建設(shè)行業(yè)崗位培訓(xùn)-建筑力學(xué)（PPT）

1、公共基礎(chǔ)理論知識-建筑力學(xué)主講人：*0.引言1.靜力學(xué)的基本概念。2.平面力系的平衡。3.材料力學(xué)的基本概念。4.梁的內(nèi)力圖。5.梁的應(yīng)力。6.梁的變形。7.壓干穩(wěn)定。本章內(nèi)容1.建筑力學(xué)研究的對象。2.桿件結(jié)構(gòu)的類型。3.荷載及其分類。4.結(jié)構(gòu)的計算簡圖。5.建筑力學(xué)包含的內(nèi)容。0.1建筑力學(xué)研究的對象結(jié)構(gòu)建筑物中支承和傳遞荷載而其骨架作用的部分。在房屋建筑中，結(jié)構(gòu)由屋架、梁、板、柱、墻、基礎(chǔ)等部件組成。0.1建筑力學(xué)研究的對象結(jié)構(gòu)分類建筑結(jié)構(gòu)按幾何特征分為桿件結(jié)構(gòu)(P201圖0-1).0.1建筑力學(xué)研究的對象結(jié)構(gòu)分類建筑結(jié)構(gòu)按幾何特征分為薄壁結(jié)構(gòu)(P201圖0-2) 。0.1建筑力學(xué)研究的

2、對象結(jié)構(gòu)分類建筑結(jié)構(gòu)按幾何特征分為實體結(jié)構(gòu)(P 201圖0-4)。0.1建筑力學(xué)研究的對象建筑力學(xué)研究的對象1.桿件。2.桿件結(jié)構(gòu)。桿件結(jié)構(gòu)分為以下五類：梁、拱、桁架、剛架和組合結(jié)構(gòu)，詳見P202圖0-4。0.3荷載及其分類按作用時間分類1.恒載(永久荷載)：自重、固定設(shè)備重量。2.活載(可變荷載)：機(jī)具、人群、風(fēng)、雪、吊車等的重量。0.3荷載及其分類按作用范圍分類1.集中荷載。2.集中力偶。3.均布荷載。線荷載面荷載注：叫分布荷載更為確切。0.3荷載及其分類按作用性質(zhì)分類1.靜荷載。2.動荷載(振動和沖擊)。簡化原則1.正確反映結(jié)構(gòu)的實際受力情況。2.省去次要因素，便于分析計算。1.靜力學(xué)(

3、理論力學(xué)的一部分)：介紹靜力學(xué)的基本概念；物體的受力分析及受力圖；研究物體的平衡(平衡條件和平衡方程及其應(yīng)用)。2.材料力學(xué)：研究桿件在外力作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。3.結(jié)構(gòu)力學(xué)：研究靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算、超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析。本章內(nèi)容1.力和剛體的概念。2.靜力學(xué)的基本公理。3.力在坐標(biāo)軸上的投影。4.力矩和力偶。5.物體的受力分析和受力圖。1.1力和剛體的概念力的概念1.力：物體間的相互機(jī)械作用。2.力的三要素：大小、方向和作用點。3.力的單位：N、kN。4.F=ma。 1kg=9.8N1.1力和剛體的概念剛體的概念在力作用下不變形的物體，剛體理想化的力學(xué)模型，靜力學(xué)研究的對象就

4、是剛體。1.2靜力學(xué)的基本公理二力平衡公理作用于剛體上的兩個力平衡的必要和充分條件是，這兩個力大小相當(dāng)、方向相反，且作用在同一條直線上。1.2靜力學(xué)的基本公理加減平衡力系公理在作用于剛體上的任何一個力系，增加或減少一個平衡力系，不改變原力系對剛體的作用效果。推論一：力的可傳性。1.2靜力學(xué)的基本公理力的平行四邊形法則1.力的合成：作用剛體上的兩個力可以合成一個力，力的作用點仍然在該點，力的大小和方向以兩個為邊所作的平行四邊形的對角線，這就是平行四邊形法則。多個力也可以兩個兩個分別作平行四邊形來確定(P 205圖1-6)。1.2靜力學(xué)的基本公理力的平行四邊形法則2.力的分解：作用剛體上的一個力可

5、以分解為兩個力，同樣可以用平行四邊形法則來分解。根據(jù)需要來分解(P 205圖1-7)。1.2靜力學(xué)的基本公理力的平行四邊形法則3.推論二，三力平衡匯交定理：若剛體在三個力作用下處于平衡，且二個力作用線匯交于一點，則第三個力的作用線必須通過該點 (P206圖1-8)。1.2靜力學(xué)的基本公理作用力和反作用力公理(牛頓第三定律)兩物體間相互作用的力，總是大小相等，方向相反，沿同一直線，且分別作用在兩個物體上(P206圖1-9/10)。1.3力在坐標(biāo)上的投影力(力是一個矢量)在軸上的投影正負(fù)號規(guī)定：與坐標(biāo)軸方向相同為正，反之為負(fù) (P206圖1-11/12)。 FX=Fcon；FY=Fsin 。1.3

6、力在坐標(biāo)上的投影力的投影定理力系的合力在某個軸上的投影等于各個分力在同一軸上投影的的代數(shù)和(P207圖1-13)。1.3力在坐標(biāo)上的投影力系的合力(解析法)力系的合力用勾股定理來計算(P207公式1-2和P 207圖1-14)。1.4力矩和力偶力矩力對物體的作用效應(yīng)，除了對物體產(chǎn)生移動(趨勢)外，也可以使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(趨勢) ，用力矩來表示(P207公式1-2和P 207圖1-15/6)。其大小用M=Fd來表示。d表示力臂，正負(fù)號規(guī)定采用右手法則 ，單位為N.m或kN.m。1.4力矩和力偶力偶大小相等方向相反，作用線相互平行的兩個力叫做力偶(P208圖1-19)。其大小用m=Fd來表示。d表示

7、力偶臂，正負(fù)號規(guī)定采用右手法則，單位為N.m或kN.m。1.4力矩和力偶力偶的性質(zhì)1.力偶中的兩個力在任一軸線上投影的代數(shù)和為零(P208圖1-20)。2.力偶在其作用的平面上對任一點的力矩恒等于力偶矩m，與矩心為無關(guān)。1.4力矩和力偶力偶的性質(zhì)3.力偶無合力，力偶不能與一個力等效，力偶只能用力偶來平衡。4.力偶可以在其作用平面內(nèi)任意轉(zhuǎn)動或移動，不會改變對其作用效果。5.在保持力偶矩和轉(zhuǎn)向不變時，可以同時改變力偶中的力和力偶臂的大小，其中作用效果不變(力偶臂長省力)。6.力偶的等效性：力偶矩相等、轉(zhuǎn)向相同。1.4力矩和力偶力偶的圖解法在圖中可用符號表示，不必標(biāo)出力和力臂的大小，只表示力偶矩大小

8、m和轉(zhuǎn)向即可(P210圖1-21) 。1.4力矩和力偶力的平移定理作用在剛體上的力F可以平移到任一點，得到一個力等于原力的大小F的力和一個力偶，力偶的大小等于原力對平移點之矩(P210圖1-22) 。1.5物體的受力分析和受力圖約束與約束反力(P211圖1-24)1.約束：阻礙非自由體運(yùn)動的限制條件稱為對該物體的約束。2.約束反力：約束對非自由體的反作用力。自由體：空中飛行的飛機(jī)、子彈等；非自由體：懸掛的燈泡、地上的椅子等。1.5物體的受力分析和受力圖約束類型(柔性約束)只能承受拉力，不能承受壓力和彎矩的約束(P211圖1-25)。1.5物體的受力分析和受力圖約束類型(光面約束)不能限制物體沿

9、接觸面切線方向移動，只能限制物體沿接觸面法向方向移動的約束(P211圖1-26)。只承受垂直壓力而不能承受拉力、水平推力和彎矩。1.5物體的受力分析和受力圖約束類型(固定鉸支座)不能限制物體轉(zhuǎn)動，只能限制物體平面移動的約束(P212圖1-27)。只能承受豎向和橫向力，而不能承受彎矩。1.5物體的受力分析和受力圖約束類型(活動鉸支座)不能限制物體轉(zhuǎn)動，只能限制物體平面一個方向移動的約束(P212圖1-28)。只能承受豎向力，而不能承受橫向力和彎矩。1.5物體的受力分析和受力圖約束類型(固定端支座)限制物體轉(zhuǎn)動、平面移動的約束(P212圖1-29)。能承受豎向力、橫向力和彎矩。1.5物體的受力分析

10、和受力圖典型約束幾種典型約束及其約束力詳見P214表1-1。1.5物體的受力分析和受力圖物體受力分析分析作用于物體上的力，以及作用位置、方向(P213圖1-30)平面力系1.力系：作用在物體上的所有的力稱為力系，力系分為空間力系和平面力系。2.平面力系：當(dāng)作用在物體的力在一個平面上時，稱為平面力系 (P216圖2-1)。所有的物體都處在空間力系的作用中，我們?yōu)榱朔治龊陀嬎?，將空力系簡化為平面力系?.1平面匯交力系平面匯交力系作用在物體上所有的力均位于同一平面且匯交與一點，稱為匯交平面力系(P216圖2-2) 。2.1平面匯交力系力系的合成與簡化作用在物體上所有的力簡化為作用在一個點一個合力R

11、。R2=(Fx)2+(Fy)2Tan=Fx/Fy2.1平面匯交力系平衡條件和平衡方程1.平衡條件：平面匯交力系平衡的必要和充分條件是該力系的合力為零R=0。2.平衡方程Fx=0FY=02.2平面力偶系的平衡平面力偶系在物體的同一平面內(nèi)受到若干個力偶作用的力系稱為平面力偶系(P218圖2-5a)。2.2平面力偶系的平衡力系的合成(簡化）平面內(nèi)力偶系合成的結(jié)果得一個合力偶，其合力矩等于各分力偶矩之和(P218圖2-5b)。M=m2.2平面力偶系的平衡平衡條件和平衡方程1.平衡條件：平面力偶系平衡的必要和充分條件是該力系的合力偶等于零。2.平衡方程：M=m=0。2.3平面一般力系的平衡平面一般力系作

12、用在一個平面上的力不完全平行，也不相交的力系稱為平面一般力系，這是工程上簡化最多的力系。如P218圖2-6。2.3平面一般力系的平衡平面一般力系的簡化在平面內(nèi)任取一點作為簡化中心，應(yīng)用力的平移定理，將各力平移到這一點，得到一個平面匯交力系和一個平面力偶系。2.3平面一般力系的平衡平衡條件平面一般力系平衡的必要和充分條件上力系的主矢和主矩同時為零。R=0Mo=02.3平面一般力系的平衡平衡方程1.基本形式：FX=0；FY=0；m0=0。2.二力矩式： FX=0； mA=0 ；mB=0。3.三力矩式： mA=0 ；mB=0； mC=0。2.4平面平行力系的平衡平面平行力系作用在物體上的各力均位于同

13、一平面內(nèi)且相互平行的力系稱為平面平行力系。如P220圖2-8。2.4平面平行力系的平衡平面平行力系的簡化應(yīng)用力度平移定理，將力平移到簡化中心，得到一個主矢和主矩。P220圖2-9。2.4平面平行力系的平衡平面平行力系的平衡條件平面平行力系平衡的必要和充分條件是力系的主矢和主矩同時等于零。R=0Mo=02.4平面平行力系的平衡平面平行力系的平衡方程1.基本形式：FY=0；m0=0。2.二力矩式： mA=0 ；mB=0。2.4平面平行力系的平衡平面力系的平衡的幾種方式詳見P221表2-1例題(暫不講)1.取研究對象：AB梁。2.受力分析：3.列平衡方程：mA=0 ；mB=0。本章內(nèi)容0.引言。1.

14、軸向拉伸與壓縮。2.拉(壓)桿的內(nèi)力。3.拉(壓)桿的應(yīng)力。4.拉(壓)桿的強(qiáng)度計算。5.拉(壓)桿的變形。3.0引言材料力學(xué)研究的對象-桿件材料力學(xué)研究的對象是桿件結(jié)構(gòu)，組成桿件結(jié)構(gòu)的各個部件稱為構(gòu)件，如梁、柱、剛架、屋架等都是桿件或桿件結(jié)構(gòu)。3.0引言材料力學(xué)的任務(wù)研究構(gòu)件在外力作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。實際上是解決安全與經(jīng)濟(jì)的矛盾問題。3.0引言構(gòu)件的強(qiáng)度構(gòu)件在荷載作用下不發(fā)生破壞，要求具有足夠的強(qiáng)度(在經(jīng)濟(jì)的情況下)。如P223圖3-2a，無足夠的強(qiáng)度破壞。3.0引言構(gòu)件的剛度構(gòu)件在荷載作用下不發(fā)生過大變形，要求具有足夠的剛度(在經(jīng)濟(jì)的情況下)。如P223圖3-2b，無足夠的剛度

15、影響使用或者破壞。3.0引言構(gòu)件的穩(wěn)定性構(gòu)件在荷載作用下應(yīng)保持原有的平衡形式，要求具有足夠的穩(wěn)定性(在經(jīng)濟(jì)的情況下)。如P223圖3-2c，無足夠的穩(wěn)定性而失穩(wěn)。3.1軸向拉伸與壓縮工程實例工程實例如P224圖3-4b/f。3.1軸向拉伸與壓縮桿件形狀及受力的簡化桿件形狀有差異，荷載方式也不同，若把桿件的性質(zhì)和受力加以簡化而形成計算簡圖如P224圖3-4a/c/d/e。3.1軸向拉伸與壓縮桿件的受力及變形特點桿件兩端受到一對大小相等、方向相反且沿桿件軸線的外力作用。如P224圖3-4a/c/d/e。3.2拉(壓)桿的內(nèi)力內(nèi)力桿件受到外力作用而發(fā)生變形，變形將引起桿件內(nèi)部各部分之間的相互作用而產(chǎn)

16、生內(nèi)力。內(nèi)力也稱為抗力，要解決桿件的強(qiáng)度問題，必須進(jìn)行桿件內(nèi)力分析。3.2拉(壓)桿的內(nèi)力內(nèi)力計算方法截面法（取脫離體），要計算m-n截面上的內(nèi)力，假想以m-n截面切開，將構(gòu)件分成兩部分。如P225圖3-5。任取一個作為計算構(gòu)件進(jìn)行分析，根據(jù)平衡條可以計算出內(nèi)力。3.2拉(壓)桿的內(nèi)力截面法計算步驟1.截開：切開需要計算截面。2.取體標(biāo)力：取脫離體標(biāo)注外力(切開后將內(nèi)力當(dāng)做外力考慮)。3.平衡：建立保留部分的平衡方程。4.計算：解方程。3.3拉(壓)桿的應(yīng)力應(yīng)力單位面積上的內(nèi)力或者一點的應(yīng)力集度。應(yīng)力分為正應(yīng)力和剪應(yīng)力。3.3拉(壓)桿的應(yīng)力拉(壓)桿截面上的應(yīng)力計算公式：=N/AN為軸力，A

17、為截面面積。 為應(yīng)力，拉為正、壓為負(fù)。單位帕Pa、千帕kPa、兆帕MPa。1Pa=1N/m2，1kPa=103Pa=kN/m2，1MPa=106Pa=N/mm2。3.4拉(壓)桿的強(qiáng)度計算強(qiáng)度條件=N/A 為材料的許可應(yīng)力，常用材料的許可應(yīng)力詳見P227表3-1。其他符號見前節(jié)。3.4拉(壓)桿的強(qiáng)度計算強(qiáng)度條件的應(yīng)用強(qiáng)度計算1.強(qiáng)度校核：當(dāng)=N/A 時，滿足強(qiáng)度要求。2.截面設(shè)計：AN/ 。3.確定許可荷載：N A 。根據(jù)許可的內(nèi)力反算出容許施加的外荷載。3.5拉(壓)桿的變形變形構(gòu)件受外力作用后的形狀和尺寸的改變稱為變形。分為彈性變形(外力取消后，構(gòu)件恢復(fù)原來的形狀和尺寸)和塑性變形(外力

18、取消后，構(gòu)件不能恢復(fù)原來的形狀和尺寸) 。3.5拉(壓)桿的變形軸向變形=L/L。 為相對變形或線應(yīng)變， L為長度變形，L原構(gòu)件長度。P228圖3-93.5拉(壓)桿的變形虎克定律1.LPL/A。 L為長度變形，P為外力，L原構(gòu)件長度，A為截面面積。2. L=PL/EA。E為彈性模量(材料抵抗變形的能力)，常用材料的彈性模量詳見P229表3-2。本章內(nèi)容1.概述。2.梁截面上的內(nèi)力。3.梁的內(nèi)力圖。4.1概述梁的工程實例工程實例P230圖4-1。4.1概述梁的平面彎曲截面對稱，荷載作用在對稱軸上產(chǎn)生的彎曲，彎曲前后截面的對稱軸線在一個平面內(nèi)，如P230圖4-2。4.1概述梁的計算簡圖以梁的軸線

19、代替梁，并對梁的支座和荷載進(jìn)行簡化得到的圖形，便于分析和計算，如P231圖4-3。4.1概述梁上外力作用在梁上的外力包括荷載(主動力和自重)，支座反力(約束反力)如P231圖4-4/5。4.1概述梁的分類(靜定梁)支座反力未知數(shù)的個數(shù)平衡方程個數(shù)，用靜力學(xué)就能計算。如P231圖4-6a/b/c。4.1概述梁的分類(超靜定梁)支座反力未知數(shù)的個數(shù)平衡方程個數(shù)，用靜力學(xué)不能計算，需要變形條件才能計算。 P231圖4-6d為超一次靜定結(jié)構(gòu)。4.2梁截面上的內(nèi)力剪力和彎矩梁的外力確定后，可以通過截面法計算梁的內(nèi)力了，內(nèi)力包括壓力(簡支梁壓力為零)、剪力和彎矩。P232圖4-7。4.2梁截面上的內(nèi)力簡便

20、方法求內(nèi)力1.梁內(nèi)任一截面上的剪力，數(shù)值上等于該截面左側(cè)(或右側(cè))梁上所有外力的代數(shù)和。2.梁內(nèi)任一截面上的彎矩，在數(shù)值上等于該截面左側(cè)(或右側(cè))梁上所有外力對該截面型心力矩的代數(shù)和。3.截面左側(cè)向上的外力或截面右側(cè)向下的外力引起該截面的剪力為正，反之為負(fù)。4.截面左側(cè)和截面右側(cè)向上的外力引起的該截面上的彎矩為正反之為負(fù)。4.3梁的內(nèi)力圖內(nèi)力圖表示內(nèi)力變化規(guī)律的圖形叫做內(nèi)力圖，如P234圖4-12。4.3梁的內(nèi)力圖利用內(nèi)力規(guī)律作內(nèi)力圖常見內(nèi)力圖P234表4-1。本章內(nèi)容0.引言。1.梁的正應(yīng)力。2.梁的正應(yīng)力強(qiáng)度計算。3.提高梁抗彎強(qiáng)度的措施。5.0引言求出梁截面上的內(nèi)力后，還需要進(jìn)一步研究內(nèi)

21、力在截面上的分布情況，找出各點應(yīng)力分布規(guī)律及其計算公式，從而解決梁的強(qiáng)度問題。5.0引言梁截面上的應(yīng)力彎曲時梁的截面上一般有剪力和彎矩，相應(yīng)的橫截面上就會產(chǎn)生剪應(yīng)力和正應(yīng)力。P236圖5-1。內(nèi)力是由截面上各點的剪應(yīng)力合成的，彎矩是由與橫截面的垂直的正應(yīng)力的內(nèi)力偶。5.0引言應(yīng)力與內(nèi)力的關(guān)系(小變形的前提下)剪應(yīng)力與剪力有關(guān)，與彎矩?zé)o關(guān)。正應(yīng)力與彎矩有關(guān)，與剪力無關(guān)。5.1梁的正應(yīng)力正應(yīng)力公式=MY/Iz 為截面正應(yīng)力。M為截面彎矩。Y為所求點到中性軸的距離。Iz為截面慣性矩。5.1梁的正應(yīng)力正應(yīng)力分布規(guī)律1. 沿高度呈直線。2. max在梁的上下邊緣。3.中性軸上各點 =0圖中Z軸為中性軸。

22、5.1梁的正應(yīng)力截面慣性矩計算1.矩形截面 IZ=bh3/12； Iy=b3h/122.圓形截面Iz=Iy=d4/643.其他截面一般工具書上能夠查到。5.2梁的正應(yīng)力強(qiáng)度計算最大正應(yīng)力max=M/WzWz=Iz/Ymax抗彎截面模量。5.2梁的正應(yīng)力強(qiáng)度計算抗彎模量的計算Wz1.矩形截面Wz=Iz/Ymax=bh2/6； Wy=b2h/62.圓形截面Wz=d3/325.2梁的正應(yīng)力強(qiáng)度計算正應(yīng)力強(qiáng)度條件=Mmax/Wz5.2梁的正應(yīng)力強(qiáng)度計算正應(yīng)力強(qiáng)度計算1.強(qiáng)度校核：max=Mmax/Wz2.截面設(shè)計：WzMmax/ 3.確定容許荷載： Mmax Wz5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施選擇合理的截面形式1.矩形截面梁放置方式5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施選擇合理的截面形式2.工字形截面5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施選擇合理的截面形式3.常用梁截面合理性比較5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施選擇合理的截面形式4.考慮材料的性能面合理性比較(如為砼，T形應(yīng)到過來)。5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施考慮變截面梁節(jié)省材料。5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施改善受力情況合理布置支座、適當(dāng)增加支座。5.3提高梁抗彎強(qiáng)度的措施改善受力情況改善梁的荷載布置。6.1彎曲變形的概念梁的繞曲線一條光滑、平坦而連續(xù)的曲線。6.1彎曲變形的概念梁截面的位移產(chǎn)生線位移和角位移。梁的變