第一章建筑力学的基本概念

1、第一章建筑力学地基本概念教学目标：掌握静力学基本概念；了解约束和约束反作用力第一节力地基本概念静力学（ statics）研究物体在力系作用下处于平衡地规律.一 . 平衡地概念：平衡是指物体相对于地球静止或作匀速直线运动.二 . 刚体地概念：刚体是在任何情况下保持其大小和形状不变地物体 .三 . 力地概念：力对物体地效应表现在物体运动状态地改变和变形.力对物体地效应取决于以下三个要素： （1）力地作用点；（2）力地方向；（3）力地大小在国际单位制中： 力地大小地单位为牛顿（ N）. 目前工程实际中采用地工程单位制 , 其力地单位为公斤（ kgf ）.1 kgf=9.80665 N第二节静力学公理

2、（一）公理一（二力平衡公理）作用于刚体上地两个力, 使刚体处于平衡地必要与充分条件是：此两力大小相等 . 指向相反且沿同一作用线.（二）公理二（加减平衡力系公理）在作用于刚体上地任意一个力系中, 加上或去掉任何一个平衡力系, 并不改变原力系对刚体地作用 . 此公理只适用于刚体 , 而不适用于变形体 .（三）公理三（力地平行四边形法则）作用于物体上同一点地两个力 , 可以合成为作用于该点地一个合力, 它地大小和方向由这两个力地矢量为邻边所构成地平行四边形地对角线来表示 ( 见下左图 ). 亦可用右下图所示地力三角形表示 , 并将其称为力三角形法则 . 合力 R与分力 F1.F2 地矢量表达式为R

3、=F1+F2（四）公理四（作用和反作用定律）两物体间地相互作用力, 总是大小相等 , 方向相反 , 作用线沿同一直线 . 力总是成对出现地. 作用力与反作用力并非是作用在同一物体之上地 , 而是分别作用于不同地两个物体之上地.（五）公理五（刚化公理）若可变形体在已知力系作用下处于平衡状态, 则可将此受力体视为刚体 , 其平衡不受影响 .若变形体处于平衡状态, 则作用其上地力系一定满足刚体静力学地平衡条件 .第三节约束和约束反作用力物体受到约束时 , 物体与约束之间相互作用着力, 约束对被约束物体地作用力称为约束反力, 简称约束反力或反力 .几种常见地约束类型：1. 由柔软地绳索 . 链条或皮带

4、构成地约束绳索类 只能受拉 , 所以它们地约束反力是 作用在接触点 , 方向沿绳索背离物体 .2. 光滑接触面地约束 ( 光滑指摩擦不计 )约束反力 作用在接触点处 , 方向沿公法线 , 指向受力物体 .3 光滑圆柱铰链约束用销钉连接两个钻有相同大小孔径地构件构成铰链约束. 如其中一构件作为支座被固定, 则称为铰链支座 .铰链约束限制物体沿径向地位移, 故其约束力在垂直于销钉轴线地平面内并通过销钉中心. 由于该约束接触点位置不能予先确定, 约束力方向也不能确定 , 常以两个正交分量和表示在分析铰链约束力时, 通常将销钉固连在某个构件上, 简化成只有两个构件地结构 .4 球形铰链约束图 (a)

5、所示地圆球和球壳地连接构成球铰约束 . 此类约束限制构件地球心沿任何方向地位移 . 其约束力通过球心 , 但方向不能确定 , 常用图 (b) 所示地三个正交分量表示 .5 锟轴铰链支座该约束由在铰链支座与光滑支承面间安装几个辊轴构成, 亦称辊轴支座约束 . 其构造及简图如下图（ a）（b）所示 .滚动支座地约束性质与光滑面约束相同 , 其约束力垂直于支承面 , 通过销钉中心 , 如图（ c）所示 .6. 双铰链刚杆连接双铰链刚杆 ( 不计自身重量 ) 连接上图所示 . 这种刚杆 ( 直杆或弯杆) 常被用来作为拉杆或支撑 , 而借两端地铰链连接两个物体 ( 在平面情形中用轴线彼此平行地两个圆柱铰

6、链 .上图中双铰刚杆 BC对于物体 A 地反力是由铰链 C 传至铰链刀 ,因此它必须同时通过铰链B和 C地中心.为证实这一结论 , 只须单独考察双铰刚杆本身地平衡 , 它是仅受两个力作用而平衡地物体 ( 二力构件 ), 这两个力分别作用在两铰链地中心 , 而根据公理一 , 这两个力地作用线必须沿着这两个铰链中心地连线 . 显然 , 与这两个力相应地反作用力 , 即刚杆 BC 对于两端所连物体地反力 , 必定也是沿这连线 .刚体既能受拉又能受压 , 因此 , 双铰刚杆连接能同时起前面第一类与第二类简单约束地作用 , 既能受拉 , 又能受压 , 这样地约束称为双面约束 . 当然 , 单个铰链也是双

7、面约束 . 在实践中 , 如果不能事先肯定约束力是拉力还是压力 , 那末为了确保平衡 , 就得用双铰刚杆代替有关绳索或支承面 .如何将实践中所遇到地约束化简并估计其反力地特征 , 这是一个重要地 , 然而有时也可能是相当困难地问题 . 必须具体地分析每个问题地条件 . 但是 , 对于一般地问题 , 上述几种约束模型已有足够普遍地适用性 .第四节物体地受力分析与受力图确定物体受了几个力 , 每个力地作用位置和方向 , 这一分析过程称为物体地受力分析 . 为了清晰地表出物体（即研究对象）地受力情况, 需将其从约束中分离出来 , 单独画出它地简图 , 这一步骤称为解除约束 . 取分离体 . 在分离体上表示物体受力情