建筑力學(xué)課件(綜合版)

1、建筑力學(xué)課件(綜合版)建筑力學(xué)課件(綜合版)序言力學(xué)是研究物質(zhì)機械運動規(guī)律的科學(xué)。自然界物質(zhì)有多種層次，從宇觀的宇宙體系，宏觀的天體和常規(guī)物體，細(xì)觀的顆粒、纖維、晶體，微觀的分子、原子、基本粒子。通常理解的力學(xué)以研究天然的或人工的宏觀對象為主。但由于學(xué)科的互相滲透，有時也涉及宇觀或細(xì)觀甚至微觀各層次中的對象以及有關(guān)的規(guī)律。 力學(xué)又稱經(jīng)典力學(xué)，是研究通常尺寸的物體在受力下的形變，以及速度遠(yuǎn)低于光速的運動過程的一門自然科學(xué)。力學(xué)運動，是物質(zhì)在時間、空間中的位置變化，包括移動、轉(zhuǎn)動、流動、變形、振動、波動、擴(kuò)散等。而平衡或靜止，則是其中的特殊情況。物質(zhì)運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其內(nèi)部

2、的運動和化學(xué)運動等。 力是物質(zhì)間的一種相互作用，機械運動狀態(tài)的變化是由這種相互作用引起的。靜止和運動狀態(tài)不變，則意味著各作用力在某種意義上的平衡，因此，力學(xué)可以說是力和(機械)運動的科學(xué)。 力學(xué)在漢語中的意思是力的科學(xué)。漢語“力”字最初表示的是手臂使勁，后來雖又含有他義，但都同機械或運動沒有直接聯(lián)系?！傲W(xué)”一詞的英語是mechanics(源于希臘語機械)。在英語中，mechanics是一個多義詞，既可釋作“力學(xué)”，也可釋作“機械學(xué)”、“結(jié)構(gòu)”等。在歐洲其他語種中，此詞的語源和語義都與英語相同。漢語中沒有同它對等的多義詞。mechanics在19世紀(jì)50年代作為研究力的作用的學(xué)科名詞傳入中國時

3、，譯作“重學(xué)”，后來改譯作“力學(xué)”，一直使用至今?！傲W(xué)的”和“機械的” 在英語中同mechanical，而現(xiàn)代漢語中“機械的”又可理解為“刻板的”。這種不同語種中詞義包容范圍的差異，有時引起國際學(xué)術(shù)交流中的周折。例如機械的(mechanical)自然觀，其實指用力學(xué)解釋自然的觀點，而英語mechanist是指機械師，不是指力學(xué)家。2序言力學(xué)是研究物質(zhì)機械運動規(guī)律的科學(xué)。自然界物質(zhì)有多種層3課程簡介建筑力學(xué)理論力學(xué)材料力學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)課。研究物體受力后的效應(yīng)運動、平衡（外效應(yīng)）剛體變形、內(nèi)力（內(nèi)效應(yīng)）變形固體：桿材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)變形、內(nèi)力（內(nèi)效應(yīng)）變形固體：桿系5課程簡介建理論力學(xué)材料力學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)

4、課。研究物體受力后的效應(yīng)4第 1 章 緒 論6第 1 章 511 建筑力學(xué)的任務(wù)12 變形固體的基本假設(shè) 13 桿件變形的基本形式第一 章 緒論目錄711 建筑力學(xué)的任務(wù)12 變形固體的基6結(jié)構(gòu)承受的荷載：自重、風(fēng)載、人群荷載、屋面積雪重量、吊車壓力等非荷載影響因素：溫度變化、支座沉降、地震作用等結(jié)構(gòu)與構(gòu)件：建筑物中承受荷載而起骨架作用的部分稱為結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)的每一部分稱為構(gòu)件1-1-1 結(jié)構(gòu)及其分類11 建筑力學(xué)的任務(wù)8結(jié)構(gòu)承受的荷載：非荷載影響因素：1-1-1 結(jié)構(gòu)及其分類7一、構(gòu)件的分類（長寬高來衡量）建筑力學(xué)研究對象的幾何特征桿件：一個方向的尺寸大板和殼：兩個方向的尺寸大實體：三個方向的

5、尺寸都大且相近二、構(gòu)件幾何特征各橫截面的形心連線軸線垂直于桿軸線的截面橫截面根據(jù)軸線形狀可分為：9一、構(gòu)件的分類（長寬高來衡量）建筑力學(xué)研究對象的幾何特征8直桿:曲桿：拱折桿：剛架10直桿:曲桿：拱折桿：剛架9三、結(jié)構(gòu)的幾何特征平面桿件結(jié)構(gòu)與空間桿件結(jié)構(gòu)凡組成結(jié)構(gòu)的所有桿件的軸線都位于某一平面內(nèi)，并且荷載也位于該平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)，稱為平面桿件結(jié)構(gòu)。否則，稱為空間結(jié)構(gòu)。11三、結(jié)構(gòu)的幾何特征平面桿件結(jié)構(gòu)與空間桿件結(jié)構(gòu)凡組成結(jié)構(gòu)的101-1-2 建筑力學(xué)研究的內(nèi)容一、幾個基本概念構(gòu)件：組成機械或結(jié)構(gòu)物的最小單元強度：構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物抵抗破壞的能力剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力1

6、21-1-2 建筑力學(xué)研究的內(nèi)容一、幾個基本概念11二、建筑力學(xué)的任務(wù)設(shè)計出的結(jié)構(gòu)要有承載能力用材越少越好安全經(jīng)濟(jì)一對矛盾三類強度計算：荷載、材料一定，計算截面積荷載、截面一定，校核是否安全材料、截面一定，求允許荷載任務(wù)：研究構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定性，為工程設(shè)計提供理論依據(jù)和計算方法。13二、建筑力學(xué)的任務(wù)設(shè)計出的結(jié)構(gòu)要有承載能力用材越少越好12剛體 在任何外力的作用下，大小和形狀始終保持不變的物體。例如: 橋梁在車輛、人群等荷載作用下的最大豎直變形一般不超過橋梁跨度的1/7001/900。物體的微小變形對于研究物體的平衡問題影響很小，因而可以將物體視為不變形的理想物體剛體1-2 變形固體的基

7、本假設(shè)14剛體 在任何外力的作用下，大小和形狀始終13 略去次要性質(zhì)，將主要性質(zhì)抽象出理想模型，提出幾個基本假設(shè)： 完全彈性假設(shè)：認(rèn)為材料在外力作用下發(fā)生變形的大小與外力成正比，外力撤除后，構(gòu)件的變形會完全消失 連續(xù)均勻假設(shè)：認(rèn)為材料各處的性質(zhì)完全相同 可取其中一部分研究，解決局部與整體研究的統(tǒng)一 各向同性假設(shè)：相對于各向異性而言 木材豎紋和橫紋抵抗破壞的能力不同 鋼材各個方向的力學(xué)性質(zhì)相同 小變形假設(shè)：在外力作用下，變形相對構(gòu)件尺寸很小 平衡時略去可使計算簡單15 略去次要性質(zhì)，將主要性質(zhì)抽象出理想模型，提出幾個基141-3 桿件變形的基本形式將構(gòu)件變形形式分為四種基本變形：軸向拉伸和壓縮扭

8、轉(zhuǎn)剪切彎曲161-3 桿件變形的基本形式將構(gòu)件變形形式分為四種基15小 結(jié)概念：構(gòu)件、強度、剛度、穩(wěn)定性任務(wù)：研究構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定性，為工程設(shè)計提供理論依據(jù)和計算方法。可變形固體與剛體：四個基本假設(shè)：對象：彈性范圍內(nèi)，均勻、連續(xù)、各向同性、小變形的等直桿四個基本變形：拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲17小 結(jié)概念：構(gòu)件、強度、剛度、穩(wěn)定性16第2章靜力學(xué)基本概念2-1 力的概念2-2 力矩與力偶2-3 力的平移2-4 約束與約束反力2-5 物體的受力分析 受力圖2-6 結(jié)構(gòu)計算簡圖18第2章靜力學(xué)基本概念2-1 力的概念17 靜力學(xué)研究物體作機械運動的特殊情況物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時力的平衡規(guī)律。包括：

9、受力分析、力系的簡化、平衡的條件等等。 物體的靜平衡是指物體相對于地面保持靜止或作勻速直線運動的狀態(tài)。19 靜力學(xué)研究物體作機械運動的特殊情況182-1 力的概念2-1-1 力與力系 力是物體間的相互作用，其效果是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變或物體發(fā)生變形 靜力學(xué)只研究剛體，因此，只討論物體在力的作用下整體的平衡問題。力的單位，采用國際單位時為：或牛頓（N）202-1 力的概念2-1-1 力與力系 19力對物體的作用效果取決于力的大小、方向與作用點我們稱之為力的三要素1. 力的基本概念(1) 力的三要素（2） 力系物體受到若干力的作用，統(tǒng)稱力系 平面力系：各力作用線均在同一平面內(nèi) 根據(jù)各力作用線的

10、關(guān)系，可分為平面任意力系、平面平行力系和平面匯交力系21力對物體的作用效果取決于力的大小、方向與作用點我們稱之為202.1 基本概念幾個相關(guān)定義力系：作用于物體或體系的一群力平衡：保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)（具有相對性）平衡力系：處于平衡狀態(tài)的力系等效力系222.1 基本概念幾個相關(guān)定義力系：作用于物體或體系的21（3）靜力學(xué)公理 作用于剛體上的兩個力，如果大小相等、方向相反、且沿同一作用線，則它們的合力為零，此時，剛體處于靜止或作勻速直線運動。公理一 二力平衡公理 空間力系：力的作用線分布于三維空間空間任意力系空間平行力系空間匯交力系23（3）靜力學(xué)公理 作用于剛體上的兩個力，如果大小22只

11、有兩個力作用下處于平衡的物體 其大小相等、方向相反、作用于同一直線上。二力構(gòu)件不是二力構(gòu)件24只有兩個力作用下處于平衡的物體 其大小相等、方向相反、作23 注意：上述的二力平衡公理對于剛體是充分的也是必要的，而對于變形體只是必要的，而不是充分的。如圖所示的繩索的兩端若受到一對大小相等、方向相反的拉力作用可以平衡，但若是壓力就不能平衡。 25 注意：上述的二力平衡公理對于剛體是充分的也是24 力可以在剛體上沿其作用線移至任意一點而不改變它對剛體的作用效應(yīng)公理二 加減平衡力系公理 在作用于剛體的任意力系上，加上或減去任一平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效應(yīng)。推論：力的可傳性26 力可以在剛體上

12、沿其作用線移至任意一點而不25 同一個點作用兩個力的效應(yīng)可用它們的合力來等效。該合力作用于同一點，方向和大小由平行四邊形的對角線確定。（幾何合成法）公理三 力的平行四邊形法則27 同一個點作用兩個力的效應(yīng)可用它們的合力來等效。該26 兩個物體間相互作用的力，總是大小相等、方向相反，同時分別作用在兩個物體上。公理四 作用與反作用定理推論：三力平衡匯交定理 剛體受到不平行的三個力作用而平衡時，這三個力的作用線一定交于同一點且位于同一平面內(nèi)。28 兩個物體間相互作用的力，總是大小相等、方27 反之，當(dāng)投影Fx 、Fy 已知時，則可求出力 F 的大小和方向：21-6 力的投影.力沿坐標(biāo)軸的分解一、力在

13、坐標(biāo)軸上的投影：結(jié)論：力在某軸上的投影，等于力的模乘以力與該軸正向間夾角的余弦。ybaabFOxBFxFy29 反之，當(dāng)投影Fx 、Fy 已知時，則可求出力 F28思考： 試求圖1.3中各力在軸上的投影，投影的正負(fù)號按規(guī)定觀察判定。30思考： 試求圖1.3中各力在軸上的投影，投影的正負(fù)號按規(guī)29注意：力投影的要點： 1、力平移力在坐標(biāo)軸上投影不變； 2、力垂直于某軸，力在該軸上投影為零； 力平行于某軸，力在該軸上投影的絕對 值為力的大小。31注意：力投影的要點： 1、力平移力在坐標(biāo)軸上投影30 共點力系合成與平衡的幾何法1、合成的幾何法：AF2F1F4F3表達(dá)式：RF1BF2CF3DF4EAF

14、1、F2、F3、F4 為平面共點力系：32 共點力系合成與平衡的幾何法1、合成的幾何法：AF2F131 把各力矢首尾相接，形成一條有向折線段（稱為力鏈）。加上一封閉邊，就得到一個多邊形，稱為力多邊形。2、力的多邊形規(guī)則：RF1BF2CF3DF4EA注：變換分力矢量的作圖順序合力矢量不變33 把各力矢首尾相接，形成一條有向折線段（稱為力鏈）32AF2F1(a)F3F1F2RF3xABCD(b) 合力在任一軸上的投影，等于它的各分力在同一軸上的投影的代數(shù)和。證明： 以三個力組成的共點力系為例。設(shè)有三個共點力F1、F2、F3 如圖。合力投影定理：34AF2F1(a)F3F1F2RF3xABCD(b)

15、 33合力 R 在x 軸上投影：F1F2RF3xABCD(b) 推廣到任意多個力F1、F2、 Fn 組成的平面共點力系，可得：abcd各力在x 軸上投影：35合力 R 在x 軸上投影：F1F2RF3xABCD(b)34 合力的大小合力R 的方向余弦根據(jù)合力投影定理得36 合力的大小合力R 的方向余弦根據(jù)合力投影定理得352-2 力矩與力偶2-2-1力對點之矩（力矩）力矩作用面1.大?。毫與力臂的乘積2.方向：轉(zhuǎn)動方向兩個要素：372-2 力矩與力偶2-2-1力對點之矩（力矩）力矩作36F1F2d2-2-2 力偶1、力偶大小相等的反向平行力。（注意與平衡力的區(qū)別 ）、作用效果：引起物體的轉(zhuǎn)動。

16、、力和力偶是靜力學(xué)的基本要素。 力偶特性二： 力偶只能用力偶來代替（即只能和另一力偶等效），因而也只能與力偶平衡。力偶特性一：力偶中的二個力，既不平衡，也不可能合成為一個力。38F1F2d2-2-2 力偶1、力偶大小相等的反向平行372、力偶臂力偶中兩個力的作用線 之間的距離。3、力偶矩力偶中任何一個力的大 小與力偶臂d 的乘積，加上 適當(dāng)?shù)恼?fù)號。F1F2d力偶矩正負(fù)規(guī)定： 若力偶有使物體逆時針旋轉(zhuǎn)的趨勢，力偶矩取正號；反之，取負(fù)號。量綱：力長度，牛頓米（Nm）.392、力偶臂力偶中兩個力的作用線3、力偶矩力偶中任384、力偶的等效條件 同一平面上力偶的等效條件：FdFd因此，以后可用力偶的

17、轉(zhuǎn)向箭頭來代替力偶。= 作用在剛體內(nèi)同一平面上的兩個力偶相互等效的充要條件是二者的力偶矩代數(shù)值相等。404、力偶的等效條件 同一平面上力偶的等效條件：Fd39=已知：任選一段距離d5.平面力偶系的合成和平衡條件=41=已知：任選一段距離d5.平面力偶系的合成和平衡條件=40=42=41由此可知，平面力偶系可合成為一個合力偶，合力偶矩等于各分力偶矩的代數(shù)和43由此可知，平面力偶系可合成為一個合力偶，合力偶矩等于各分42力的平移定理 作用于剛體上的力可以等效地移動到剛體內(nèi)任意點，但須附加一力偶。2-3 力的平移44力的平移定理 作用于剛體上的力可以等效地移動到剛體內(nèi)4324 約束和約束反力1、自由

18、體：2、非自由體：3、約束：4、約束反力：5、主動力： 可以任意運動（獲得任意位移）的物體。不可能產(chǎn)生某方向的位移的物體。約束對被約束體的反作用力。由周圍物體所構(gòu)成的、限制非自由體位移的條件。約束力以外的力。 基本概念：4524 約束和約束反力1、自由體：2、非自由體：3、約441、柔繩、鏈條、膠帶構(gòu)成的約束：常見的幾種類型的約束13 約束和約束反力461、柔繩、鏈條、膠帶構(gòu)成的約束：常見的幾種類型的約束45A柔繩約束47A柔繩約束462、理想光滑接觸面約束（無摩擦力）13 約束和約束反力常見的幾種類型的約束482、理想光滑接觸面約束（無摩擦力）13 約束和約束反47光滑接觸面約束實例光滑齒面

19、49光滑接觸面約束實例光滑齒面483、光滑鉸鏈約束ABNAB常見的幾種類型的約束503、光滑鉸鏈約束ABNAB常見的幾種類型的約束49NyNx(1) 固定鉸鏈支座：N51NyNx(1) 固定鉸鏈支座：N50(2) 活動鉸鏈支座：NN52(2) 活動鉸鏈支座：NN51ABNANBACB5、雙鉸鏈剛桿約束：常見的幾種類型的約束53ABNANBACB5、雙鉸鏈剛桿約束：常見的幾種類型的5225 物體的受力分析和受力圖畫受力圖的方法與步驟：1、取分離體（研究對象）2、畫出研究對象所受的全部主動力（使物體產(chǎn)生 運動或運動趨勢的力）3、在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束 反力（研究對象與周圍物體的連

20、接關(guān)系）5425 物體的受力分析和受力圖畫受力圖的方法與步驟：53APNFTECGBEPAFD解：(1) 物體B 受兩個力作用：(2) 球A 受三個力作用：(3) 作用于滑輪C 的力： CNGTGTGTDQB例題1-1 在圖示的平面系統(tǒng)中，勻質(zhì)球A重為P，借本身重量和摩擦不計的理想滑輪C 和柔繩維持在仰角是 的光滑斜面上，繩的一端掛著重為Q 的物體B。試分析物體B、球A 和滑輪C 的受力情況，并分別畫出平衡時各物體的受力圖。55APNFTECGBEPAFD解：(1) 物體B 受兩54ECABFDBCNBNC解：1、桿BC 所受的力：2、桿AB 所受的力：表示法一：表示法二：BDAFNAxNAy

21、NBBAFDNAHNB例題1-2 等腰三角形構(gòu)架ABC 的頂點A、B、C 都用鉸鏈連接，底邊AC 固定，而AB 邊的中點D 作用有平行于固定邊AC 的力F，如圖113(a)所示。不計各桿自重，試畫出AB 和BC 的受力圖。56ECABFDBCNBNC解：1、桿BC 所受的力：2、桿55例題1-3 如圖所示壓榨機中，桿AB 和BC 的長度相等，自重忽略不計。A ，B，C ，E 處為鉸鏈連接。已知活塞D上受到油缸內(nèi)的總壓力為F = 3kN，h = 200 mm，l =1500 mm。試畫出桿AB ，活塞和連桿以及壓塊C 的受力圖。DEABCllh57例題1-3 如圖所示壓榨機中，桿AB 和BC 的

22、長度相等56FABA解：1.桿AB 的受力圖。2. 活塞和連桿的受力圖。3. 壓塊 C 的受力圖。CBxyFCxFCyFCByxFFBCFABDEABCllh58FABA解：1.桿AB 的受力圖。2. 活塞和連桿的受力57APBQABCP 思考題PQNAxNAyNByNCNBPNBNA59APBQABCP 思考題PQNAxNAyNByNC58 任何建筑物在施工過程中以及建成后的使用過程中，都要受到各種各樣的作用，這種作用造成建筑物整體或局部發(fā)生變形、位移甚至破壞。例如，建筑物各部分的自重、人和設(shè)備的重力、風(fēng)力、地震，溫度變化等等。其中建筑物的自重、人和設(shè)備的重力、風(fēng)力等作用稱為直接作用，在工程上稱為荷載；而地震，溫度變化等作用稱為間接作用。工程中，有時不嚴(yán)格區(qū)分直接作用或間接作用，對引起建筑物變形、位移甚至破壞的作