建筑力學(xué)教案

第一章建筑力學(xué)概述主要內(nèi)容：建筑力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)、根本假設(shè)、桿件變形的根本形式、荷載目的要求：明確建筑力學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)、了解本課程的性質(zhì)和主要內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)：建筑力學(xué)的任務(wù)?！?-1建筑力學(xué)的任務(wù)建筑力學(xué)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→施工構(gòu)件→結(jié)構(gòu)→荷載圖1-1建筑力學(xué)研究：構(gòu)件間的相互作用力強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性建筑力學(xué)的任務(wù)是研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下的平衡及承載能力?！?-2剛體、變形固體及根本假設(shè)剛體與變形固體的概念變形固體的根本假設(shè)剛體、變形體概念連續(xù)、均勻、各向同性假設(shè)微小變形假設(shè)圖§1-3桿件及其變形的根本形式桿件圖桿件變形的根本形式軸向拉壓剪切扭轉(zhuǎn)彎曲§1-4荷載的形式按作用方式分：集中荷載分布荷載：體積荷載面荷載線荷載按作用性質(zhì)分：靜荷載動(dòng)荷載靜力學(xué)根本概念目的要求：理解根本概念、根本公理；掌握根本概念、根本公理的應(yīng)用、投影的計(jì)算、矩的計(jì)算重點(diǎn)難點(diǎn)：根本概念、根本公理的應(yīng)用、投影的計(jì)算、矩的計(jì)算§2－1力與平衡的概念靜力學(xué)是研究物體在力作用下的平衡規(guī)律的科學(xué)。力的概念力是物體與物體之間的相互機(jī)械作用力的三要素：力的表示F力的單位:kNN作用效應(yīng):運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變；形狀改變平衡的概念平衡：力系：平衡條件：平衡力系：§2－2靜力學(xué)根本公理力的平行四邊形公理F=F1+F2二力平衡公理應(yīng)用在剛體加減平衡力系公理推論1：力的可傳性圖推論2：三力平衡匯交定理圖作用與反作用定理圖§2－3力在坐標(biāo)軸上的投影?合力投影定理力在坐標(biāo)軸上的投影例題2－113頁(yè)§2-4力矩力偶的概念和力的等效平移力矩力矩是力使物體轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的度量力移動(dòng)移動(dòng)＋轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的單位:Nm或kNm力矩的正負(fù)號(hào)：順負(fù)、逆正力矩性質(zhì)：力矩與矩心有關(guān)力沿作用線移動(dòng)不改變力矩力過(guò)矩心力矩為零合力矩定理：例題2-316p二、力偶力偶：有兩個(gè)大小相等、方向相反、作用線平行的力組成，使物體只產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。力偶矩：描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量。力偶的單位:力偶矩的正負(fù)號(hào):力偶的性質(zhì):力偶沒(méi)有合力力偶投影為零力偶不能與一個(gè)力平衡力偶對(duì)平面內(nèi)任一點(diǎn)矩為力偶矩圖示力偶的等效條件①同一平面②兩力偶矩相等圖示平面力偶系合成例題2-419P力的平移圖示例題2－521P小結(jié)靜力學(xué)根本概念：力、平衡、二力構(gòu)件、力矩、力偶、力偶矩；根本計(jì)算：力在坐標(biāo)軸上的投影、力矩、力偶矩根本理論：四個(gè)根本公理、力的滑移定理、三力平衡匯交定理、合力投影定理、合力矩定理、力的平移定理復(fù)習(xí)思考題習(xí)題2－12－22－32－42－5物體的受力分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖主要內(nèi)容：約束、約束反力、受力圖、結(jié)構(gòu)計(jì)算圖目的要求：了解工程中常見(jiàn)的約束類型、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖；掌握約束反力確實(shí)定、能夠畫受力圖重點(diǎn)難點(diǎn)：常見(jiàn)約束的約束反力確定§3－1約束與約束反力一、約束約束：限制物體運(yùn)動(dòng)的裝置約束反力：約束體給被約束體的作用〔講清三要素〕二、約束類型柔性約束光滑面約束光滑圓柱鉸約束圖示鉸鏈支座〔固定鉸支座〕滾軸支座〔可動(dòng)鉸支座〕固定支座§3－2結(jié)構(gòu)計(jì)算圖一、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)化原那么反響結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，使計(jì)算結(jié)果精確可靠。分清主次，去次要因素以便于分析和計(jì)算。二、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的簡(jiǎn)化方法結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化平面的簡(jiǎn)化圖3－10桿件的簡(jiǎn)化圖3－11結(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化：鉸結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)圖示支座簡(jiǎn)化圖示荷載的簡(jiǎn)化圖示舉例：32頁(yè)圖3－143－15§3－3物體的受力分析與受力圖物體的受力分析：=1\*GB3①物體(研究對(duì)象)=2\*GB3②主動(dòng)力(荷載)圖示=3\*GB3③約束反力受力圖:物體的受力情況用圖形表示。舉例：例3－133P例3－234P例3－334P例3－435P例3－535P例3－636P小結(jié)約束與約束反力結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖物體的受力分析和受力圖平面一般力系的簡(jiǎn)化及平衡方程主要內(nèi)容：力系簡(jiǎn)化、平衡方程、平衡方程的應(yīng)用、物體系的平衡目的要求：了解平面一般力系的簡(jiǎn)化；掌握平面一般力系的平衡、約束反力確實(shí)定、能夠應(yīng)用平面一般力系的平衡理論確定約束反力。重點(diǎn)難點(diǎn)：平衡方程的應(yīng)用§4-1平面一般力系的簡(jiǎn)化一、平面一般力系向作用面內(nèi)一點(diǎn)簡(jiǎn)化力系〔F1、F2、F3、…、Fn〕簡(jiǎn)化得(F′1、F′2、F′3、…、F′n)和(m1、m2、m3、…)合成得F′R和MOF′R—主矢，描述原力系對(duì)物體移動(dòng)效應(yīng)MO—主矩，描述原力系對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)圖示FR指向∑FRX∑FRY++-+--+-例題4－146P二、平面一般力系簡(jiǎn)化結(jié)果的討論1.簡(jiǎn)化結(jié)果為一力偶原力系為一合力偶,力偶矩2.簡(jiǎn)化結(jié)果為一合力=1\*GB2⑴合力為主矢=2\*GB2⑵進(jìn)一步合成合力3.力系平衡§4－2平面一般力系的平衡方程及應(yīng)用一、根本形式平衡條件：主矢等于零、主矩等于零，即平衡方程：平面一般力系平衡可解決三個(gè)未知量例4－351P例4－452P二、二矩式A、B兩點(diǎn)連線不垂直于投影軸x三、三矩式〔A、B、C三點(diǎn)不共線〕平衡問(wèn)題解題步驟：=1\*GB3①確定研究對(duì)象=2\*GB3②畫受力圖=3\*GB3③列平衡方程=4\*GB3④解平衡方程例4－6§4－3平面特殊力系的平衡方程一、平面匯交力系的平衡方程例4－960P二、平面平行力系的平衡方程1、一矩式2、二矩式〔A、B兩點(diǎn)連線不平行于力系〕例4－1062P例4－1162P例4－1264P§4-4物體系的平衡問(wèn)題物體系平衡的平衡方程物系平衡方程個(gè)數(shù)為3n，能解決3n個(gè)未知量。n—物系中物體個(gè)數(shù)例4－1468P例4－1569P小結(jié)一、平面力系簡(jiǎn)化主矢與主矩二、平面力系平衡條件、平衡方程平衡方程：二矩式〔A、B兩點(diǎn)連線不垂直于投影軸x〕三矩式〔A、B、C三點(diǎn)不共線〕三、平衡方程的應(yīng)用1.求解單個(gè)物體的支座反力2.求解物體系的約束反力習(xí)題:4－104－114－144－17平面桿件體系的幾何組成分析主要內(nèi)容:幾何組成分析的目的、幾何組成分析、靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)。目的要求：了解幾何組成分析的目的及根本概念；掌握幾何組成分析規(guī)那么、能夠應(yīng)用。重點(diǎn)難點(diǎn)：幾何不變體系組成規(guī)那么及應(yīng)用§5－1平面桿件體系的幾何組成分析的目的一、幾何不變體系和幾何可變體系幾何可變體幾何不變體系幾何不變體系:不考慮材料的應(yīng)變，體系的位置或形狀不變化。幾何可變體系：不考慮材料的應(yīng)變，體系的位置或形狀發(fā)生變化。二、幾何組成分析的目的1.判別幾何可變性以決定是否可作為結(jié)構(gòu)2.桿系組成的合理形式3.判定結(jié)構(gòu)的靜定性§5－2平面桿系的幾個(gè)概念一、剛片二、約束及約束對(duì)體系自由度的影響1.自由度體系運(yùn)動(dòng)時(shí)可以獨(dú)立改變的坐標(biāo)的數(shù)目。2.約束3.約束對(duì)體系自由度的影響鏈桿：限制一個(gè)自由度鉸：限制兩個(gè)自由度剛性聯(lián)接：限制三個(gè)自由度§5－3幾何不變體系的組成規(guī)那么一、三剛片規(guī)那么三鉸不共線兩兩相連二、兩剛片規(guī)那么一鉸一桿不共線；三桿不交于一點(diǎn)、不相互平行。三、二元體規(guī)那么兩桿不共線§5－4幾何組成分析舉例例5－184P例5－284P§5－5靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)——沒(méi)有多余約束的幾何不變體系超靜定結(jié)構(gòu)——有多余約束的幾何不變體系小結(jié)一、平面桿件體系的分類二、幾何不變體系的組成規(guī)那么1.幾何不變體系的根本原理——鉸接三角形2.概念——約束、自由度、幾何不變體系、幾何可變體系、剛片3.組成規(guī)那么三、幾何組成分析的目的及應(yīng)用靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算主要內(nèi)容：軸向拉壓內(nèi)力及內(nèi)力圖、彎曲內(nèi)力及內(nèi)力圖目的要求：了解根本變形受力及變形特點(diǎn)；掌握軸力、彎矩、剪力、截面法、內(nèi)力圖、簡(jiǎn)便法畫內(nèi)力圖。重點(diǎn)難點(diǎn)：畫內(nèi)力圖§6－1內(nèi)力?截面法一、內(nèi)力概念圖示二、截面法截開(kāi)、代替、平衡圖示§6－2軸向拉壓桿的內(nèi)力一、軸向拉壓概念受力特點(diǎn)：變形特點(diǎn)：圖示舉例：88P：圖6－1、圖6－2二、軸向拉壓的內(nèi)力——軸力圖示例6－189P例6－2§6－3彎曲內(nèi)力——剪力和彎矩一、彎曲概念受力特點(diǎn)：圖示變形特點(diǎn)：圖示工程實(shí)例：梁的形式：=1\*GB3①簡(jiǎn)支梁=2\*GB3②外伸梁=3\*GB3③懸臂梁二、彎曲內(nèi)力——剪力和彎矩圖示剪力正負(fù)號(hào)的規(guī)定：使研究段順時(shí)針轉(zhuǎn)的為正相反為負(fù)圖示彎矩正負(fù)號(hào)的規(guī)定：上壓下拉為正相反為負(fù)圖示例6－394P簡(jiǎn)便法求彎曲內(nèi)力：左上剪力正、右下剪力正左順彎矩正、右逆彎矩正例6－3§6－4剪力圖和彎矩圖剪力方程彎矩方程M=M(x)例6－597P例6－698P例6－799P例6－8100P例6－9101P§6－5剪力、彎矩與荷載三者的關(guān)系1AB剪力圖斜直線、彎矩圖二次拋物線〔剪力等于零處拋物線的頂點(diǎn)〕。2AB剪力圖水平線、彎矩圖斜直線。3集中力的左右剪力突變、彎矩不變；力偶左右彎矩突變、剪力不變。作剪力圖彎矩圖的步驟：=1\*GB3①分段,荷載作用點(diǎn)、荷載變化出；=2\*GB3②計(jì)算每一段兩端剪力和彎矩值；=3\*GB3③作圖，每段兩端剪力值連線、彎矩值連線。例6－10106P例6－11107P小結(jié)1.軸向拉壓的內(nèi)力——軸力2.彎曲內(nèi)力——剪力和彎矩3.內(nèi)力正負(fù)號(hào)的規(guī)定4.如何用截面法和簡(jiǎn)便法求內(nèi)力5.用簡(jiǎn)便法作內(nèi)力圖第七章截面的幾何性質(zhì)主要內(nèi)容：形心、面積矩、軸慣性矩、極慣性矩目的要求：了解面積矩、軸慣性矩、極慣性矩等概念；掌握平行移軸公式、形心坐標(biāo)公式的應(yīng)用重點(diǎn)難點(diǎn)：組合截面主慣性矩的計(jì)算§7－1截面的面積矩和形心位置一、面積矩二、形心三、組合截面的面積矩及形心面積矩等于零該軸過(guò)截面形心；軸過(guò)截面形心那么該截面對(duì)此軸的面積矩等于零。例7－2134P§7－2慣性矩、慣性積于極慣性矩一、慣性矩單位：二、慣性積單位：三、極慣性矩例7－3134P§7－3主慣性軸和主慣性矩一、主慣性軸和主慣性矩主慣性軸——慣性積等于零的軸主慣性矩——截面對(duì)主慣性軸的慣性矩二、形心主慣性軸和形心主慣性矩形心主慣性軸——過(guò)形心的主慣性軸，形心主軸過(guò)截面對(duì)稱軸。形心主慣性矩——截面對(duì)形心主慣性軸的慣性矩過(guò)形心任一對(duì)正交軸的慣性矩之和為一常量，形心主慣性矩是最大慣性矩與最小慣性矩組合?！?－4組合截面的慣性矩一、平行移軸公式二、組合截面的慣性矩例7－5139P例7－6140P小結(jié)一圖形的幾何性質(zhì)有：面積矩慣性矩慣性積極慣性矩二組合截面慣性矩的計(jì)算，平行移軸公式三形心坐標(biāo)公式四形主慣性矩計(jì)算第八章桿件的應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算主要內(nèi)容：應(yīng)力、強(qiáng)度、材料力學(xué)性能、強(qiáng)度條件目的要求：了解應(yīng)力公式的推導(dǎo)；掌握應(yīng)力公式中符號(hào)的意義、軸向拉壓應(yīng)力公式的應(yīng)用、彎曲正應(yīng)力公式的應(yīng)用、強(qiáng)度條件的應(yīng)用重點(diǎn)難點(diǎn)：強(qiáng)度條件的應(yīng)用§8－1應(yīng)力概念應(yīng)力——內(nèi)力的密度單位——Mpa、PaFτΔFσσ——正應(yīng)力τ——剪應(yīng)力§8-2軸向拉壓桿的應(yīng)力和強(qiáng)度計(jì)算一橫截面上的應(yīng)力FFσFN——軸力A——桿件橫截面面積二強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度條件K——平安系數(shù)[σ]——材料的容許應(yīng)力強(qiáng)度條件的應(yīng)用：1強(qiáng)度校核2選擇截面3確定容許荷載例8－1149P例8－2150P§8－3材料的力學(xué)性質(zhì)一拉伸時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì)1應(yīng)力—應(yīng)變曲線FΔL彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段頸縮階段2材料的伸長(zhǎng)率和截面收縮率δ——伸長(zhǎng)率ψ——截面收縮率δ≥5％的材為塑性材料δ<5%的材料為脆性材料3彈性模量和泊松比4冷作硬化FΔL二壓縮時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì)FFΔL低碳鋼鑄鐵§8－4彎曲應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算平面彎曲一梁的正應(yīng)力與強(qiáng)度計(jì)算FFσ正應(yīng)力分布圖中性層中性軸正應(yīng)力計(jì)算公式M——截面彎矩I——截面對(duì)中性軸的慣性矩Y——欲求應(yīng)力點(diǎn)到中性軸的距離最大應(yīng)力令Wz——抗彎截面系數(shù)那么例8－3157P正應(yīng)力強(qiáng)度條件例8－4159P例8－5159P例8－6160P例8－7160P二矩形截面梁的剪應(yīng)力計(jì)算及剪應(yīng)力強(qiáng)度條件1.矩形截面梁的剪應(yīng)力計(jì)算公式FQ——剪力Sz——面積矩B——截面的寬度Iz——截面對(duì)中性軸的慣性矩2.梁的剪應(yīng)力強(qiáng)度條件——最大剪應(yīng)力——容許剪應(yīng)力例8－8163P§8-5組合變形構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一斜彎曲正應(yīng)力計(jì)算xFy正應(yīng)力強(qiáng)度條件例8－9167P二拉(壓)彎組合F1F2XZY正應(yīng)力計(jì)算正應(yīng)力強(qiáng)度條件例8－10168P三偏心拉伸(壓縮)zFy正應(yīng)力計(jì)算式雙向偏心單向偏心例8－11169P小結(jié)一軸向拉壓桿的應(yīng)力正應(yīng)力公式正應(yīng)力強(qiáng)度條件二平面彎曲梁的正應(yīng)力彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式正應(yīng)力強(qiáng)度條件三組合變形強(qiáng)度計(jì)算斜彎曲偏心拉壓第九章構(gòu)件變形和結(jié)構(gòu)的位移主要內(nèi)容：變形、位移、剛度條件、胡可定律、撓曲線目的要求：了解積分法計(jì)算彎曲變形、應(yīng)用胡可定律計(jì)算軸向變形；應(yīng)用疊加法計(jì)算彎曲變形、能計(jì)算簡(jiǎn)單位移、剛度條件的應(yīng)用重點(diǎn)難點(diǎn)：簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)位移§9－1軸向拉壓變形計(jì)算軸向伸長(zhǎng)量FFLL1軸向線應(yīng)變胡克定理例9－1179P§9－2平面彎曲的變形計(jì)算彎曲變形——撓度、轉(zhuǎn)角F撓曲線計(jì)算彎曲變形的方法:積分法、疊加法、單位荷載法正確畫出梁的撓曲線疊加法計(jì)算梁的變形例9－4182P§9-4梁的剛度校核剛度條件——最大撓度——容許的最大單位長(zhǎng)度撓度，有關(guān)