土木工程的力學概念.ppt

第12章,土木工程中的 力學基本概念,12.1,荷 載,土木工程要解決的第二個問題是工程結構要有能抵御自然或人為的作用力的能力，因此，了解作用在結構上的荷載有那些，其性質(zhì)如何非常重要。,作用在工程結構上的恒載類型主要有：,1.恒載：,指持久存在著的力,荷載：作用在結構上的力,3.1 荷載,一般情況恒載由構件的具體尺寸和材料的重度計算,3.1 荷載,2.活載,可移動的外加力,作用在工程結構上的活載類型主要有：,靜載：荷載作用不變或作用變化緩慢。,動載：荷載作用急劇、快速變化。如撞擊力、落重等。,注意：動載對房屋的作用效應比它們作為靜載的絕對值要大。,3.靜載、動載、周期和風載,當風施加于房屋的作用力在比房屋周期短的時間內(nèi)消失,周期和風載：,風載可分為動載、靜載。,反之，若風的作用在比房屋周期長的時間內(nèi)消失，就是靜載。,高層建筑房屋周期長，低層房屋周期短。,影響風載的因素：,因地區(qū)而異（沿海、內(nèi)陸）； 同一地區(qū)因時間而異； 因房屋高度而異。,北京郊區(qū)某5m高單層房屋迎風面風載,同處一幢18層高層建筑,4.地震、震級、烈度、地震荷載,地震：以地面發(fā)生不同強烈程度的振動為特征的一種物理現(xiàn)象,震源,震中,震中距,震級：表示地震的強度，用釋放出來的能量大小衡量。,國際上通用的是Richter震級。,標準地震儀測得的最大水平位移幅值（m）,一次里氏 5級地震所釋放的能量為：,相當于2萬tT.N.T.炸藥，每增加一級，釋放的能量增加31.5倍,地震烈度,地震在某一個具體地區(qū)引起的振動強度。與震級是兩個不同的概念。震中區(qū)烈度最大。根據(jù)震時人、地、物主要宏觀標志劃分為12度。,地震荷載：,地震對土木工程的作用力。地震引起的地面運動會使房屋在豎向或水平方向產(chǎn)生加速度反應，其加速度反應值與土木工程本身質(zhì)量的乘積，就形成地震對房屋的作用力。,約束,5.由溫差和地基不均勻沉降引起的內(nèi)力,溫差的影響,如一根長20米的鋼梁,晝夜溫差、季節(jié)性溫差，每時每刻都在改變著形狀和尺寸，當這種改變受到約束時，就會使房屋結構受到內(nèi)力效應。,內(nèi)外柱相差幾十毫米,外柱,現(xiàn)代高層房屋必須考慮這種溫差內(nèi)力效應。,由地基不均勻沉降引起的內(nèi)力效應,6.其他荷載 如結構安裝、焊接、振動、撞擊、爆炸等作用力。,荷載在結構上產(chǎn)生的內(nèi)力（彎矩、扭矩、剪力、壓力和拉力等）和變形（撓度、扭轉(zhuǎn)、彎曲、拉伸、壓縮和裂縫等）成為荷載效應。,能使土木工程結構產(chǎn)生效應（結構或構件的內(nèi)力、應力、位移、應變和裂縫等）的各種原因的總稱，成為結構上的荷載。,集中荷載,均勻分布荷載,三角形分布荷載,12.,應力、應變和彈性,作用于單位面積上的內(nèi)力強度稱之為應力：,一、應力,拉力,壓力,彎矩,剪力,扭力,二、應變,單位長度的變化量,當有力作用一物體時，物體有變形。當這個力移去后，物體又恢復原來的形狀。物體所具有的這種特性，稱之為彈性。,三、彈性,？,材料在彈性狀態(tài)荷載與變形成正比,當結構材料荷載承受更大荷載時，移去荷載，有殘余變形，變形不能恢復原狀。,四、塑性,承受荷載較小時處于彈性狀態(tài)； 較大時處于塑性狀態(tài)； 超過極限應力時處于破壞失效狀態(tài)。,不同的結構材料彈、塑性是不同的。有塑性的材料稱為塑性材料，如鋼材、混凝土等，這類材料一旦出現(xiàn)塑性有發(fā)生破壞的預兆；反之稱為脆性材料如石材、玻璃等。,12. 3,結構的失效,1、作用效應、抵抗能力和基本功能,1）作用效應：房屋結構因承受著各種作用力而產(chǎn)生的拉伸、壓縮、彎曲和剪切變形。,外荷載施加在房屋結構的作用效應通常用S 表示 結構的抗力通常用R 表示,2）抵抗能力：指由材料、截面及其連接方式所構成的抗拉能力、抗壓能力、抗彎能力、抗剪等能力，以及結構所能經(jīng)受的變形、位移或沉降量。,3）結構設計應遵循的原則,2、建筑結構要滿足的基本功能,能承受正常施工和使用時可能出現(xiàn)的各種作用力（例如拉力、壓力、彎矩、剪力等）； 在正常使用時具有良好的工作性能（如不發(fā)生過大的側(cè)向位移，不使人感到晃動）； 在正常維護下具有足夠的耐久性能（如有抵抗酸類、鹽類等物質(zhì)的侵蝕能力）； 在偶然事件發(fā)生時能保持必需的穩(wěn)定性（如有很好的抗地震的能力）；,3、結構的失效,當結構或從屬于它的構件不能滿足上述基本功能要求即,房屋結構失去效能，即失效或稱破壞。其表現(xiàn)形式： 破壞 - 如拉斷、壓碎等。 失穩(wěn) - 如柱子壓屈等。