土木工程力學知識微課課件

土木工程力學知識微課課件目錄力學基礎知識結構力學基本概念土木工程材料力學性質(zhì)靜定結構內(nèi)力分析超靜定結構內(nèi)力分析結構動力學基礎01力學基礎知識力是物體之間的相互作用，是改變物體運動狀態(tài)的原因。力的定義力的性質(zhì)力的單位力具有大小、方向和作用點三個要素；力是矢量，遵循平行四邊形定則。在國際單位制中，力的單位是牛頓（N）。030201力的概念與性質(zhì)力矩是力和力臂的乘積，表示力對物體的轉(zhuǎn)動效應。力矩的概念力偶是由兩個大小相等、方向相反、作用線平行的力組成的力系。力偶的定義力偶只能使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，不能使物體產(chǎn)生移動。力偶的性質(zhì)力矩與力偶

力的合成與分解力的合成根據(jù)平行四邊形定則或三角形定則，可以將多個力合成為一個力。力的分解一個力可以分解為兩個或更多個分力，分力的方向可以任意選擇。力的合成與分解的應用在解決力學問題時，通過力的合成與分解可以簡化問題，降低計算難度。二力平衡原理加減平衡力系原理力的可傳性原理三力平衡匯交原理靜力學基本原理作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反、作用在同一直線上，則物體處于平衡狀態(tài)。力可以在物體間進行傳遞，傳遞過程中力的大小和方向可能發(fā)生變化，但力的作用效果不變。在已知力系中加上或減去任意一組平衡力系，不改變原力系對物體的作用效果。當物體受到三個不共線的力作用而處于平衡狀態(tài)時，這三個力的作用線必在同一平面內(nèi)且匯交于一點。02結構力學基本概念結構由構件組成，構件之間通過連接方式形成整體。構件可以是梁、柱、板、墻等基本單元。根據(jù)幾何特征，結構可分為桿系結構、板殼結構和實體結構；根據(jù)材料特性，結構可分為鋼結構、木結構、混凝土結構和組合結構等。結構組成與分類結構分類結構組成荷載包括永久荷載（如結構自重）和可變荷載（如樓面活荷載、風荷載、雪荷載等）。荷載分類設計時需考慮多種荷載同時作用的情況，進行荷載組合，以確定結構的最不利受力狀態(tài)。荷載組合結構荷載與作用內(nèi)力計算結構在荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力，包括軸力、剪力、彎矩和扭矩等。通過力學方法可計算構件的內(nèi)力。變形計算結構在荷載作用下會產(chǎn)生變形，包括構件的撓度和轉(zhuǎn)角等。變形計算是評估結構性能的重要指標。結構內(nèi)力與變形結構穩(wěn)定性是指結構在受到微小擾動后能夠恢復到原有平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性概念結構承載能力是指結構在極限狀態(tài)下所能承受的最大荷載。設計時需確保結構承載能力滿足使用要求。承載能力結構穩(wěn)定性與承載能力03土木工程材料力學性質(zhì)高強度良好塑性均勻材質(zhì)耐腐蝕性差鋼材力學性質(zhì)01020304鋼材具有優(yōu)異的抗拉、抗壓和抗剪強度，適用于承受大荷載和動荷載的結構。鋼材在斷裂前有較大塑性變形，能吸收較多能量，具有較好的抗震性能。鋼材內(nèi)部組織均勻，各向同性，力學性能穩(wěn)定可靠。鋼材易受到腐蝕，需要采取防腐措施?；炷亮W性質(zhì)混凝土具有較高的抗壓強度，但抗拉強度較低?；炷翆ψ匀画h(huán)境中的侵蝕和化學腐蝕有一定抵抗力?；炷猎跐仓翱伤苄院茫苓m應各種復雜形狀和結構要求。混凝土在受拉時易出現(xiàn)裂縫，需要采取相應措施控制裂縫寬度。高抗壓強度良好耐久性可塑性強裂縫問題木材順紋方向的抗拉和抗壓強度較高。順紋強度高木材橫紋方向的抗拉和抗壓強度較低，易開裂和變形。橫紋強度低木材具有較好的彈性和塑性，能吸收沖擊能量，具有較好的抗震性能。良好抗震性木材中的節(jié)子、裂紋等缺陷會嚴重影響其力學性質(zhì)。缺陷影響大木材力學性質(zhì)磚石及砌體材料具有較高的抗壓強度，適用于承受壓力的結構。高抗壓強度抗拉強度低脆性材料熱穩(wěn)定性差磚石及砌體材料的抗拉強度較低，易產(chǎn)生裂縫。磚石及砌體材料屬于脆性材料，受力時易發(fā)生脆性破壞。磚石及砌體材料在高溫下易產(chǎn)生裂縫和變形。磚石及砌體力學性質(zhì)04靜定結構內(nèi)力分析靜定梁是指幾何形狀和尺寸確定，且支座反力和內(nèi)力僅由荷載作用產(chǎn)生的梁。靜定梁基本概念通過截面法、疊加法等方法計算靜定梁的彎矩、剪力和軸力。內(nèi)力計算方法根據(jù)內(nèi)力計算結果，繪制彎矩圖、剪力圖和軸力圖，直觀反映梁的內(nèi)力分布。內(nèi)力圖繪制靜定梁廣泛應用于各種橋梁、建筑等工程中，是土木工程中重要的結構形式之一。工程應用靜定梁內(nèi)力分析靜定剛架內(nèi)力分析靜定剛架基本概念靜定剛架是指由直桿組成的具有剛性連接的平面或空間結構，其幾何形狀和尺寸確定，且支座反力和內(nèi)力僅由荷載作用產(chǎn)生。內(nèi)力計算方法采用節(jié)點法、截面法等方法計算靜定剛架的彎矩、剪力和軸力。內(nèi)力圖繪制根據(jù)內(nèi)力計算結果，繪制彎矩圖、剪力圖和軸力圖，反映剛架的內(nèi)力分布。工程應用靜定剛架常用于大跨度屋蓋、橋梁、塔架等工程中，具有受力明確、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。內(nèi)力計算方法采用彈性中心法、力矩分配法等方法計算靜定拱的彎矩、剪力和軸力。工程應用靜定拱具有較好的受力性能和美觀性，廣泛應用于橋梁、隧道、建筑等工程中。內(nèi)力圖繪制根據(jù)內(nèi)力計算結果，繪制彎矩圖、剪力圖和軸力圖，反映拱的內(nèi)力分布。靜定拱基本概念靜定拱是指幾何形狀和尺寸確定，且支座反力和內(nèi)力僅由荷載作用產(chǎn)生的拱形結構。靜定拱內(nèi)力分析工程應用靜定桁架具有受力明確、穩(wěn)定性好、用料經(jīng)濟等優(yōu)點，廣泛應用于各種大跨度屋蓋、橋梁、塔架等工程中。靜定桁架基本概念靜定桁架是指由若干直桿在兩端用鉸鏈連接而成的幾何形狀不變的結構，其幾何形狀和尺寸確定，且支座反力和內(nèi)力僅由荷載作用產(chǎn)生。內(nèi)力計算方法采用節(jié)點法、截面法等方法計算靜定桁架的軸力。內(nèi)力圖繪制根據(jù)內(nèi)力計算結果，繪制軸力圖，反映桁架的內(nèi)力分布。靜定桁架內(nèi)力分析05超靜定結構內(nèi)力分析123具有多余約束的幾何不變體系，又稱靜不定結構。超靜定結構定義在靜定結構上附加的約束，帶來多余未知廣義力。多余約束概念根據(jù)多余約束的數(shù)量和性質(zhì)進行分類，如一次超靜定、二次超靜定等。超靜定結構分類超靜定結構概念及分類通過解除多余約束，將超靜定結構轉(zhuǎn)化為靜定結構，再利用平衡條件求解。力法基本思想根據(jù)解除的多余約束建立力法方程，求解多余未知廣義力。力法方程建立確定基本結構、建立力法方程、求解未知廣義力、計算結構內(nèi)力。力法求解步驟力法求解超靜定結構位移法基本思想通過引入附加位移，將超靜定結構轉(zhuǎn)化為靜定結構，再利用變形協(xié)調(diào)條件求解。位移法方程建立根據(jù)引入的附加位移建立位移法方程，求解未知節(jié)點位移。位移法求解步驟確定基本未知量、建立位移法方程、求解未知節(jié)點位移、計算結構內(nèi)力。位移法求解超靜定結構漸近法基本思想通過逐步逼近的方法，將復雜的超靜定結構問題簡化為一系列簡單的靜定問題求解。漸近法求解步驟確定初始近似解、計算誤差、修正近似解、重復迭代直至滿足精度要求。漸近法適用范圍適用于大型復雜超靜定結構的求解，如橋梁、高層建筑等。漸近法求解超靜定結構06結構動力學基礎03動力荷載與靜力荷載的區(qū)別動力荷載考慮時間因素，而靜力荷載則不考慮時間因素。01動力荷載類型包括周期性荷載、沖擊荷載、隨機荷載等，這些荷載會對結構產(chǎn)生動態(tài)作用。02動力荷載特點動力荷載的大小、方向和作用點隨時間變化，對結構產(chǎn)生復雜的動態(tài)效應。動力荷載與作用結構動力響應類型01包括自由振動、受迫振動和阻尼振動等，這些振動類型會影響結構的動態(tài)行為。結構動力響應分析方法02包括模態(tài)分析、頻響分析、時程分析等，這些方法可用于評估結構在不同動力荷載下的響應。結構動力響應與靜力響應的區(qū)別03動力響應考慮結構的慣性力和阻尼力，而靜力響應則只考慮結構的靜力平衡。結構動力響應分析地震作用是一種復雜的動力荷載，結構抗震設計需要考慮地震波的傳播、結構的振動特性和地震作用下的破壞機理。地震作用與結構抗震包括“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準設防原則，以及“強柱弱梁、強剪弱彎”等延性設計原則?？拐鹪O計原則包括基于力的設計方法、基于位移的設計方法和基于性能的設計方法等，這些方法可用于不同抗震設防烈度和結構類型的建筑?？拐鹪O計方法結構抗震設計原理結構減震與隔震技術需要根據(jù)工程的具體情況