土木工程力學(xué)課件

土木工程力學(xué)課件土木工程力學(xué)概述靜力學(xué)基本原理材料力學(xué)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)土力學(xué)基礎(chǔ)彈性力學(xué)與塑性力學(xué)簡(jiǎn)介contents目錄土木工程力學(xué)概述01CATALOGUE123土木工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)都離不開力學(xué)理論的指導(dǎo)。力學(xué)是土木工程的理論基礎(chǔ)力學(xué)理論在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。土木工程是力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域力學(xué)理論的發(fā)展推動(dòng)了土木工程技術(shù)的進(jìn)步，而土木工程實(shí)踐又不斷提出新的力學(xué)問(wèn)題，促進(jìn)力學(xué)理論的發(fā)展。兩者相互促進(jìn)、共同發(fā)展力學(xué)與土木工程關(guān)系靜力學(xué)材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)土力學(xué)土木工程力學(xué)研究?jī)?nèi)容研究物體在靜力作用下的平衡規(guī)律。研究土木工程中各種結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，以及結(jié)構(gòu)的合理形式和計(jì)算方法。研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等方面的問(wèn)題。研究土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和工程性質(zhì)，以及土與結(jié)構(gòu)物相互作用的問(wèn)題。

土木工程力學(xué)重要性保證工程結(jié)構(gòu)的安全性通過(guò)力學(xué)分析和計(jì)算，可以預(yù)測(cè)工程結(jié)構(gòu)在各種外力作用下的反應(yīng)，從而保證工程結(jié)構(gòu)的安全性。指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工力學(xué)理論可以為土木工程設(shè)計(jì)提供合理的結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算方法，指導(dǎo)工程施工過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題處理。推動(dòng)土木工程技術(shù)創(chuàng)新力學(xué)理論的發(fā)展不斷推動(dòng)著土木工程技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，為土木工程領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。靜力學(xué)基本原理02CATALOGUE03平衡與穩(wěn)定平衡是指物體相對(duì)于地面保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，穩(wěn)定是指物體在受到微小擾動(dòng)后能夠恢復(fù)到原平衡狀態(tài)。01剛體與變形體剛體是受力不變形的物體，變形體是受力會(huì)發(fā)生形變的物體。02力與力系力是物體間的相互作用，力系是作用于同一物體上的一組力。靜力學(xué)基本概念三力平衡匯交定理作用于剛體上三個(gè)相互平衡的力，若其中兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一個(gè)平面內(nèi)，且第三個(gè)力的作用線通過(guò)前兩個(gè)力的匯交點(diǎn)。二力平衡公理作用于同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的充分必要條件是，這兩個(gè)力大小相等、方向相反且作用在同一直線上。加減平衡力系公理在作用于剛體的任一力系上，增加或減去任意的平衡力系，不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。力的平行四邊形法則作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可以合成為一個(gè)合力，合力的大小和方向由以這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線確定。靜力學(xué)公理與定理常見約束類型及其約束力柔體約束、光滑面約束、鉸鏈約束、固定端約束等。約束力的確定方法根據(jù)約束類型及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定約束力。約束與約束力的概念約束是限制物體自由度的裝置，約束力是約束對(duì)物體的反作用力。約束與約束力分析明確研究對(duì)象，分析研究對(duì)象的受力情況，畫出受力圖。受力分析的目的和步驟選擇合適的比例尺，定出力的作用點(diǎn)，按力的平行四邊形法則或三角形法則畫出各力，標(biāo)注各力的符號(hào)和大小。受力圖的繪制方法不要漏畫力，不要多畫力，不要畫錯(cuò)力的方向。注意事項(xiàng)受力分析與受力圖材料力學(xué)基礎(chǔ)03CATALOGUE材料的力學(xué)性質(zhì)包括彈性、塑性、韌性、脆性等基本性質(zhì)。應(yīng)力與應(yīng)變的概念應(yīng)力是單位面積上的內(nèi)力，應(yīng)變是物體的相對(duì)變形。材料力學(xué)的定義與研究對(duì)象研究材料在外部載荷作用下的變形、破壞和穩(wěn)定性規(guī)律的學(xué)科。材料力學(xué)基本概念拉伸與壓縮的概念01拉伸是物體受到軸向拉力的作用而產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，壓縮是物體受到軸向壓力的作用而產(chǎn)生縮短變形。拉伸與壓縮時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系02遵循胡克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比。拉伸與壓縮強(qiáng)度計(jì)算03根據(jù)材料的力學(xué)性質(zhì)和受力情況，計(jì)算物體在拉伸或壓縮時(shí)的強(qiáng)度。拉伸與壓縮變形及強(qiáng)度計(jì)算剪切與擠壓變形及強(qiáng)度計(jì)算剪切是物體受到一對(duì)大小相等、方向相反、作用線相距很近的力的作用而產(chǎn)生滑移變形，擠壓是物體在局部范圍內(nèi)受到壓力作用而產(chǎn)生壓潰變形。剪切與擠壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系剪切時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變成正比，擠壓時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系復(fù)雜。剪切與擠壓強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)材料的力學(xué)性質(zhì)和受力情況，計(jì)算物體在剪切或擠壓時(shí)的強(qiáng)度。剪切與擠壓的概念彎曲變形的概念物體受到垂直于軸線的橫向力或力偶作用時(shí)，產(chǎn)生彎曲變形。彎曲時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系彎曲時(shí)物體內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變不同，中性層上各點(diǎn)應(yīng)變?yōu)榱?。彎曲?qiáng)度計(jì)算根據(jù)材料的力學(xué)性質(zhì)和受力情況，計(jì)算物體在彎曲時(shí)的強(qiáng)度。同時(shí)需考慮彎曲時(shí)的穩(wěn)定性問(wèn)題，防止失穩(wěn)破壞。彎曲變形及強(qiáng)度計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)04CATALOGUE結(jié)構(gòu)力學(xué)的定義研究結(jié)構(gòu)在荷載作用下的平衡條件以及結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性等問(wèn)題的學(xué)科。結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象包括梁、板、柱、拱、殼、索等基本構(gòu)件以及由它們組成的各種結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本假設(shè)包括連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)、小變形假設(shè)等。結(jié)構(gòu)力學(xué)基本概念靜定結(jié)構(gòu)的概念在無(wú)多余約束的情況下，僅由平衡條件就能確定其全部?jī)?nèi)力和反力的結(jié)構(gòu)。靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法包括截面法、節(jié)點(diǎn)法、力矩分配法等。靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算步驟確定計(jì)算簡(jiǎn)圖、選擇計(jì)算方法和公式、進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算、校核計(jì)算結(jié)果等。靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與計(jì)算030201位移的概念結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生的位置變化。靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的步驟確定計(jì)算簡(jiǎn)圖、選擇計(jì)算方法和公式、進(jìn)行位移計(jì)算、校核計(jì)算結(jié)果等。靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的基本原理包括虛功原理、單位荷載法、圖乘法等。靜定結(jié)構(gòu)位移計(jì)算原理超靜定結(jié)構(gòu)的概念在有多余約束的情況下，僅憑平衡條件不能確定其全部?jī)?nèi)力和反力的結(jié)構(gòu)。超靜定結(jié)構(gòu)的分析方法包括力法、位移法、力矩分配法、矩陣位移法等。超靜定結(jié)構(gòu)的分析步驟確定計(jì)算簡(jiǎn)圖、選擇計(jì)算方法和公式、進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算、校核計(jì)算結(jié)果等。同時(shí)，還需要考慮多余約束對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的影響，以及如何利用變形協(xié)調(diào)條件來(lái)求解超靜定結(jié)構(gòu)問(wèn)題。超靜定結(jié)構(gòu)分析方法土力學(xué)基礎(chǔ)05CATALOGUE土由固體顆粒、水和氣體組成，具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。土的組成與結(jié)構(gòu)包括土的密度、含水量、孔隙比等基本物理指標(biāo)。土的物理性質(zhì)根據(jù)土的顆粒組成、塑性指數(shù)等特性進(jìn)行分類和命名。土的分類與命名土力學(xué)基本概念包括自重應(yīng)力、附加應(yīng)力和總應(yīng)力等概念。土體中的應(yīng)力土體在受力作用下會(huì)發(fā)生壓縮、剪切和彎曲等變形。土體的變形特性描述土體應(yīng)力與應(yīng)變之間的數(shù)學(xué)模型，如彈性模型、塑性模型等。土體本構(gòu)關(guān)系土體應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系土體抗剪強(qiáng)度土體抵抗剪切破壞的能力，與土的組成、結(jié)構(gòu)和含水量等因素有關(guān)。穩(wěn)定性分析方法包括極限平衡法、有限元法等，用于評(píng)估土體的穩(wěn)定性。邊坡穩(wěn)定與支護(hù)設(shè)計(jì)針對(duì)邊坡工程，進(jìn)行穩(wěn)定性分析和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。土體抗剪強(qiáng)度與穩(wěn)定性分析地基在單位面積上所能承受的最大荷載。地基承載力概念包括理論公式法、原位測(cè)試法和經(jīng)驗(yàn)法等。地基承載力計(jì)算方法當(dāng)?shù)鼗休d力不足時(shí)，采取適當(dāng)?shù)牡鼗幚砼c加固措施，如換填、夯實(shí)、樁基等。地基處理與加固技術(shù)地基承載力計(jì)算方法彈性力學(xué)與塑性力學(xué)簡(jiǎn)介06CATALOGUE010203彈性力學(xué)定義彈性力學(xué)是研究彈性體在外力和其他外界因素作用下產(chǎn)生的變形和內(nèi)力，從而在變形與內(nèi)力之間建立一系列關(guān)系的學(xué)科。彈性體及其基本假設(shè)彈性體是指在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的物體；基本假設(shè)包括連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)等。彈性力學(xué)的基本原理包括平衡原理、幾何原理和物理原理。平衡原理指物體在平衡力系作用下處于平衡狀態(tài)；幾何原理指物體在變形過(guò)程中滿足幾何連續(xù)性和協(xié)調(diào)性；物理原理指應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系滿足廣義胡克定律。彈性力學(xué)基本概念及原理塑性力學(xué)定義塑性力學(xué)是研究物體在超過(guò)彈性極限后，即進(jìn)入塑性變形階段的力學(xué)行為的學(xué)科。塑性變形是指物體在外力作用下產(chǎn)生的不可恢復(fù)的永久變形；其特點(diǎn)包括變形不可逆、存在屈服點(diǎn)和塑性流動(dòng)等。包括屈服準(zhǔn)則、流動(dòng)法則和硬化規(guī)律。屈服準(zhǔn)則用于判斷物體是否進(jìn)入塑性狀態(tài)；流動(dòng)法則描述塑性應(yīng)變?cè)隽康姆较?；硬化?guī)律描述材料在塑性變形過(guò)程中的強(qiáng)化或軟化行為。塑性變形及其特點(diǎn)塑性力學(xué)的基本原理塑性力學(xué)基本概念及原理彈塑性本構(gòu)關(guān)系的定義彈塑性本構(gòu)關(guān)系是指描述物體在彈塑性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。彈塑性本構(gòu)關(guān)系的分類根據(jù)不同的屈服準(zhǔn)則和硬化規(guī)律，彈塑性本構(gòu)關(guān)系可分為理想彈塑性模型、線性強(qiáng)化彈塑性模型、非線性強(qiáng)化彈塑性模型等。彈塑性本構(gòu)關(guān)系的應(yīng)用彈塑性本構(gòu)關(guān)系在有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等土木工程領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，可用于預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為和承載能力。彈塑性本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)介彈塑性力學(xué)在土木工程中應(yīng)用如建筑結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析、橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力評(píng)估、路基的穩(wěn)定性分析等。這些實(shí)例