 約束.取分離體.