靜力學(xué)基本知識PPT

1、關(guān)于靜力學(xué)基本知識第一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 力學(xué)基本概念一、力的概念 力是物體間相互的機械作用，這種相互作用會使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化（外效應(yīng)）或使物體發(fā)生變形（內(nèi)效應(yīng)）。 實踐證明：力對物體的作用效果取決于力的三要素。第二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 力的大小 力是有大小的。力的大小表明物體間相互作用的強弱程度。 2. 力的方向 力不但有大小，而且還有方向。在不改變力的大小而只改變力的方向時，會產(chǎn)生不同的作用效果。3. 力的作用點 力的作用點表示兩物體間相互作用的位置。力的作用位置實際上有一定的范圍，當(dāng)作用范圍與物體相比很小時，可以近似地看作是一

2、個點。第三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月力是一矢量，用數(shù)學(xué)上的矢量記號來表示，如圖。F第四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、常見荷載的分類 在建筑力學(xué)中，我們把作用在物體上的力一般分為兩種： 一種是使物體運動或有運動趨勢的主動力；第二種是阻礙物體運動的約束力。所謂約束，就是能夠限制某構(gòu)件運動。約束作用于被約束構(gòu)件上的力就是約束力。 通常把作用在結(jié)構(gòu)上的主動力稱為荷載，而把約束力稱為反力，荷載與反力是相互對立又相互依存的一個矛盾的兩個方面。它們都是其他物體作用在結(jié)構(gòu)上的力，所以統(tǒng)稱為外力。在外力作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的力稱為內(nèi)力。 第五張，PPT共六十二頁，

3、創(chuàng)作于2022年6月按作用時間分按作用范圍分按作用性質(zhì)分 荷載的分類第六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按作用時間分1、恒載 恒載是作用在結(jié)構(gòu)上的不變荷載，即在結(jié)構(gòu)建成后，其大小和位置都不再發(fā)生變化的荷載。例如，構(gòu)件的自重和土壓力等。構(gòu)件的自重可根據(jù)構(gòu)件尺寸和材料的密度進行計算。第七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按作用時間分2、活載 活荷載是指在施工和建成后試用期間可能作用在結(jié)構(gòu)上的可變荷載，即是有時存在有時不存在，它們的作用位置和范圍可能是固定的（如風(fēng)荷載、雪荷載、會議室的人群重力等），也可能是移動的（如吊車荷載、橋梁上行駛的車輛等）。 有規(guī)范詳細規(guī)定，活荷載以每平米面

4、積上的荷載來表示，如民用建筑的樓面活載規(guī)定為：2000N/m2第八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按作用范圍分1、分布荷載 分布荷載是指滿布在結(jié)構(gòu)某一表面上的荷載，又可分為均布荷載和非均布荷載。均布荷載：如梁的自重荷載連續(xù)作用，大小各處相同，自重荷載以每米長度重力表示，N/m或KN/m，又稱線均布荷載。板的自重荷載也是均勻分布，但它是以每平米面積重力來表示的，N/m2 ,KN/m2非均布荷載：荷載的連續(xù)作用，但大小各處不相同。如一水池的壁板受到的水壓力作用。 分布荷載按作用形式可分為：線分布力、面分布力、體分布力第九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按作用范圍分2、集中荷載

5、是指作用在結(jié)構(gòu)上的荷載一般總是分布在一定的面積上，當(dāng)分布面積遠小于結(jié)構(gòu)尺寸時。則可以認為此荷載是作用在結(jié)構(gòu)的一點上，稱為集中荷載。如吊車的輪子對吊車輛的壓力、屋架傳給柱子或墻壓力，單位用N或KN來表示。二、第十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月按作用性質(zhì)分1、靜荷載 荷載從零慢慢增加到最后的確定值后，其大小、位置和方向就不再隨時間而變化，這樣的荷載稱為靜荷載，如結(jié)構(gòu)的自重、一般的活荷載等。2、動荷載 是指荷載的大小、位置、方向隨時間的變化而迅速變化，稱為動荷載。如動力機械產(chǎn)生的荷載、地震力等第十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、力系的分類 靜力學(xué)是研究力系的合成和平衡問題

6、。力系有各種不同的類型，它們的合成（簡化）結(jié)果和平衡條件也不同。按力系中各力作用線的分布情況進行分類，可分為空間力系和平面力系兩大類。凡各力的作用線都在同一平面內(nèi)的力系稱為平面力系；凡各力的作用線不在同一平面內(nèi)的力系，稱為空間力系。第十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 在平面力系中，又可分為平面匯交力系、平面平行力系、平面一般力系三種。各力作用線匯交于一點的力系，稱為平面匯交力系；各力作用線相互平行的力系，稱為平面平行力系；各力作用線任意分布的力系，稱為平面一般力系。第十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 靜力學(xué)公理 靜力學(xué)公理：人們在長期生活和生產(chǎn)活動中通過反復(fù)觀

7、察、實驗和總結(jié)，得出了關(guān)于靜力的最基本的客觀規(guī)律，這些客觀規(guī)律就是靜力學(xué)公理 公理1 力的平行四邊形公理 其實質(zhì)為“矢量相加” （見右圖）F2F1FR這里的FR是F1 、 F2的合力第十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月F2F1FRF4F3FRoxyFyFx 運用這個公理可以將兩個共點的力合成為一個力；同樣，一個已知力也可以分解為兩個力。但需注意，一個已知力分解為兩個分力可有無數(shù)個解。第十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月公理2 二力平衡公理 作用在同一剛體上的兩個力，使剛體處于平衡的必要和充分條件是：這兩個力大小相等，方向相反，且在同一直線上。BAF2F1BAF1F2第十

8、六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月公理3 加減平衡力系公理 在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。推論1 力的可傳性原理 作用在剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移動到剛體內(nèi)任意一點，而不改變該力對剛體的作用效果。第十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月推論2 三力平衡匯交定理 作用于同一剛體上共面而不平行的三個力使剛體平衡時，則這三個力的作用線必匯交于一點。 證明：F1F2F3FRACBO第十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 利用三力平衡匯交定理，可確定物體在共面但不平行的三個力作用下平衡時，某一個未知力的方向。公理4 作用與反作

9、用公理 兩物體間的作用力與反作用力，總是大小相等、方向相反，沿同一直線并分別作用于兩個物體上。 這個公理概括了兩個物體間相互作用的關(guān)系。 必須注意：不能把作用力與反作用力公理與二力平衡公理相混淆。雖然作用力與反作用力大小相等、方向相反、沿同一直線，但分別作用于兩個物體上。第十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月公理五(剛化公理) 設(shè)變形體在已知力系作用下維持平衡狀態(tài)，則如將這個已變形但平衡的物體變成剛體（剛化），其平衡不受影響。公理5告訴我們：處于平衡狀態(tài)的變形體，可用剛體靜力學(xué)的平衡理論。第二十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 反之不一定成立，因?qū)傮w平衡的充分必要條件，對

10、變形體是必要的但非充分的。剛體（受壓平衡） 柔性體（受壓不能平衡）第二十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月課后作業(yè) ：1-1 平衡的概念是什么？試舉出一、兩個物體 處于平衡狀態(tài)的例子。1-2 力的概念是什么？舉例說明改變力的三要素中任一要素都會影響力的作用效果。 1-3 二力平衡公理和作用與反作用公理的區(qū)別是什么？第二十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 工程中常見的約束與約束反力一、約束與約束反力的概念 在空間中運動，位移不受限制的物體稱為自由體。 對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體稱為約束體，簡稱約束。 約束是阻礙物體運動的物體，這種阻礙作用就是力的作用。

11、阻礙物體運動的力稱為約束反力，簡稱反力。 第二十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 所以，約束反力的方向必與該約束所能阻礙物體運動的方向相反。由此可以確定約束反力的方向或作用線的位置。 物體受力一般可以分為兩類：一類是使物體運動或使物體有運動趨勢的力，稱為主動力。如重力、水壓力、土壓力、風(fēng)壓力等。在工程中通常稱主動力為荷載。另一類是約束對于物體的約束反力，也稱被動力。一般主動力是已知的，而約束反力是未知的。第二十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月WWTWWTT試指出下面物體的受力圖中的主動力和約束反力第二十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、幾種常見的約束及其反

12、力 1. 柔體約束 柔軟的繩索、鏈條、皮帶等用于阻礙物體的運動時，都稱為柔體約束。 柔體約束對物體的約束反力是通過接觸點，沿柔體中心線且背離物體的拉力，常用T表示。前頁受力圖中的T即為柔體約束。 第二十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月柔索只能受拉力，又稱張力。柔索對物體的約束力沿著柔索背向被約束物體。膠帶對輪的約束力沿輪緣的切線方向，為拉力。第二十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.光滑接觸面約束 物體與其它物體接觸，當(dāng)接觸面光滑，摩擦力很小可以忽略不計時，就是光滑接觸面約束。 光滑接觸面約束對物體的約束反力，是作用于接觸點處，沿接觸面的公法線，并指向被約束物體，常用

13、FN表示。 前頁受力圖中的FN即為光滑接觸面約束。第二十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.光滑接觸面約束FNFNFN第二十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 圓柱鉸鏈約束 圓柱鉸鏈簡稱鉸鏈。是由一個圓柱形銷釘插入兩個物體的圓孔中構(gòu)成，并且認為銷釘和圓孔的表面都是光滑的。ABC第三十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 圓柱鉸鏈的約束反力可用一個大小與方向均未知的力表示，ACBCBFCFCxCBFCy 也可用兩個相互垂直的未知分力來表示，如圖所示。 圓柱鉸鏈的約束反力是垂直于銷釘軸線并通過銷釘中心，而方向不定。 第三十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6

14、月 兩端用鉸鏈與物體分別連接且中間不受其它力的直桿稱為鏈桿約束。 鏈桿又稱二力桿。二力桿的約束反力必沿著二力桿兩端鉸鏈的連線，但指向不定。 4. 鏈桿約束鏈桿約束第三十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月FAFBACBAB 約束類型與實例 4. 鏈桿約束第三十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月CABABFAFB受力圖正確嗎?二力桿約束第三十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月CBDA雙鉸鏈剛桿約束第三十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、支座及支座反力 工程中將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件支承在基礎(chǔ)或另一靜止構(gòu)件上的裝置稱為支座。支座也是約束。支座對它所支承的構(gòu)件的約束反

15、力也稱支座反力。 建筑工程中常見的三種支座：固定鉸支座（鉸鏈支座）、可動鉸支座和固定端支座。第三十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 用圓柱鉸鏈把結(jié)構(gòu)或構(gòu)件與支座底板連接，并將底板固定在支承物上構(gòu)成的支座稱為固定鉸支座。 1.固定鉸支座（鉸鏈支座） AFAxFAyFA約束力：與圓柱鉸鏈相同第三十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月AXAYA第三十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.可動鉸支座 在固定鉸支座下面加幾個輥軸支承于平面上，就構(gòu)成可動鉸支座。 BFB約束力：構(gòu)件受到光滑面的約束力。第三十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共六十二

16、頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.固定端支座 把構(gòu)件和支承物完全連接為一整體，構(gòu)件在固定端既不能沿任意方向移動，也不能轉(zhuǎn)動的支座稱為固定端支座。 AFAxFAyMA平面固定支座1 既能阻止桿端在該平面內(nèi)的任何移動，也能阻止桿端轉(zhuǎn)動，其約束力必為一個方向未定的力和一個力偶。2 平面固定支座的約束力表示，其中力的指向及力偶的轉(zhuǎn)向都是假設(shè)的.第四十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月研究力學(xué)問題，首先要了解物體的受力狀態(tài)，即對物體進行受力分析，反映物體受力狀態(tài)的圖稱為受力圖。受力圖繪制步驟：1. 取分離體； 2. 畫已知力； 3. 畫約束反力。第四十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第

17、四十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.固定端支座 空間固定支座能阻止桿端在空間內(nèi)任一方向的移動和繞任一軸的轉(zhuǎn)動，所以其約束力必為空間內(nèi)一個方向未定的力和方向未定的力偶矩矢量?？臻g固定支座的約束力表示。圖中力的指向及力偶的轉(zhuǎn)向都是假設(shè)的。空間固定支座第四十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.固定端支座 空間固定支座第四十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月作 業(yè)：1-4 二力桿的概念是什么？二力桿受力與構(gòu)件的形狀有無關(guān)系？1-5 常見的約束類型有哪些？各種約束反力的方向如何確定？第四十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 結(jié)構(gòu)計算簡圖一、結(jié)構(gòu)計

18、算簡圖的簡化原則1、反映結(jié)構(gòu)的實際情況，使工作盡量簡化、使計算結(jié)構(gòu)精確可靠；2、分清主次，略去次要因素，盡可能地反映結(jié)構(gòu)的主要受力情況，以便于分析和計算。第四十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、結(jié)構(gòu)計算簡圖的簡化方法1、結(jié)構(gòu)體系的簡化 平面簡化 桿件的簡化；縱軸線 節(jié)點的簡化：鉸節(jié)點（木架）、鋼節(jié)點（鋼混結(jié)構(gòu)）2、支座的簡化第四十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、結(jié)構(gòu)計算簡圖的簡化方法3、荷載的簡化線荷載集中荷載力偶第四十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) 物體的受力分析和受力圖 在進行力學(xué)計算時，首先要分析物體受了哪幾個力，每個力的作用位置和方向如

19、何，哪些是已知力哪些是未知力，這個分析過程稱為物體的受力分析。 為了更清晰地表示物體的受力情況，需把研究的物體從周圍物體上脫離出來，單獨畫出它的簡圖，被脫離出來的研究對象稱為脫離體。第五十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月物體的受力分析是建筑力學(xué)的基礎(chǔ) 基本概念 靜力學(xué)公理 常見約束 物體的受力分析畫物體的受力圖也是學(xué)習(xí)建筑力學(xué)的關(guān)鍵第五十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、單個物體的受力圖 畫單個物體的受力圖： 首先要明確研究對象，并把該物體從周圍環(huán)境中脫離出來； 再把已知主動力畫在簡圖上； 最后根據(jù)實際情況，分別在解除約束處畫上相應(yīng)的約束反力。 必須強調(diào)，約束反力一定要

20、與約束的類型相對應(yīng)。第五十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例1-1 重量為FW的圓球，用繩索掛于光滑墻上，如圖所示。試畫出圓球的受力圖。FTAFNBWWOO切記：約束反力一定要與約束的類型相對應(yīng)第五十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例1-2 梁AB上作用有已知力F，梁的自重不計，A端為固定鉸支座，B端為可動鉸支座，如圖所示。試畫出梁AB的受力圖。FFFFAxFAyFAOFBFBAB第五十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例1-3 一水平梁AB受已知力F作用，A端是固定端支座，梁AB的自重不計，如圖所示。試畫出梁AB的受力圖。F45ABABF45FAxFAyMA

21、第五十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、物體系統(tǒng)的受力圖 畫物體系統(tǒng)整體的受力圖時，只須把整體作為單個物體一樣對待。 物體系統(tǒng)包含多個物體，其受力圖畫法與單個物體相同，只是研究對象可能是整個物體系統(tǒng)或系統(tǒng)的某一部分或某一物體。 畫系統(tǒng)的某一部分或某一物體的受力圖時，只須把研究對象從系統(tǒng)中分離出來，同時注意被拆開的聯(lián)系處，有相應(yīng)的約束反力，并應(yīng)符合作用力與反作用力公理。第五十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)以若干物體組成的系統(tǒng)為研究對象時，系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用力稱為內(nèi)力；系統(tǒng)外的物體作用于該系統(tǒng)中各物體的力稱為外力。內(nèi)力對系統(tǒng)的作用效果相互抵消，因此可除去，并不影響整個系統(tǒng)的平衡。 所以，在整