建筑力学：静力学的基本概念.ppt

1、第一章 静力学的基本概念,2,3.力的单位： 国际单位制：牛顿(N) 千牛顿(kN),1-1 力和平衡的概念,一、力的概念,1定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用 使物体的运动状态或形状发生改变。,2. 力的效应： 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。,3,力的三要素大小，方向，作用点,力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。,F,分布力 分布在结构某一表面，通常用荷载集度度量 集中力 集中作用于结构一点,4,集 中 荷 载,汽车通过轮胎作用在桥面上的力,5,分 布 荷 载,桥面板作用在钢梁的力,6,二、刚体和平衡的概念,刚体在力作用下不发生变形的物体。,平衡物体相对于地球保持静止

2、或做匀速直线运动的状态。,三、力系、等效力系、平衡力系、平衡条件,7,一、二力平衡公理,作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要条件是这两个力大小相等、方向相反、作用线在一条直线上。,二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。,二力杆,1-2 静力学基本公理,8,推论 (力在刚体上的可传性),作用于刚体上某点的力，可沿其作用线移动到刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作用效应。,=,=,二、加减平衡力系公理,在作用于刚体上的已知力系上，加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。,9,作用于物体上同一点的两个力可合成为作用于同一点的一个合力。合力的大小与方向由原两力为邻边而作出的

3、平行四边形的对角线来确定。,F1,F2,R,矢量表达式：R= F1+F2,即，合力为原两力的矢量和。,三、力的平行四边形法则,推论：力的三角形法则,10,四、三力平衡汇交定理 一刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力的作用线必共面且汇交于一点。 此定理说明了不平行的三个力平衡的必要条件，当两个力的作用线相交时，可用来确定第三个力作用线的方位。,11,五、作用力和反作用力定律,两个物体间的相互作用的一对力，总是大小相等，方向相反，作用线相同，并分别而且同时作用于这两个物体上。,例 吊灯,12,阻碍物体运动的限制条件称为约束。约束对该物体必然作用一定的力，这种力称为约束反力。约束反力的方向总是与物

4、体的运动或运动趋势的方向相反，它的作用点就是约束与被约束物体的接触点。,1-3 约束与约束反力,一、约束与约束反力的概念,约束力（反力）,主动力（荷载）,作用在物体上的力,13,大小常常是未知的； 方向总是与约束限制的物体的位移方向相反； 作用点在物体与约束相接触的那一点。,约束反力特点：,G,14,绳索类只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点，方向沿绳索背离物体。,二、常见的几种类型的约束,1、柔索约束,15,2、光滑接触面约束,约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体,16,3、光滑圆柱铰链约束,N,17,4、链杆约束：,18,Ny,Nx,5、 固定铰支座：,N,19,6、可

5、动铰支座：,N,N,20,7、固定端支座,21,画受力图的方法与步骤： 1、取隔离体（研究对象） 2、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生 运动或运动趋势的力） 3、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束 反力 4、区隔离体时的抛弃部分对分离体的力不能丢。,1-4 物体的受力分析与受力图,22,画出重物和AB杆的受力图,例1,23,例2 重量为FW 的小球放置在光滑的斜面上，并用绳子拉住，画出此球的受力图。,【解】以小球为研究对象，解除小球的约束，画出分离体，小球受重力(主动力)FW，并画出，同时小球受到绳子的约束反力（拉力）FTA和斜面的约束反力（支持力）FNB。,24,【解】取梁为研

6、究对象，解除约束，画出分离体，画主动力F；A端为固定铰支座，用水平和竖直的两个未知力FAx和FAy表示；B端为移动铰支座，它的约束反力用FB表示，但指向可任意假设。,例3 水平梁AB受已知力F作用，A端为固定铰支座，B端为移动铰支座，梁的自重不计，画出梁AB的受力图。,25,画受力图应注意的问题,除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力,要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。,1、不要漏画力,26,约

7、束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,即受力图一定要画在隔离体上。,27,一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。,对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。,5、受力图上只画外力，不画内力。,6 、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。,7 、正确判断二力构件。,28,1-5

8、 结构的计算简图及分类,计算简图是实际结构的简化模型。,选用原则 要能反映实际结构的主要受力特性； 同时又要便于分析和计算。,杆件及杆与杆之间的连接构造的简化（节点的简化）,支座的简化,荷载的简化,29,结构中杆件的交点称为节点,结构计算简图中的节点有：铰节点、刚节点、组 合节点等三种。,30,组合结点 如果结点上的一些杆件用铰链连接，另一些杆件刚性连接，这种结点称为组合结点。,31,活动铰支座（滚轴支座）,建筑结构的支座通常分为固定铰支座，活动铰支座，固定(端)支座和定向支座四类。,32,固定铰支座,33,固定支座,平面结构的支座及反力,34,定向支座：将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与地面

9、相连接的支座。,M,FN,定向支座,35,荷载 狭义荷载： 力 广义荷载：能使结构产生内力或变形的原因 温度变化、支座沉陷、制造误差、材料收缩、 松弛、徐变、初应力、初应变等,36,根据荷载作用的性质 静力荷载：大小、方向、位置不随时间变化或变化 使结构产生的加速度很小，惯性力的影 响可忽略,动力荷载：随时间迅速变化，短时间内突然作用或消失,根据荷载作用的时间 恒载 指长期作用在结构上的不变荷载 活载 在建筑施工和使用期间可能存在的可变荷载,根据荷载的分布情况 分布荷载 满布在结构某一表面荷载 集中荷载 集中作用与结构一点的荷载,37,线分布荷载 沿直线或曲线分布的荷载（单位：KN/m）； 面分布荷载 沿平面或曲面分布的荷载（单位：KN/m2）； 体分布荷载 沿物体内各点分布的荷载（单位：KN/m3）。,分布荷载 的合力计算 分布荷载的合力作用在分布区域的中心，指向不变，其大小等于分布集度 的大小q乘以分布范围。