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土木工程力學(xué)基礎(chǔ)力和受力圖2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)第一頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)單元一.力和受力圖單元學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能解釋力、力的兩種效應(yīng)等概念
2.能敘述靜力學(xué)的基本公理
3.會根據(jù)約束的類型確定約束反力
4.能畫出單個物體的受力圖5.能完成小組學(xué)習(xí)項目中的1個任務(wù)第二頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)一.力的基本知識1.力——力是物體間相互的機械作用。力的外效應(yīng)——使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化力的內(nèi)效應(yīng)——使物體產(chǎn)生變形力的三要素——力的大小、方向(方位與指向)、作用點第三頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)力的圖示——力是矢量。通常用一個帶箭頭的線段表示力的三要素。力的大小——線段的長度(按選定的比例)表示力的方向——線段的方位和箭頭表示力的作用點——帶箭頭線段的起點或終點表示力的作用線——通過力的作用點并沿著力的方位的直線。力的單位——牛頓(N)或千牛頓(kN)一.力的基本知識力的圖示第四頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)2.力系力系——作用在同一物體上的一組力。等效力系——對物體作用效果相同的力系。合力——如果一個力與一個力系等效,則此力稱為該力系的合力,而力系中的各個力都是其合力的分力。平衡力系——使物體保持平衡的力系。一.力的基本知識第五頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)3.荷載類型荷載——使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生運動或有運動趨勢的主動力集中力或集中荷載
——作用于一點的力分布力
——力的作用面積較大的力線分布力或線荷載——當(dāng)物體所受的力,是沿著某條線連續(xù)分布且相互平行的力系一.力的基本知識第六頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)例1.梁的自重,可以簡化為沿梁的軸線分布的線荷載如圖示。單位長度上所受的力,稱為分布力在該處的荷載集度,通常用q
表示,其單位是N/m或kN/m線分布荷載的大小用合力表示合力的大小Q=ql合力的作用點為分布長度的中點第七頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)二.靜力學(xué)公理1.二力平衡公理剛體在兩個力作用下保持平衡的必要和充分條件是:此兩力大小相等,方向相反,作用在一條直線上。第八頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)二力平衡公理的應(yīng)用
二力構(gòu)件——對于只受兩個力作用而處于平衡的剛體。二力構(gòu)件不論其形狀如何,所受兩個力的作用線必沿二力作用點的連線。第九頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)2.作用與反作用公理——兩個物體間的相互作用的一對力總是大小相等,方向相反,沿同一直線且分別作用在兩個相互作用的物體上。二.靜力學(xué)公理第十頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)3.平行四邊形公理——作用于物體上同一點的兩個力,可以合成為作用于該點一個合力。合力的大小和方向可用這兩個已知力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線表示。二.靜力學(xué)公理第十一頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)4.加減平衡力系公理——在作用于剛體的力系中,加上或去掉一個任何平衡力系,并不會改變原力系對剛體的作用效應(yīng)。二.靜力學(xué)公理力的可傳性——作用在剛體上的力可沿其作用線移動到剛體內(nèi)任一點,而不改變該力對剛體的作用效果。第十二頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)三.常見約束類型及其反力1.約束與約束反力主動力
——使物體產(chǎn)生運動或運動趨勢的力。約束——限制物體運動的其他物體。約束反力——約束對于被約束物體的運動起限制作用的力。第十三頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)2.幾種常見的約束類型及其反力柔索約束——由繩索、鏈條、膠帶等柔體構(gòu)成的約束,都稱為柔索約束。約束特征:只能限制物體沿著柔索的中心線離開柔索的運動。反力特征:柔索對物體的約束反力T通過接觸點,其方向沿著柔索的中心線而背離物體,是拉力。
三.常見約束類型及其反力第十四頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)光滑面約束——當(dāng)物體在接觸處的摩擦力很小,即可以忽略不計時,兩物體彼此形成的約束就是光滑面約束。約束特征:只能限制物體沿著接觸面的公法線指向接觸面的運動,而不能限制物體沿著接觸面的公切線或離開接觸面的運動。反力特征:通過接觸點,沿公法線方向指向被約束物體,是一個壓力,常用字母N
表示。三.常見約束類型及其反力第十五頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)三.常見約束類型及其反力圓柱形鉸鏈約束——兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔,用一圓柱形銷釘連接起來,在不計摩擦?xí)r,即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束,簡稱鉸鏈約束。約束特點:約束的本質(zhì)為光滑接觸面約束,因其接觸點位置未定,無法預(yù)先確定的未知力。通常用兩個大小未知的正交分力來表示。鉸鏈約束分類:連接鉸鏈、鏈桿支座、固定鉸鏈支座、活動鉸鏈支座第十六頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)鉸鏈約束的分類鏈桿約束——兩端用銷釘與物體相連且中間不受力(自重忽略不計)的直桿。反力特征:只能限制物體沿著鏈桿中心線,指向未定。第十七頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)固定鉸支座——用圓柱鉸鏈連接的兩個構(gòu)件中,如果有一個固定不動,就構(gòu)成固定鉸支座。這種支座能限制構(gòu)件沿圓柱銷半徑方向的移動,而不能限制其轉(zhuǎn)動,其約束反力與圓柱鉸鏈相同。鉸鏈約束的分類第十八頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)可動鉸支座——將鉸鏈支座用幾個輥軸在水平面上即構(gòu)成可動鉸支座。約束特征:不能限制被支承構(gòu)件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動和沿支承面方向的運動,而只能阻止構(gòu)件在垂直于支承面方向向下運動。反力特征:可動鉸支座的約束反力垂直于支承面且通過銷釘中心,其大小和方向待定。鉸鏈約束的分類第十九頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)固定端支座——既限制被約束物體沿任何方向移動,又限制它的轉(zhuǎn)動,這樣的約束稱為固定端支座。反力特征:由兩個未知的約束反力和一個約束反力偶組成。三.常見約束類型及其反力YAMAXAPq第二十頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)四.受力圖受力圖的畫法:1.確定研究對象2.單獨畫出物體的輪廓圖形3.先畫主動力4.再畫約束反力5.檢查TANBG受力圖——在研究對象上標(biāo)出其所受的全部主動力、約束反力的圖形。第二十一頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)例2.畫出AB桿的受力圖。桿重為G。GTCNBNA第二十二頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)例3.三角支架各桿自重不計。已知受力如圖所示,試畫出銷B、AB桿、BC桿的受力圖。
ABPBNABCBNBANCBNBCNBCNBA第二十三頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)例3.簡支梁自重不計。已知受力如圖所示,試畫出AB梁的受力圖。第二十四頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)受力圖的畫法及步驟1.根據(jù)題意選取研究對象,用盡可能簡明的輪廓單獨畫出,即取分離體。2.畫出該研究對象所受的全部主動力。3.在研究對象上所有原來存在約束的地方,根據(jù)約束的性質(zhì)畫出約束反力。對于方向不能預(yù)先獨立確定的約束反力(例如圓柱鉸鏈的約束反力),可用互相垂直的兩個分力表示,指向可以假設(shè)。4.有時可根據(jù)作用在分離體上的力系特點,如利用二力平衡時共線等理論,確定某些約束反力的方向,簡化受力圖。第二十五頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)【受力分析的方法口訣】受力分析并不難,掌握方法是關(guān)鍵。確定對象先分離,已知外力畫上面。接觸點、面要找全,二力桿件定正確。柔體約束是拉力,光滑面約束壓力顯。鉸鏈約束正交力,特殊情形要記住。鉸鏈支座有兩種,鏈桿反力沿桿線。固定端反力有三,反力偶加正交力。分離體上力畫全,踏過門檻笑開顏。第二十六頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)自我檢測一1.力對物體的作用效果取決于力的
,
和
三個因素。2.荷載按作用的范圍大小分為
和
。3.在兩個力作用下處于平衡的構(gòu)件稱為
,此兩力的作用線必過這兩力作用點的
。4.工程中常見的約束有柔體約束,
約束,光滑圓柱鉸鏈約束,
約束,固定鉸鏈約束,
約束和
約束。5.畫受力圖的一般步驟是,先確定
,然后畫主動力和約束反力。第二十七頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)1.由繩索、鏈條、膠帶等柔體構(gòu)成的約束稱為()約束。A.光滑面約束;B.柔索約束;C.鏈桿約束;D.固定端約束2.光滑面對物體的約束反力,作用在接觸點處,其方向沿接觸面的公法線()
A.指向受力物體,為壓力;B.指向受力物體,為拉力;C.背離受力物體,為拉力;D.背離受力物體,為壓力3.在兩個力作用下處于平衡的構(gòu)件稱為(),此兩力的作用線必過這兩力作用點的()。A.平衡桿件;直線;B.剛體;中點;C.二力構(gòu)件;連線;D.直桿;連線4.固定端支座不僅可以限制物體的(),還能限制物體的()。A.運動;移動;B.移動;活動;C.轉(zhuǎn)動;活動;D.移動;轉(zhuǎn)動自我檢測一第二十八頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)試指出圖1-30各結(jié)構(gòu)中的二力構(gòu)件。第二十九頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)項目一 以小組為單位,選取某座斜拉橋為研究對象,介紹該橋的結(jié)構(gòu)組成并對斜拉橋的索塔和拉索進行受力分析。填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單,完成一篇自擬題目的報告。斜拉橋的簡圖和照片見圖1-29,供參考。要求:利用課余時間,2周內(nèi)完成。第三十頁,共三十二頁,編輯于2023年,星期二2023/6/9土木工程力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)任務(wù)單一主題自擬:小組成員與分工組長:
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