建筑力学试讲课件.ppt

1、第一章第一章 绪论绪论一、引言一、引言 建筑力学建筑力学是一门技术基础课程，它为土木是一门技术基础课程，它为土木工程的结构设计及施工现场受力问题的解决提工程的结构设计及施工现场受力问题的解决提供基本的力学知识和计算方法。供基本的力学知识和计算方法。石拱桥石拱桥斗斗拱拱结结构构廊桥廊桥 金门大桥，美国加利福尼亚州旧金山地标之一。金门大桥，美国加利福尼亚州旧金山地标之一。横跨金门海峡，拥有美丽悬索结构，是世界上最漂横跨金门海峡，拥有美丽悬索结构，是世界上最漂亮的桥之一。亮的桥之一。钢塔耸立在大桥南北两侧，高钢塔耸立在大桥南北两侧，高342米，米，钢塔之钢塔之间的大桥跨度达间的大桥跨度达1280米，

2、为世界所建大桥中罕见的米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大吊桥之一单孔长跨距大吊桥之一,从海面到桥中心部的高度约从海面到桥中心部的高度约60米米.宽宽27.4米米,长长2000多米。多米。一、建筑力学的任务一、建筑力学的任务建筑结构是在建筑物或构筑物中起建筑结构是在建筑物或构筑物中起骨架骨架作用作用(承受和传递荷载承受和传递荷载)的主要物体。的主要物体。组成建筑结构的基本部件称为组成建筑结构的基本部件称为构件构件力学力学是研究物体机械运动规律的学科。是研究物体机械运动规律的学科。建筑力学建筑力学主要研究建筑物或构筑物中的结构或构件。主要研究建筑物或构筑物中的结构或构件。u结构结构建筑物中承受

3、荷载并起骨架作用的部分。建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。u构件构件组成结构的单个部件。组成结构的单个部件。1 1、杆件及杆系结构、杆件及杆系结构杆杆它的几何特征是它的几何特征是细而长细而长，即即LhLh，LbLb。杆又可分为直杆和曲杆。杆又可分为直杆和曲杆。构件构件的分类的分类薄壁结构薄壁结构它的几何特征是宽而薄它的几何特征是宽而薄即即aat，bbt。平面形状的称为平面形状的称为板板，曲面形状称为，曲面形状称为壳壳。2 2、薄壁结构、薄壁结构实体结构实体结构它的几何特征是三个方向的尺它的几何特征是三个方向的尺寸都是同量级的。寸都是同量级的。3 3、实体结构、实体结构建筑力学研究的内容建筑力

4、学研究的内容u几何不变几何不变是结构按一定的几何规律组合是结构按一定的几何规律组合在一起，且在荷载作用下其几何形状不发在一起，且在荷载作用下其几何形状不发生改变。生改变。u强度强度是结构抵抗破坏的能力是结构抵抗破坏的能力 u刚度刚度是结构抵抗变形的能力是结构抵抗变形的能力 u稳定性稳定性是结构保持原有平衡形态的能力是结构保持原有平衡形态的能力 建筑力学学习的意义：建筑力学学习的意义：1 1、在施工中理解结构设计图纸的意图与要求，、在施工中理解结构设计图纸的意图与要求，保证工程质量，避免发生工程事故。保证工程质量，避免发生工程事故。2 2、合理、经济的完成施工中的一些力学问题。、合理、经济的完成

5、施工中的一些力学问题。3 3、保证工程改进措施的实施。、保证工程改进措施的实施。建筑力学的任务：建筑力学的任务：是通过研究结构的强度、刚度、是通过研究结构的强度、刚度、稳定性；材料的力学性能；结构的几何组成规则，稳定性；材料的力学性能；结构的几何组成规则，在保证结构既安全可靠又经济节约的前提下，为在保证结构既安全可靠又经济节约的前提下，为构件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺构件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸提供计算理论及计算方法。寸提供计算理论及计算方法。变形固体：变形固体：是在外力作用下，会产生变形的固体是在外力作用下，会产生变形的固体。变形固体在外力作用下会产生两种性质的变

6、形：变形固体在外力作用下会产生两种性质的变形：弹性变形：弹性变形：当外力消除时，变形随着消失的变形；当外力消除时，变形随着消失的变形；塑性变形：塑性变形：当外力消除后，不能消失的变形。当外力消除后，不能消失的变形。二、变形固体的基本假设二、变形固体的基本假设2 2均匀连续假设均匀连续假设 假设变形固体在其整个体积内用同种介质假设变形固体在其整个体积内用同种介质毫无空隙的充满了物体。毫无空隙的充满了物体。3 3各向同性假设各向同性假设 假设变形固体沿各个方向的力学性能均相同。假设变形固体沿各个方向的力学性能均相同。4 4小变形假设小变形假设 在实际工程中，构件在荷载作用下，其变形与在实际工程中，

7、构件在荷载作用下，其变形与构件的原尺寸相比通常很小，可以忽略不计，称构件的原尺寸相比通常很小，可以忽略不计，称这一类变形为这一类变形为小变形小变形。1.1.完全弹性假设完全弹性假设 当塑性变形很小，忽略不计，认为只有弹性变形，当塑性变形很小，忽略不计，认为只有弹性变形，这种只有弹性变形的变形固体称为这种只有弹性变形的变形固体称为完全弹性体完全弹性体。轴向拉压轴向拉压弯弯 曲曲 扭扭 转转剪切剪切第二章 建筑力学基础知识 力力是物体之间相互的机械作用。这种作用使物体的机械运动是物体之间相互的机械作用。这种作用使物体的机械运动状态发生变化或使物体发生变形。前者称为力的运动效应，或外状态发生变化或使

8、物体发生变形。前者称为力的运动效应，或外效应；后者称为力的变形效应，或内效应。静力学中主要讨论力效应；后者称为力的变形效应，或内效应。静力学中主要讨论力的外效应。的外效应。应当指出，既然力是物体之间相互的机械作用，力就不能脱应当指出，既然力是物体之间相互的机械作用，力就不能脱离物体而单独存在。在分析物体受力时，必须搞清哪个是施力体，离物体而单独存在。在分析物体受力时，必须搞清哪个是施力体，哪个是受力体。哪个是受力体。实践证明，力对物体的作用效应取决于以下实践证明，力对物体的作用效应取决于以下三个要素三个要素：(1)(1)力的大小力的大小。指物体间相互作用的强弱程度。国际单位制。指物体间相互作用

9、的强弱程度。国际单位制(SI)(SI)中，力的单位为牛中，力的单位为牛 顿顿(N)(N)或千牛或千牛 顿顿(KN)(KN)。(2)(2)力的方向力的方向。通常包含力的方位和指向两个含义。例如重。通常包含力的方位和指向两个含义。例如重力的方向是力的方向是“铅垂向下铅垂向下”，“铅垂铅垂”是指力的方位；是指力的方位；“向下向下”是是说力的指向。说力的指向。(3)(3)力的作用点力的作用点。力的作用点是指力在物体上作用的位置。力的作用点是指力在物体上作用的位置。一般说来，力的作用位置并不在一个点上，而是分布在物一般说来，力的作用位置并不在一个点上，而是分布在物体的某一部分面积或体积上。例如，蒸汽压力

10、作用于整个容器体的某一部分面积或体积上。例如，蒸汽压力作用于整个容器壁，这就形成了面积分布力；重力作用于物体的每一点，又形壁，这就形成了面积分布力；重力作用于物体的每一点，又形成了体积分布力。但是在很多情况下，可以把分布在物体上某成了体积分布力。但是在很多情况下，可以把分布在物体上某一部分的面积或体积上的力简化为作用在一个点上。例如，手一部分的面积或体积上的力简化为作用在一个点上。例如，手推车时，力是分布在与手相接触的面积上，但当接触面积很小推车时，力是分布在与手相接触的面积上，但当接触面积很小时，可把它看作集中作用于一点；又如重力分布在物体的整个时，可把它看作集中作用于一点；又如重力分布在物

11、体的整个体积上，在研究物体的外效应时，也可将它看作集中作用于物体积上，在研究物体的外效应时，也可将它看作集中作用于物体的重心。这种集中作用于一点的力，称为集中力。这个点称体的重心。这种集中作用于一点的力，称为集中力。这个点称为力的作用点。为力的作用点。力的三要素表明力的三要素表明力是一矢量力是一矢量。它可用一有向线段来表示，。它可用一有向线段来表示，如图如图1.11.1所示。线段的长度按一定比例尺表示力的大小；线段的所示。线段的长度按一定比例尺表示力的大小；线段的方位角和箭头的指向表示力的方向；线段的起点或终点表示力方位角和箭头的指向表示力的方向；线段的起点或终点表示力的作用点。通过力的作用点

12、，沿力的方向画出的直线，称为力的作用点。通过力的作用点，沿力的方向画出的直线，称为力的作用线。本书中用的作用线。本书中用黑斜体字母黑斜体字母表示矢量，如力表示力矢量；表示矢量，如力表示力矢量；而用而用普通字母普通字母表示这个矢量的大小。表示这个矢量的大小。力是一矢量力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。，用数学上的矢量记号来表示，如图。F F24一、二力平衡公理一、二力平衡公理 作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要条件是这两个力大小相等、方向相反、作用线条件是这两个力大小相等、方向相反、作用线在一条直线上。在一条直线上。二力杆静力学基本公理静力学基本公

13、理 在两力作用下处于平衡的刚体称为二力体，如果刚体是一在两力作用下处于平衡的刚体称为二力体，如果刚体是一个杆件，则称为个杆件，则称为二力杆二力杆。25推论推论 (力在刚体上的可传性力在刚体上的可传性)作用于刚体上某点的力，可沿其作用线移动作用于刚体上某点的力，可沿其作用线移动到刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作用到刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作用效应。效应。=F FA AF F2 2F F1 1F FA AB BF F1 1A AB B二、加减平衡力系公理二、加减平衡力系公理 在作用于刚体上的已知力系上，加上或减在作用于刚体上的已知力系上，加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系

14、对刚体去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。的作用效应。26A A 作用于物体上同一点的两个力可合成为作用于同作用于物体上同一点的两个力可合成为作用于同一点的一个合力。合力的大小与方向由原两力为一点的一个合力。合力的大小与方向由原两力为邻边而作出的平行四边形的对角线来确定。邻边而作出的平行四边形的对角线来确定。F F1 1F F2 2R R矢量表达式：R=FR=F1 1+F+F2 2即，合力为原两力的矢量和。三、力的平行四边形法则三、力的平行四边形法则推论：力的三角形法则推论：力的三角形法则27四、三力平衡汇交定理四、三力平衡汇交定理一刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三一刚体受

15、不平行的三力作用而平衡时，此三力的作用线必共面且汇交于一点力的作用线必共面且汇交于一点。此定理说明了不平行的三个力平衡的必要条件，当两个力此定理说明了不平行的三个力平衡的必要条件，当两个力的作用线相交时，可用来确定第三个力作用线的方位的作用线相交时，可用来确定第三个力作用线的方位。28五、作用力和反作用力定律五、作用力和反作用力定律两个物体间的相互作用的一对力，总是大小相等，两个物体间的相互作用的一对力，总是大小相等，方向相反，作用线相同，并分别而且同时作用于这方向相反，作用线相同，并分别而且同时作用于这两个物体上。两个物体上。GN对物体由力的平衡有对物体由力的平衡有:作用力与反作用力定理：作

16、用力与反作用力定理：/NN GN 则有物对地的压力：则有物对地的压力：GN/N/作用力反作用力与平衡力的区别作用力反作用力与平衡力的区别作用力与反作用力作用力与反作用力平衡力平衡力 大小相等，方向相反，作用在同一直线上大小相等，方向相反，作用在同一直线上两个不同物体两个不同物体同一物体同一物体同种性质的力同种性质的力不一定是同种性不一定是同种性质的力质的力同时产生、同时同时产生、同时消失、同时变化消失、同时变化一个力变化时另一一个力变化时另一个力不一定变化个力不一定变化不能抵消不能抵消(不能合成不能合成)抵消抵消(合力为零合力为零)共同点共同点不同点不同点受力物体受力物体力的性质力的性质同时性

17、同时性作用效果作用效果第二节第二节 工程中常见的约束与约束反力工程中常见的约束与约束反力一、约束与约束反力的概念一、约束与约束反力的概念 在空间中运动，位移不受限制的物体称为在空间中运动，位移不受限制的物体称为自自由体由体。对非自由体的某些位移起限制作用的周围物对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束体，简称体称为约束体，简称约束约束。约束是阻碍物体运动的物体，这种阻碍作用约束是阻碍物体运动的物体，这种阻碍作用就是力的作用。就是力的作用。阻碍物体运动的力称为阻碍物体运动的力称为约束反力约束反力，简称，简称反力。反力。所以，约束反力的方向必与该约束所能阻碍所以，约束反力的方向必与该约束所

18、能阻碍物体运动的方向相反。由此可以确定约束反力的物体运动的方向相反。由此可以确定约束反力的方向或作用线的位置。方向或作用线的位置。物体受力一般可以分为两类：一类是使物物体受力一般可以分为两类：一类是使物体运动或使物体有运动趋势的力，称体运动或使物体有运动趋势的力，称为主动力为主动力。如重力、水压力、土压力、风压力等。在工程如重力、水压力、土压力、风压力等。在工程中通常称主动力为中通常称主动力为荷载荷载。另一类是约束对于物。另一类是约束对于物体的约束反力，也称体的约束反力，也称被动力被动力。一般主动力是已。一般主动力是已知的，而约束反力是未知的。知的，而约束反力是未知的。WWFTWWFNFT试指

19、出下面物体的受力图中的试指出下面物体的受力图中的主动力主动力和和约束反力约束反力二、几种常见的约束及其反力二、几种常见的约束及其反力 1.1.柔体约束柔体约束 柔软的绳索、链条、皮带等用于阻碍物体的柔软的绳索、链条、皮带等用于阻碍物体的运动时，都称为运动时，都称为柔体约束柔体约束。柔体约束对物体的约束反力是通过接触点，柔体约束对物体的约束反力是通过接触点，沿柔体中心线且背离物体的拉力，常用沿柔体中心线且背离物体的拉力，常用F FT T表示。表示。前页受力图中的前页受力图中的F FT T即为柔体约束。即为柔体约束。柔索只能受拉力，又柔索只能受拉力，又称张力。柔索对物体称张力。柔索对物体的约束力沿

20、着柔索背的约束力沿着柔索背向被约束物体。向被约束物体。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。为拉力。2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束 物体与其它物体接触，当接触面光滑，摩擦物体与其它物体接触，当接触面光滑，摩擦力很小可以忽略不计时，就是力很小可以忽略不计时，就是光滑接触面约束光滑接触面约束。光滑接触面约束对物体的约束反力，是作用光滑接触面约束对物体的约束反力，是作用于接触点处，沿接触面的公法线，并指向被约束于接触点处，沿接触面的公法线，并指向被约束物体，常用物体，常用F FN N表示。表示。前页受力图中的前页受力图中的F FN N即为光滑接触面约束。即

21、为光滑接触面约束。2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束3.3.圆柱铰链约束圆柱铰链约束 圆柱铰链简称圆柱铰链简称铰链铰链。是由一个圆柱形销钉。是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成，并且认为销钉和插入两个物体的圆孔中构成，并且认为销钉和圆孔的表面都是光滑的。圆孔的表面都是光滑的。ABC 圆柱铰链的约束反力可用一个大小与方向圆柱铰链的约束反力可用一个大小与方向均未知的力表示，均未知的力表示，ACBCBFCFCxCBFCy 也可用两个相互垂直的未知也可用两个相互垂直的未知分力来表示，如图所示。分力来表示，如图所示。圆柱铰链的约束反力是垂直于销钉轴线并圆柱铰链的约束反力是垂直于销钉轴线并通过销钉

22、中心，而方向不定。通过销钉中心，而方向不定。两端用铰链与物体分别连接且中间不受其它力的直两端用铰链与物体分别连接且中间不受其它力的直杆称为杆称为链杆约束链杆约束。链杆又称链杆又称二力杆二力杆。二力杆的约束反力必沿着二力杆两端铰链的连线，二力杆的约束反力必沿着二力杆两端铰链的连线，但指向不定。但指向不定。4.4.链杆约束链杆约束链杆约束链杆约束ACBAB 4.4.链杆约束链杆约束CABABFAFB受力图正确吗受力图正确吗?二力杆约束二力杆约束CABAB约束和约束反力约束和约束反力二力杆约束二力杆约束CBDAAB双铰链刚杆约束 三、支座及支座反力三、支座及支座反力 工程中将结构或构件支承在基础或另

23、一静工程中将结构或构件支承在基础或另一静止构件上的装置称为止构件上的装置称为支座支座。支座也是约束。支。支座也是约束。支座对它所支承的构件的约束反力也称座对它所支承的构件的约束反力也称支座反力支座反力。建筑工程中常见的三种支座：建筑工程中常见的三种支座：固定铰支座固定铰支座（铰链支座）、（铰链支座）、可动铰支座可动铰支座和和固定端支座固定端支座。1.1.固定铰支座（铰链支座）固定铰支座（铰链支座）用圆柱铰链把结构或构件与支座底板连接，并将用圆柱铰链把结构或构件与支座底板连接，并将底板固定在支承物上构成的支座称为底板固定在支承物上构成的支座称为固定铰支座固定铰支座。AFAxFAyFA约束力：与圆

24、柱铰链相同约束力：与圆柱铰链相同 2.2.可动铰支座可动铰支座 在固定铰支座下面加几个辊轴支承于平面在固定铰支座下面加几个辊轴支承于平面上，就构成上，就构成可动铰支座可动铰支座。BFB约束力：构件受到光滑面的约束力。约束力：构件受到光滑面的约束力。3.3.固定端支座固定端支座 把构件和支承物完全连接为一整体，构件在固定端既把构件和支承物完全连接为一整体，构件在固定端既不能沿任意方向移动，也不能转动的支座称为不能沿任意方向移动，也不能转动的支座称为固定端固定端支座支座。AFAxFAyMA平面固定支座平面固定支座1 既能阻止杆端在该平面内的任何既能阻止杆端在该平面内的任何移动，也能阻止杆端转动，移

25、动，也能阻止杆端转动，其约束力必为一个方向未定的其约束力必为一个方向未定的力和一个力偶。力和一个力偶。2 平面固定支座的约束力表示，平面固定支座的约束力表示，其中其中力的指向力的指向及及力偶的转向力偶的转向都是假设的都是假设的.第三节第三节 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图 在进行力学计算时，首先要分析物体受了在进行力学计算时，首先要分析物体受了哪几个力，每个力的作用位置和方向如何，哪哪几个力，每个力的作用位置和方向如何，哪些是已知力哪些是未知力，这个分析过程称为些是已知力哪些是未知力，这个分析过程称为物体的受力分析物体的受力分析。为了更清晰地表示物体的受力情况，需把为了更清晰地表

26、示物体的受力情况，需把研究的物体从周围物体上脱离出来，单独画出研究的物体从周围物体上脱离出来，单独画出它的简图，被脱离出来的研究对象称为它的简图，被脱离出来的研究对象称为脱离体脱离体。物体的受力分析是建筑力学的基础物体的受力分析是建筑力学的基础 基本概念基本概念 静力学公理静力学公理 常见约束常见约束 物体的受力分析物体的受力分析画物体的受力图也是学习建筑力学的关键画物体的受力图也是学习建筑力学的关键一、单个物体的受力图一、单个物体的受力图 画单个物体的受力图：画单个物体的受力图：首先要明确首先要明确研究对象研究对象，并把该物体从周，并把该物体从周围环境中脱离出来；围环境中脱离出来；再把已知再

27、把已知主动力主动力画在简图上；画在简图上；最后根据实际情况，分别在解除约束处最后根据实际情况，分别在解除约束处画上相应的画上相应的约束反力约束反力。必须强调必须强调，约束反力一定要与约束的类型，约束反力一定要与约束的类型相对应。相对应。例例1-11-1 重量为重量为FW的圆球，用绳索挂于光滑墙上，的圆球，用绳索挂于光滑墙上，如图所示。试画出圆球的受力图。如图所示。试画出圆球的受力图。FTAFNBWWOO切记切记：约束反力一定要与约束的类型相对应：约束反力一定要与约束的类型相对应例例1-21-2 梁梁AB上作用有已知力上作用有已知力F，梁的自重不计，梁的自重不计，A端为固定铰支座，端为固定铰支座，B端为可动铰支座，如图所端为可动铰支座，如图所示。试画出梁示。试画出梁AB的受力图。的受力图。FFFFAxFAyFAOFBFBAB例例1-31-3 一水平梁一水平梁AB受已知力受已知力F作用，作用，A端是固端是固定端支座，梁定端支座，梁AB的自重不计，如图所示。试画的自重不计，如图所示。试画出梁出梁AB的受力图的受力图。F45ABABF45FAxFAyMA