靜力學(xué)基本知識(shí)建筑力學(xué)與建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)課件

1、建筑力學(xué)與建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)課件 第一章 靜力學(xué)基本知識(shí) 第二章 靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算 第三章 桿件的強(qiáng)度與壓桿穩(wěn)定 第四章 靜定結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算與剛度條件 第五章 超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 第一篇 建筑力學(xué)第一章 靜力學(xué)基本知識(shí) 教學(xué)內(nèi)容：靜力學(xué)基本公理 荷載及其分類 約束與約束反力 受力分析和受力圖 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 力矩與力偶 平面力系的合成與平衡方程 平面力系平衡方程的初步應(yīng)用 基本要求：理解靜力學(xué)公理；了解荷載的分類；掌握各種約束及約束反力的特點(diǎn)及其表示方法，能夠正確地畫出受力圖；了解結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的選取原則及簡化要點(diǎn)；理解力矩、力偶的概念及力偶的性質(zhì)，掌握力矩和力偶矩的計(jì)算；掌握平面力系的合成和平衡條件

2、，并能熟練應(yīng)用平衡條件計(jì)算常見結(jié)構(gòu)的約束反力。 力：物體間相互的機(jī)械作用。力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。力是矢量。第一節(jié) 靜力學(xué)基本定理剛體：受力后不產(chǎn)生變形（大小、形狀）的物體。 力系：作用在物體上的一群力。等效力系：若兩個(gè)力系對同一物體的效應(yīng)相同，則稱這兩個(gè) 力系互為等效力系。平衡力系：使物體處于平衡件狀態(tài)的力系?；靖拍睿憾?、力的平形四邊形法則 矢量表達(dá)式 第一節(jié) 靜力學(xué)基本定理 作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力。合力的作用點(diǎn)也在該點(diǎn)，合力的大小和方向，由這兩個(gè)力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定。AF1F2RAF1F2R力的平行四邊形法則力的三角形法則三、加減平衡力系公理

3、 在作用于剛體的任意力系上,如再加上或減去任意一個(gè)平衡力系,將不改變原力系對剛體的作用效果。第一節(jié) 靜力學(xué)基本定理作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變該力對剛體的作用。推理1 力的可傳性作用在剛體上的力是滑動(dòng)矢量，力的三要素為大小、方向和作用線。AFABFF1F2ABF1四、 作用與反作用定律 兩物體間的相互作用力，大小相等，方向相反，作用線沿同一直線，分別作用在兩個(gè)相互作用的物體上。 第一節(jié) 靜力學(xué)基本定理AAA荷載：作用上結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)力。主動(dòng)力：使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢的力。（1）永久荷載（恒載）一、荷載的分類.按作用在結(jié)構(gòu)上的時(shí)間長短分類第二節(jié) 荷

4、載及其分類（2）可變荷載（活荷載）（3）偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或變化與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載。在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化且變化值與平均值相比不可以忽略的荷載。在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，但一出現(xiàn)其值很大且持續(xù)時(shí)間較短的荷載。.按作用在結(jié)構(gòu)上的荷載性質(zhì)分類（1）靜力荷載第二節(jié) 荷載及其分類（2）動(dòng)力荷載荷載是從零增至最后數(shù)值后，其大小、位置和方向就不再隨時(shí)間而變化的荷載。 荷載的大小、位置和方向隨時(shí)間而迅速變化的荷載。 .按作用在結(jié)構(gòu)上荷載分布狀況分類（2）分布荷載：指滿布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載。第二節(jié) 荷載及其分類（1）體荷載：指分布在結(jié)構(gòu)整個(gè)體積內(nèi)連續(xù)作用的荷載。

5、 1）均布面荷載 2）均布線荷載 3）三角形分布荷載（3）集中荷載：作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，當(dāng)分布面積遠(yuǎn)小于 結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，則可以認(rèn)為此荷載是作用在 結(jié)構(gòu)某一點(diǎn)上的集中荷載。 根據(jù)“作用”的形式不同，可分為兩類：二、結(jié)構(gòu)上的間接作用結(jié)構(gòu)上的作用是指能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)的各種原因的總稱。第二節(jié) 荷載及其分類間接作用：溫度變化、支座沉陷、材料收縮、地面運(yùn)動(dòng)等 非荷載因素的作用，也能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力、應(yīng) 力、變形等效應(yīng)。 直接作用：直接作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，它能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 內(nèi)力、應(yīng)力、變形等效應(yīng)。民用房屋樓面均布活載標(biāo)準(zhǔn)值：住宅、辦公樓 1.5kN/m2教室、實(shí)驗(yàn)室 2.0 kN/m2商店 3.5 kN/m2藏書

6、庫、檔案庫 5.0 kN/m2工業(yè)建筑樓面無設(shè)備操作荷載可按2.0kN/ m2采用。三、荷載的標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值.荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 荷載的基本代表值，為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計(jì)分布的特征值。(例如均值、眾值、中值或某個(gè)分位值)。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：可按構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸與材料單位體積的容重 確定（容重可查規(guī)范）?？勺兒奢d標(biāo)準(zhǔn)值：應(yīng)按規(guī)范規(guī)定采用。第二節(jié) 荷載及其分類一、約束與約束反力的概念.自由體：位移不受限制的物體。第三節(jié) 約束與約束反力3.約束:.約束反力:2.非自由體：位移受限制的物體。阻礙物體運(yùn)動(dòng)的限制物。約束對被約束物體的作用力。 約束反力的方向總是與約束所能阻止物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。第三節(jié) 約束與約束

7、反力. 柔索約束二、常見約束類型及其反力由柔軟的繩索、膠帶或鏈條等構(gòu)成的約束。柔體約束的約束反力：沿繩索中心線，指向離開物體，為拉力。T2.光滑接觸表面約束光滑接觸表面的約束反力:通過接觸點(diǎn)，沿接觸面在該點(diǎn)的公法線方向，指向被約束物體，為壓力。第三節(jié) 約束與約束反力NA公切線公法線A第三節(jié) 約束與約束反力工程實(shí)例3.圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈約束的約束反力:通過銷釘中心，在垂直銷釘軸線的平面內(nèi)，方向待定。第三節(jié) 約束與約束反力第三節(jié) 約束與約束反力簡化表示約束力表示YAXAFA第三節(jié) 約束與約束反力工程實(shí)例4.固定鉸支座 第三節(jié) 約束與約束反力通過銷釘中心，在垂直銷釘軸線的平面內(nèi)，方向待定。固定鉸支

8、座的約束反力：簡化表示約束反力表示XAYAAARA5.可動(dòng)鉸鏈支座可動(dòng)鉸支座的約束反力：通過銷釘中心，垂直于支承面。第三節(jié) 約束與約束反力約束反力表示RAA簡化表示第三節(jié) 約束與約束反力工程實(shí)例第三節(jié) 約束與約束反力工程實(shí)例7.固定端約束細(xì)石混凝土填充第三節(jié) 約束與約束反力 作用在固定端的一個(gè)力(或兩個(gè)分力），和一個(gè)力偶，方向待定。A簡化表示固定端約束的約束反力：約束反力表示RXY第三節(jié) 約束與約束反力工程實(shí)例1. 研究對象所確定的被研究的物體，并把它與周圍的物體分離開，即為隔離體。 2. 受力圖在隔離體上畫出全部主動(dòng)力與約束反力后的簡圖。3. 受力分析確定研究對象，畫出研究對象上受到的全部主

9、動(dòng)力與約束反力的過程稱為受力分析。4畫受力圖的步驟：（1）取分離體（隔離體、脫離體）（2）畫出主動(dòng)力（3）畫出約束反力第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖一、受力分析和受力圖第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖例1-1 畫出圖示簡支梁的受力圖。FABABF解（1）取AB梁為研究對象（2）畫出主動(dòng)力（3）畫出約束反力YAXARA例1-2 簡易起重設(shè)備如圖（a）所示。A處為固定鉸支座，BC為鋼拉索。橫梁重W，吊重Q為已知，試畫橫梁AB與拉索BC及整體設(shè)備的受力圖。第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖解：(1)畫拉索BC的受力圖。(2)畫橫梁AB的受力圖。CB(3)畫整體設(shè)備的受力圖。第四節(jié)

10、受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖例1-3 畫出圖示三鉸拱與左、右兩構(gòu)件的受力圖。拱圈自重忽略不記。CFBAFCBAXBYBCACBRARCFXBYBRC整體BC部分AC部分RA二、結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖2.計(jì)算簡圖的選擇原則1）盡可能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力和變形性能，以保證 計(jì)算的精度。2）略去次要因素，保留主要因素，使計(jì)算簡圖便于計(jì)算。 1. 計(jì)算簡圖 在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，用以代替實(shí)際結(jié)構(gòu)，并反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)主要受力和變形特點(diǎn)的計(jì)算模型。3.計(jì)算簡圖的簡化要點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡化第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖2)桿件的簡化3)結(jié)點(diǎn)的簡化第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖

11、鉸結(jié)點(diǎn)：鋼筋混凝土梁柱結(jié)點(diǎn)第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖剛結(jié)點(diǎn)：桁架式組合吊車梁第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖組合結(jié)點(diǎn)：4)支座的簡化支座：結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或支承部分連接的裝置。第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖固定鉸支座：瀝青麻絲填充R（大小方向未知）XY可動(dòng)鉸支座：R第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖固定端支座：定向支座：XMYM細(xì)石混凝土填充XYM5)荷載的簡化體荷載面荷載分布荷載、集中力第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖例題：畫出圖示三角屋架的計(jì)算簡圖。第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖計(jì)算簡圖的分類1）梁式結(jié)構(gòu)第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖簡支梁外伸

12、梁懸臂梁多跨靜定梁連續(xù)梁第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例2）拱式結(jié)構(gòu)第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖三鉸拱兩鉸拱無鉸拱第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例3）桁架第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例4）剛架第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖簡支剛架懸臂剛架三鉸剛架（d）多層多跨剛架第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例6）排架第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖EA=EA=EA=等高排架EA=EA=不等高排架第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例6）組合結(jié)構(gòu)第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖

13、下?lián)问轿褰切挝菁芙卿撲摻罨炷恋谒墓?jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例第四節(jié) 受力分析和受力圖結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖工程實(shí)例一、力對點(diǎn)的矩與合力矩定理1力對點(diǎn)之矩（1）力對點(diǎn)之矩的概念力使物體繞某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)，稱為力對點(diǎn)之矩（力矩）。 第四節(jié) 力矩與力偶（2）力矩的計(jì)算 .Oh矩心力臂逆正順負(fù)+單位： N.m ，kN.mF用表示。（3）力矩的特性4）同一力對不同點(diǎn)的力矩不同。1）力矩的力沿作用線移動(dòng)時(shí)，力矩大小不變；2）力的大小為零或力的作用線通過矩心時(shí)力矩為零；3）如已知力矩和力F的大小，可確定矩心到力的作用線的垂直距離第四節(jié) 力矩與力偶.OhF例1-4 圖示液壓驅(qū)動(dòng)的挖土機(jī)挖斗，試分別求活塞

14、推力P及土重力Q對鉸O的力矩。第四節(jié) 力矩與力偶解：活塞推力P對鉸O的力矩為： 土重Q對鉸O的力矩為：2.合力矩定理 合力對平面上任一點(diǎn)之矩等于力系中各分力對同一點(diǎn)之矩的代數(shù)和。 FxFyd第四節(jié) 力矩與力偶例題：求圖中力F對A點(diǎn)的力矩，已矩F=10kN。3力矩的平衡OABF1F2ab 力矩的平衡條件是作用在物體同一平面內(nèi)的各力對支點(diǎn)的力矩代數(shù)和為零。 第四節(jié) 力矩與力偶例1-5 如圖所示，懸臂梁AB在自由端B點(diǎn)作用集中力F，力的作用線在yAx平面內(nèi)與x軸成= 60角，F(xiàn)=3kN，l=2m。試求力F對A點(diǎn)的力矩。第四節(jié) 力矩與力偶xyABFal解：根據(jù)利用合力矩定理 例1-6 鋼筋混凝土雨蓬如

15、圖所示。雨蓬梁和雨蓬板的長度為4m，懸挑長1m，雨蓬梁上砌體高3m，墻厚240mm，已知鋼筋混凝土單位體積重1=25kN/m3，磚砌體單位體積重2=19 kN/m3。試驗(yàn)算雨蓬的穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)需要考慮施工或檢修可變荷載P=1kN。第四節(jié) 力矩與力偶解：（1）荷載計(jì)算永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： 雨蓬板重 板取平均厚度=(70+50)/2 =60mm Q = 10.06425=6kN 雨蓬梁重 Q2 =0.240.35425=8.4 kN 墻砌體重 Q3=0.243419=54.72 kN 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：P=1kN，作用于板自由端邊緣處。 （2）傾覆力矩與穩(wěn)定力矩Mq=1.2 Q10.5+1.4 P1=1

16、.260.5+1.411=5kNm Mw=0.9(Q2 +Q3)0.24/2=0.9 (8.4+54.72)0.12=6.8 kNm （3）驗(yàn)算穩(wěn)定性 由上面計(jì)算可知Mw Mq，雨蓬的穩(wěn)定性是安全的。第四節(jié) 力矩與力偶1.力偶的概念第四節(jié) 力矩與力偶二、力偶的概念與平面力偶系力偶：等值、反向、不共線的一對平行力組成的力系。力偶作用面：力偶中二力所在平面。力偶臂：力偶矩：正負(fù)號(hào)規(guī)定：逆時(shí)針轉(zhuǎn)為正，順時(shí)針轉(zhuǎn)為負(fù)。單位：N.m，kN.mABABCd二力作用線之間的垂直距離。力 偶 實(shí) 例F1F2第四節(jié) 力矩與力偶2.力偶的性質(zhì)（1）力偶沒有合力，不能用一個(gè)力來代替，也不能與一個(gè) 力平衡，力偶只能與力

17、偶平衡； （2）力偶中兩力在任一軸上投影的代數(shù)和都等于零；第四節(jié) 力矩與力偶ABxqq（3）力偶對任意點(diǎn)之矩恒等于力偶矩，而與矩心位置無關(guān)； 第四節(jié) 力矩與力偶xdO（4）只要保持力偶矩不變，力偶可在作用面內(nèi)任意移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)改變原力偶對剛體的作用效果；第四節(jié) 力矩與力偶（5）只要保持力偶矩不變，可以相應(yīng)地改變組成力偶的力的大小和力偶臂長度，不會(huì)改變原力偶對剛體的作用效果。同平面內(nèi)力偶的等效定理： 在同一平面內(nèi)的兩個(gè)力偶，如果力偶矩相等，則兩力偶彼此等效。第四節(jié) 力矩與力偶3.平面力偶系的合成與平衡條件（1）平面力偶系的合成 力偶系:由兩個(gè)或兩個(gè)以上力偶組成的特殊力系。第四節(jié) 力矩與力偶平面

18、力偶系的合成結(jié)果為一合力偶，合力偶矩等于各已知力偶矩的代數(shù)和。（2）平面力偶系的平衡條件 平面力偶系平衡的充分和必要條件是：力偶系中各力偶的力矩代數(shù)和為零 。第四節(jié) 力矩與力偶第四節(jié) 力矩與力偶例1-7 圖示簡支梁，A端作用集中力偶mA =100kN.m，l=4m ，試求支座反力RA、 RB。ABmAlRARB解：取AB梁為研究對象，受力圖所圖所示。 方向如圖所示。例題1-8 如圖所示多軸鉆床在水平工作件上鉆孔，每個(gè)鉆頭的切削刀刃對工件的作用力形成力偶。已知切削力偶矩m1=m2=10 kNm ，m3=20 kNm。工件在A、B兩處用螺栓固定，求兩螺栓所受的水平力大小。 第四節(jié) 力矩與力偶解：取

19、工件為研究對象，受力圖所圖所示。 方向如圖所示。RARB平面匯交力系：F4第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程 各力作用線都在同一平面內(nèi)且匯交于一點(diǎn)的力系。一、力在直角坐標(biāo)軸上的投影正負(fù)號(hào)規(guī)定：從a到b 的指向與x軸正向相同時(shí)，投影X為正 值，相反時(shí)為負(fù)值。力在軸上的投影是個(gè)標(biāo)量。 OxyFABabXY第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程力的投影與分力的區(qū)別與聯(lián)系OxyFABabFxFyXY 第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程*力的分力是矢量，而力的投影是標(biāo)量；*投影無所謂作用點(diǎn)，而分力必須作用在原力的作用點(diǎn)。*若投影坐標(biāo)互相垂直，分力Fx、 Fy的大小與投影X、Y的絕對值相等。二、平面匯交力系合成與平

20、衡1平面匯交力系的合成F1F2F3F4RRR1R2F1F2F3F4共點(diǎn)力系力的平行四邊形法則 平面匯交力系可以合成為一合力，合力的作用線通過力系的匯交點(diǎn)，合力矢等于力系各力的矢量和。（1）幾何法第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程 由以上分析可知：合力矢是力多邊形的封閉邊，這種求合力的方法稱為力多邊形法則。F3F4F1F2RF1F2F3F4RRF1F2F3F4R1R2力的三角形法則力的多邊形法則變換力的順序F1F2F3F4RR1R2力的平行四邊形法則第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程（2）解析法RxRyR第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程2平面匯交力系的平衡條件（1）平衡的幾何條件 平面匯交力系平衡的

21、必要與充分條件是力多邊形自行封閉。 R O F1 F2 F3 Fn R0O F1 F2 F3 Fn 第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程（2）平衡的解析條件平面匯交力系平衡的必要與充分的解析條件是：各力在兩個(gè)坐標(biāo)軸上投影的代數(shù)和分別等于零。 平衡方程第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程平面一般力系力系：力系中各力的作用線在同一平面內(nèi)，且既不完全相交又不完全平行。三、平面一般力系簡化與其平衡方程第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程1.平面一般力系的簡化（）力的平移定理 作用在剛體上的力，可平行移動(dòng)到剛體上任意點(diǎn)，但必須同時(shí)附加一個(gè)力偶，這個(gè)附加力偶的矩等于原來的力對新作用點(diǎn)的矩.第六節(jié) 平面力系的合成與平衡

22、方程AOAdOOO（）平面一般力系的簡化 FnF2F1OF1/F2/Fn/m1m2mnMOR/第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程OOFnF2F1OF1/F2/Fn/M1M2MnMOR/解析法：OMO（3）平面任意力系的簡化結(jié)果分析 一個(gè)合力偶。簡化結(jié)果：主矩與簡化中心的位置無關(guān)。一個(gè)合力。簡化結(jié)果：合力作用線過簡化中心。第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程OMOR/OR/OR/零力系(平衡力系)還可以再簡化O/RR/dOO/Rd一個(gè)合力。簡化結(jié)果：合力作用線離簡化中心的距離第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程OMOR/（4）平面任意力系的合力矩定理 第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程OR/O/RR/dOMOR/合力對任一點(diǎn)力矩等于各分力對該點(diǎn)力矩的代數(shù)合。2.平面任意力系的平衡條件和平衡方程（1）平面任意力系的平衡條件充要條件：（2）平面任意力系的平衡方程1）基本式第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程2）二矩式第六節(jié) 平面力系的合成與平衡方程