建筑力學(xué)：靜力學(xué)的基本概念.ppt

1、第一章 靜力學(xué)的基本概念,2,3.力的單位： 國(guó)際單位制：牛頓(N) 千牛頓(kN),1-1 力和平衡的概念,一、力的概念,1定義：力是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用 使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀發(fā)生改變。,2. 力的效應(yīng)： 運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng)) 變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng))。,3,力的三要素大小，方向，作用點(diǎn),力是一矢量，用數(shù)學(xué)上的矢量記號(hào)來表示，如圖。,F,分布力 分布在結(jié)構(gòu)某一表面，通常用荷載集度度量 集中力 集中作用于結(jié)構(gòu)一點(diǎn),4,集 中 荷 載,汽車通過輪胎作用在橋面上的力,5,分 布 荷 載,橋面板作用在鋼梁的力,6,二、剛體和平衡的概念,剛體在力作用下不發(fā)生變形的物體。,平衡物體相對(duì)于地球保持靜止

2、或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。,三、力系、等效力系、平衡力系、平衡條件,7,一、二力平衡公理,作用于剛體上的兩個(gè)力平衡的充分與必要條件是這兩個(gè)力大小相等、方向相反、作用線在一條直線上。,二力體：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體叫二力體。,二力桿,1-2 靜力學(xué)基本公理,8,推論 (力在剛體上的可傳性),作用于剛體上某點(diǎn)的力，可沿其作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。,=,=,二、加減平衡力系公理,在作用于剛體上的已知力系上，加上或減去任意一個(gè)平衡力系，不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。,9,作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成為作用于同一點(diǎn)的一個(gè)合力。合力的大小與方向由原兩力為鄰邊而作出的

3、平行四邊形的對(duì)角線來確定。,F1,F2,R,矢量表達(dá)式：R= F1+F2,即，合力為原兩力的矢量和。,三、力的平行四邊形法則,推論：力的三角形法則,10,四、三力平衡匯交定理 一剛體受不平行的三力作用而平衡時(shí)，此三力的作用線必共面且匯交于一點(diǎn)。 此定理說明了不平行的三個(gè)力平衡的必要條件，當(dāng)兩個(gè)力的作用線相交時(shí)，可用來確定第三個(gè)力作用線的方位。,11,五、作用力和反作用力定律,兩個(gè)物體間的相互作用的一對(duì)力，總是大小相等，方向相反，作用線相同，并分別而且同時(shí)作用于這兩個(gè)物體上。,例 吊燈,12,阻礙物體運(yùn)動(dòng)的限制條件稱為約束。約束對(duì)該物體必然作用一定的力，這種力稱為約束反力。約束反力的方向總是與物

4、體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，它的作用點(diǎn)就是約束與被約束物體的接觸點(diǎn)。,1-3 約束與約束反力,一、約束與約束反力的概念,約束力（反力）,主動(dòng)力（荷載）,作用在物體上的力,13,大小常常是未知的； 方向總是與約束限制的物體的位移方向相反； 作用點(diǎn)在物體與約束相接觸的那一點(diǎn)。,約束反力特點(diǎn)：,G,14,繩索類只能受拉，所以它們的約束反力是作用在接觸點(diǎn)，方向沿繩索背離物體。,二、常見的幾種類型的約束,1、柔索約束,15,2、光滑接觸面約束,約束反力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，指向受力物體,16,3、光滑圓柱鉸鏈約束,N,17,4、鏈桿約束：,18,Ny,Nx,5、 固定鉸支座：,N,19,6、可

5、動(dòng)鉸支座：,N,N,20,7、固定端支座,21,畫受力圖的方法與步驟： 1、取隔離體（研究對(duì)象） 2、畫出研究對(duì)象所受的全部主動(dòng)力（使物體產(chǎn)生 運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力） 3、在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束 反力 4、區(qū)隔離體時(shí)的拋棄部分對(duì)分離體的力不能丟。,1-4 物體的受力分析與受力圖,22,畫出重物和AB桿的受力圖,例1,23,例2 重量為FW 的小球放置在光滑的斜面上，并用繩子拉住，畫出此球的受力圖。,【解】以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，解除小球的約束，畫出分離體，小球受重力(主動(dòng)力)FW，并畫出，同時(shí)小球受到繩子的約束反力（拉力）FTA和斜面的約束反力（支持力）FNB。,24,【解】取梁為研

6、究對(duì)象，解除約束，畫出分離體，畫主動(dòng)力F；A端為固定鉸支座，用水平和豎直的兩個(gè)未知力FAx和FAy表示；B端為移動(dòng)鉸支座，它的約束反力用FB表示，但指向可任意假設(shè)。,例3 水平梁AB受已知力F作用，A端為固定鉸支座，B端為移動(dòng)鉸支座，梁的自重不計(jì)，畫出梁AB的受力圖。,25,畫受力圖應(yīng)注意的問題,除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。,2、不要多畫力,要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的。,1、不要漏畫力,26,約

7、束反力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來畫，不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向來簡(jiǎn)單推想。在分析兩物體之間的作用力與反作用力時(shí)，要注意，作用力的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫錯(cuò)。,即受力圖一定要畫在隔離體上。,27,一個(gè)力，屬于外力還是內(nèi)力，因研究對(duì)象的不同，有可能不同。當(dāng)物體系統(tǒng)拆開來分析時(shí)，原系統(tǒng)的部分內(nèi)力，就成為新研究對(duì)象的外力。,對(duì)于某一處的約束反力的方向一旦設(shè)定，在整體、局部或單個(gè)物體的受力圖上要與之保持一致。,5、受力圖上只畫外力，不畫內(nèi)力。,6 、同一系統(tǒng)各研究對(duì)象的受力圖必須整體與局部一致，相互協(xié)調(diào)，不能相互矛盾。,7 、正確判斷二力構(gòu)件。,28,1-5

8、 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖及分類,計(jì)算簡(jiǎn)圖是實(shí)際結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型。,選用原則 要能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力特性； 同時(shí)又要便于分析和計(jì)算。,桿件及桿與桿之間的連接構(gòu)造的簡(jiǎn)化（節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化）,支座的簡(jiǎn)化,荷載的簡(jiǎn)化,29,結(jié)構(gòu)中桿件的交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn),結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖中的節(jié)點(diǎn)有：鉸節(jié)點(diǎn)、剛節(jié)點(diǎn)、組 合節(jié)點(diǎn)等三種。,30,組合結(jié)點(diǎn) 如果結(jié)點(diǎn)上的一些桿件用鉸鏈連接，另一些桿件剛性連接，這種結(jié)點(diǎn)稱為組合結(jié)點(diǎn)。,31,活動(dòng)鉸支座（滾軸支座）,建筑結(jié)構(gòu)的支座通常分為固定鉸支座，活動(dòng)鉸支座，固定(端)支座和定向支座四類。,32,固定鉸支座,33,固定支座,平面結(jié)構(gòu)的支座及反力,34,定向支座：將桿件用兩根相鄰的等長(zhǎng)、平行鏈桿與地面

9、相連接的支座。,M,FN,定向支座,35,荷載 狹義荷載： 力 廣義荷載：能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力或變形的原因 溫度變化、支座沉陷、制造誤差、材料收縮、 松弛、徐變、初應(yīng)力、初應(yīng)變等,36,根據(jù)荷載作用的性質(zhì) 靜力荷載：大小、方向、位置不隨時(shí)間變化或變化 使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度很小，慣性力的影 響可忽略,動(dòng)力荷載：隨時(shí)間迅速變化，短時(shí)間內(nèi)突然作用或消失,根據(jù)荷載作用的時(shí)間 恒載 指長(zhǎng)期作用在結(jié)構(gòu)上的不變荷載 活載 在建筑施工和使用期間可能存在的可變荷載,根據(jù)荷載的分布情況 分布荷載 滿布在結(jié)構(gòu)某一表面荷載 集中荷載 集中作用與結(jié)構(gòu)一點(diǎn)的荷載,37,線分布荷載 沿直線或曲線分布的荷載（單位：KN/m）； 面分布荷載 沿平面或曲面分布的荷載（單位：KN/m2）； 體分布荷載 沿物體內(nèi)各點(diǎn)分布的荷載（單位：KN/m3）。,分布荷載 的合力計(jì)算 分布荷載的合力作用在分布區(qū)域的中心，指向不變，其大小等于分布集度 的大小q乘以分布范圍。