建筑力學(xué)課件

建筑力學(xué)課件引言靜力學(xué)基礎(chǔ)材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)彈性力學(xué)有限元方法01引言建筑力學(xué)是建筑工程領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，它為建筑設(shè)計(jì)和施工提供了理論支持和計(jì)算方法。通過掌握建筑力學(xué)，工程師可以更好地理解建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，提高建筑的質(zhì)量和壽命。建筑力學(xué)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)和施工的重要性不言而喻。在設(shè)計(jì)階段，建筑力學(xué)可以幫助工程師合理地選擇材料、確定結(jié)構(gòu)形式和承載能力，保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。在施工階段，建筑力學(xué)為施工提供技術(shù)支持和質(zhì)量控制，確保建筑的施工質(zhì)量和安全性。建筑力學(xué)的重要性建筑力學(xué)是一門研究建筑結(jié)構(gòu)在各種力和力矩作用下的變形、應(yīng)力和穩(wěn)定的學(xué)科。它分為靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和彈性力學(xué)三個(gè)分支，分別研究建筑結(jié)構(gòu)在靜力、動(dòng)力和彈性狀態(tài)下的行為。靜力學(xué)是研究物體在靜力作用下的平衡和穩(wěn)定的學(xué)科，主要研究物體的受力分析、平衡條件和穩(wěn)定性分析。動(dòng)力學(xué)是研究物體在動(dòng)力作用下的運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定的學(xué)科，主要研究物體的慣性、動(dòng)量、動(dòng)能等概念以及運(yùn)動(dòng)方程的求解方法。彈性力學(xué)是研究物體在彈性狀態(tài)下的變形、應(yīng)力和穩(wěn)定的學(xué)科，主要研究物體的彈性性質(zhì)、變形規(guī)律、應(yīng)力分布和穩(wěn)定性分析。建筑力學(xué)的定義與分類建筑力學(xué)的基本原理包括力的平衡、力的轉(zhuǎn)化與傳遞、材料的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。這些原理是建筑力學(xué)的基礎(chǔ)，為建筑設(shè)計(jì)和施工提供了重要的理論支持。力的平衡原理是指在物體上作用的各種力，必然會(huì)受到相應(yīng)的反作用力，它們大小相等、方向相反并作用在同一直線上。這一原理用于確定物體的平衡狀態(tài)和平衡條件。力的轉(zhuǎn)化與傳遞原理是指力可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，或者從一個(gè)部位傳遞到另一個(gè)部位，并且傳遞的過程中力的性質(zhì)和大小不會(huì)發(fā)生改變。材料的力學(xué)性質(zhì)是指材料在受到力的作用時(shí)所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，如彈性、塑性和強(qiáng)度等。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指在力的作用下，結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定而不發(fā)生運(yùn)動(dòng)或變形的能力。建筑力學(xué)的基本原理02靜力學(xué)基礎(chǔ)力的定義力是物體之間的相互作用，這種作用效果使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀發(fā)生變化。在建筑力學(xué)中，力主要表現(xiàn)為物體之間的拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)等作用。力的性質(zhì)力具有物質(zhì)性、矢量性和相互性。物質(zhì)性指力必須由施力物體和受力物體兩個(gè)實(shí)體構(gòu)成；矢量性指力不僅有大小，還有方向；相互性指物體間力的作用是相互的。力的定義與性質(zhì)公理一01力的平行四邊形法則。兩個(gè)力合成時(shí)，其合力等于兩個(gè)分力沿平行四邊形對(duì)角線方向的分力。在建筑力學(xué)中，這一法則常用于分析物體的受力情況。公理二02作用與反作用公理。物體間力的作用是相互的，施力物體同時(shí)也是受力物體。例如，建筑物的墻體受到的推力與它對(duì)地面的壓力是相互作用的。公理三03牛頓第三定律。任何兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反，作用在同一直線上。這一公理在建筑力學(xué)中表現(xiàn)為墻體的推力與地面對(duì)墻體的支持力大小相等、方向相反。靜力學(xué)的基本公理物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)稱為平衡狀態(tài)。在建筑力學(xué)中，平衡狀態(tài)通常指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在各種力作用下處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。平衡狀態(tài)要使物體處于平衡狀態(tài)，需要滿足以下條件：合力為零（或合力矩為零）、加速度為零、位移為零。在建筑力學(xué)中，平衡條件表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的合力為零、加速度為零、位移為零。平衡條件平衡狀態(tài)與平衡條件03材料力學(xué)材料的彈性模量和泊松比彈性模量是衡量材料抵抗彈性變形的能力，而泊松比則反映了材料橫向變形與縱向變形的關(guān)系。材料的韌性韌性是衡量材料承受沖擊能力的重要參數(shù)，通常采用沖擊試驗(yàn)來測(cè)定。材料的密度密度是材料的基本性質(zhì)之一，表示單位體積的質(zhì)量，常用于計(jì)算材料的重量和判斷材料的致密程度。材料的基本性質(zhì)123應(yīng)力是指單位面積上的內(nèi)力，分為拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力等，是導(dǎo)致材料變形的重要因素。應(yīng)力應(yīng)變是指材料在受力作用下的變形，分為拉伸應(yīng)變、壓縮應(yīng)變、剪切應(yīng)變等，是反映材料變形程度的重要參數(shù)。應(yīng)變彈性極限是指材料在卸載后能完全恢復(fù)原狀的最大應(yīng)力，而屈服極限是指材料開始進(jìn)入塑性變形的應(yīng)力。彈性極限和屈服極限應(yīng)力與應(yīng)變03許用應(yīng)力和安全系數(shù)許用應(yīng)力是指在設(shè)計(jì)時(shí)允許的材料應(yīng)力，安全系數(shù)是指在設(shè)計(jì)中考慮一定的安全余量。01材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度是指材料在承受一定外力時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。02材料的剛度材料的剛度是指材料在受力作用下的變形程度，分為彈性剛度和塑性剛度。材料的強(qiáng)度與剛度04結(jié)構(gòu)力學(xué)梁板結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的類型與特點(diǎn)01020304由梁和板組成，主要用于承受水平荷載，如樓板、屋頂。由柱和梁組成，具有較高的承載能力，適用于高層建筑。由墻體承受水平荷載，適用于高層建筑和抗震結(jié)構(gòu)。如磚墻、混凝土墻等，主要用于承受垂直荷載。結(jié)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其各部分的合力為零。靜力平衡原理結(jié)構(gòu)在彈性范圍內(nèi)受力后會(huì)產(chǎn)生彈性變形，遵循胡克定律。彈性力學(xué)原理結(jié)構(gòu)在變形過程中，虛功等于外力與位移的乘積。虛功原理結(jié)構(gòu)的勢(shì)能最小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。最小勢(shì)能原理結(jié)構(gòu)分析的基本原理結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受設(shè)計(jì)荷載和偶然事件引起的荷載，不發(fā)生破壞、變形過大等現(xiàn)象。安全性穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)加固措施結(jié)構(gòu)在承受荷載后應(yīng)保持其平衡狀態(tài)，不發(fā)生傾覆、失穩(wěn)等現(xiàn)象。針對(duì)老舊建筑或存在安全隱患的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，提高其承載能力和穩(wěn)定性。030201結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性05動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本方程描述質(zhì)點(diǎn)的位置、速度和加速度之間的關(guān)系。牛頓第二定律表述了質(zhì)點(diǎn)的加速度與作用力之間的關(guān)系。動(dòng)力學(xué)方程的建立根據(jù)牛頓第二定律，建立質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)方程。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)方程分析質(zhì)點(diǎn)系內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。質(zhì)點(diǎn)系的運(yùn)動(dòng)表述了質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量的變化與作用力的關(guān)系。動(dòng)量定理利用動(dòng)量定理解決質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)問題。動(dòng)量定理的應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)系的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)量定理描述質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能。動(dòng)能的基本概念表述了質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能的變化與作用力的關(guān)系。動(dòng)能定理利用動(dòng)能定理解決質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)問題。動(dòng)能定理的應(yīng)用動(dòng)能定理與應(yīng)用06彈性力學(xué)彈性力學(xué)的基本假設(shè)假設(shè)物體是連續(xù)的、均勻的、各向同性的，并且符合Hooke定律。彈性力學(xué)的基本方程包括平衡方程、幾何方程和物理方程，用于描述物體的應(yīng)力、應(yīng)變和位移之間的關(guān)系。彈性力學(xué)簡(jiǎn)介彈性力學(xué)是研究物體在彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移關(guān)系的學(xué)科。彈性力學(xué)的基本理論有限元法將物體離散化為有限個(gè)單元，通過求解每個(gè)單元的應(yīng)力、應(yīng)變和位移來逼近真實(shí)解。解析法對(duì)于簡(jiǎn)單的幾何形狀和邊界條件，可以直接求解彈性力學(xué)問題。邊界元法只考慮物體的邊界條件，適用于解決復(fù)雜幾何形狀和邊界條件的問題。彈性力學(xué)問題的求解方法利用彈性力學(xué)理論，可以設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)、符合要求的工程結(jié)構(gòu)，如橋梁、房屋、道路等。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械零件在使用過程中會(huì)受到各種力的作用，利用彈性力學(xué)可以分析零件的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，提高零件的強(qiáng)度和壽命。機(jī)械零件設(shè)計(jì)地質(zhì)工程中涉及到的巖石、土壤等材料具有復(fù)雜的物理性質(zhì)，利用彈性力學(xué)可以分析地層的應(yīng)力分布和變形特征，為地質(zhì)工程提供依據(jù)。地質(zhì)工程彈性力學(xué)的應(yīng)用實(shí)例07有限元方法將連續(xù)的物理結(jié)構(gòu)離散為有限個(gè)離散的單元，每個(gè)單元具有一定的物理屬性（如質(zhì)量、剛度等）。結(jié)構(gòu)離散化為每個(gè)單元選擇一個(gè)位移模式，該模式能夠反映單元的變形情況。單元位移模式選擇根據(jù)力學(xué)原理和平衡條件，建立每個(gè)單元的方程，包括節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系。構(gòu)建方程將所有單元的方程整合在一起，形成一個(gè)線性方程組，通過求解該方程組得到結(jié)構(gòu)的整體位移和應(yīng)力分布。整體分析有限元方法的基本原理對(duì)橋梁、建筑、機(jī)械等連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)分析對(duì)流體進(jìn)行流場(chǎng)分析和壓力分布預(yù)測(cè)。流體動(dòng)力學(xué)分析對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，如彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度等。材料科學(xué)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分析，如隧道開挖、地基處理等。地質(zhì)工程有限元方法的應(yīng)用范圍軟件介紹常見的有限元軟件包括AN