建设行业岗位培训-建筑力学(PPT)

1、公共基础理论知识-建筑力学主讲人：*n0.引言n1.静力学的基本概念。n2.平面力系的平衡。n3.材料力学的基本概念。n4.梁的内力图。n5.梁的应力。n6.梁的变形。n7.压干稳定。本章内容n1.建筑力学研究的对象。n2.杆件结构的类型。n3.荷载及其分类。n4.结构的计算简图。n5.建筑力学包含的内容。结构n建筑物中支承和传递荷载而其骨架作用的部分。在房屋建筑中，结构由屋架、梁、板、柱、墙、基础等部件组成。结构分类n建筑结构按几何特征分为杆件结构(P201图0-1).结构分类n建筑结构按几何特征分为薄壁结构(P201图0-2) 。结构分类n建筑结构按几何特征分为实体结构(P 201图0-4

2、)。建筑力学研究的对象n1.杆件。n2.杆件结构。n杆件结构分为以下五类：梁、拱、桁架、刚架和组合结构，详见P202图0-4。按作用时间分类n1.恒载(永久荷载)：自重、固定设备重量。n2.活载(可变荷载)：机具、人群、风、雪、吊车等的重量。按作用范围分类n1.集中荷载。n2.集中力偶。n3.均布荷载。线荷载面荷载注：叫分布荷载更为确切。按作用性质分类n1.静荷载。n2.动荷载(振动和冲击)。简化原则n1.正确反映结构的实际受力情况。n2.省去次要因素，便于分析计算。n1.静力学(理论力学的一部分)：介绍静力学的基本概念；物体的受力分析及受力图；研究物体的平衡(平衡条件和平衡方程及其应用)。n

3、2.材料力学：研究杆件在外力作用下的强度、刚度和稳定性问题。n3.结构力学：研究静定结构的内力和位移计算、超静定结构的内力分析。本章内容n1.力和刚体的概念。n2.静力学的基本公理。n3.力在坐标轴上的投影。n4.力矩和力偶。n5.物体的受力分析和受力图。力的概念n1.力：物体间的相互机械作用。n2.力的三要素：大小、方向和作用点。n3.力的单位：N、kN。n4.F=ma。 1kg=9.8N刚体的概念在力作用下不变形的物体，刚体理想化的力学模型，静力学研究的对象就是刚体。二力平衡公理n作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是，这两个力大小相当、方向相反，且作用在同一条直线上。加减平衡力系公理

4、n在作用于刚体上的任何一个力系，增加或减少一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。推论一：力的可传性。力的平行四边形法则n1.力的合成：作用刚体上的两个力可以合成一个力，力的作用点仍然在该点，力的大小和方向以两个为边所作的平行四边形的对角线，这就是平行四边形法则。多个力也可以两个两个分别作平行四边形来确定(P 205图1-6)。力的平行四边形法则n2.力的分解：作用刚体上的一个力可以分解为两个力，同样可以用平行四边形法则来分解。根据需要来分解(P 205图1-7)。力的平行四边形法则n3.推论二，三力平衡汇交定理：若刚体在三个力作用下处于平衡，且二个力作用线汇交于一点，则第三个力的作用线必

5、须通过该点 (P206图1-8)。作用力和反作用力公理(牛顿第三定律)n两物体间相互作用的力，总是大小相等，方向相反，沿同一直线，且分别作用在两个物体上(P206图1-9/10)。力(力是一个矢量)在轴上的投影n正负号规定：与坐标轴方向相同为正，反之为负 (P206图1-11/12)。 FX=Fcon；FY=Fsin 。力的投影定理n力系的合力在某个轴上的投影等于各个分力在同一轴上投影的的代数和(P207图1-13)。力系的合力(解析法)n力系的合力用勾股定理来计算(P207公式1-2和P 207图1-14)。力矩n力对物体的作用效应，除了对物体产生移动(趋势)外，也可以使物体发生转动(趋势)

6、 ，用力矩来表示(P207公式1-2和P 207图1-15/6)。其大小用M=Fd来表示。d表示力臂，正负号规定采用右手法则 ，单位为N.m或kN.m。力偶n大小相等方向相反，作用线相互平行的两个力叫做力偶(P208图1-19)。其大小用m=Fd来表示。d表示力偶臂，正负号规定采用右手法则，单位为N.m或kN.m。力偶的性质n1.力偶中的两个力在任一轴线上投影的代数和为零(P208图1-20)。n2.力偶在其作用的平面上对任一点的力矩恒等于力偶矩m，与矩心为无关。力偶的性质n3.力偶无合力，力偶不能与一个力等效，力偶只能用力偶来平衡。n4.力偶可以在其作用平面内任意转动或移动，不会改变对其作用

7、效果。n5.在保持力偶矩和转向不变时，可以同时改变力偶中的力和力偶臂的大小，其中作用效果不变(力偶臂长省力)。n6.力偶的等效性：力偶矩相等、转向相同。力偶的图解法n在图中可用符号表示，不必标出力和力臂的大小，只表示力偶矩大小m和转向即可(P210图1-21) 。力的平移定理n作用在刚体上的力F可以平移到任一点，得到一个力等于原力的大小F的力和一个力偶，力偶的大小等于原力对平移点之矩(P210图1-22) 。约束与约束反力(P211图1-24)n1.约束：阻碍非自由体运动的限制条件称为对该物体的约束。n2.约束反力：约束对非自由体的反作用力。自由体：空中飞行的飞机、子弹等；非自由体：悬挂的灯泡

8、、地上的椅子等。约束类型(柔性约束)n只能承受拉力，不能承受压力和弯矩的约束(P211图1-25)。约束类型(光面约束)n不能限制物体沿接触面切线方向移动，只能限制物体沿接触面法向方向移动的约束(P211图1-26)。只承受垂直压力而不能承受拉力、水平推力和弯矩。约束类型(固定铰支座)n不能限制物体转动，只能限制物体平面移动的约束(P212图1-27)。只能承受竖向和横向力，而不能承受弯矩。约束类型(活动铰支座)n不能限制物体转动，只能限制物体平面一个方向移动的约束(P212图1-28)。只能承受竖向力，而不能承受横向力和弯矩。约束类型(固定端支座)n限制物体转动、平面移动的约束(P212图1

9、-29)。能承受竖向力、横向力和弯矩。典型约束n几种典型约束及其约束力详见P214表1-1。物体受力分析n分析作用于物体上的力，以及作用位置、方向(P213图1-30)平面力系n1.力系：作用在物体上的所有的力称为力系，力系分为空间力系和平面力系。n2.平面力系：当作用在物体的力在一个平面上时，称为平面力系 (P216图2-1)。所有的物体都处在空间力系的作用中，我们为了分析和计算，将空力系简化为平面力系。平面汇交力系n作用在物体上所有的力均位于同一平面且汇交与一点，称为汇交平面力系(P216图2-2) 。力系的合成与简化n作用在物体上所有的力简化为作用在一个点一个合力R。nR2=(Fx)2+

10、(Fy)2nTan=Fx/Fy平衡条件和平衡方程n1.平衡条件：平面汇交力系平衡的必要和充分条件是该力系的合力为零R=0。n2.平衡方程nFx=0nFY=0平面力偶系n在物体的同一平面内受到若干个力偶作用的力系称为平面力偶系(P218图2-5a)。力系的合成(简化）n平面内力偶系合成的结果得一个合力偶，其合力矩等于各分力偶矩之和(P218图2-5b)。nM=m平衡条件和平衡方程n1.平衡条件：平面力偶系平衡的必要和充分条件是该力系的合力偶等于零。n2.平衡方程：M=m=0。平面一般力系n作用在一个平面上的力不完全平行，也不相交的力系称为平面一般力系，这是工程上简化最多的力系。如P218图2-6

11、。平面一般力系的简化n在平面内任取一点作为简化中心，应用力的平移定理，将各力平移到这一点，得到一个平面汇交力系和一个平面力偶系。平衡条件n平面一般力系平衡的必要和充分条件上力系的主矢和主矩同时为零。nR=0nMo=0平衡方程n1.基本形式：FX=0；FY=0；m0=0。n2.二力矩式： FX=0； mA=0 ；mB=0。n3.三力矩式： mA=0 ；mB=0； mC=0。平面平行力系n作用在物体上的各力均位于同一平面内且相互平行的力系称为平面平行力系。如P220图2-8。平面平行力系的简化n应用力度平移定理，将力平移到简化中心，得到一个主矢和主矩。P220图2-9。平面平行力系的平衡条件n平面

12、平行力系平衡的必要和充分条件是力系的主矢和主矩同时等于零。R=0Mo=0平面平行力系的平衡方程n1.基本形式：FY=0；m0=0。n2.二力矩式： mA=0 ；mB=0。平面力系的平衡的几种方式n详见P221表2-1例题(暂不讲)n1.取研究对象：AB梁。n2.受力分析：n3.列平衡方程：mA=0 ；mB=0。本章内容n0.引言。n1.轴向拉伸与压缩。n2.拉(压)杆的内力。n3.拉(压)杆的应力。n4.拉(压)杆的强度计算。n5.拉(压)杆的变形。材料力学研究的对象-杆件n材料力学研究的对象是杆件结构，组成杆件结构的各个部件称为构件，如梁、柱、刚架、屋架等都是杆件或杆件结构。材料力学的任务n

13、研究构件在外力作用下的强度、刚度和稳定性问题。实际上是解决安全与经济的矛盾问题。构件的强度n构件在荷载作用下不发生破坏，要求具有足够的强度(在经济的情况下)。如P223图3-2a，无足够的强度破坏。构件的刚度n构件在荷载作用下不发生过大变形，要求具有足够的刚度(在经济的情况下)。如P223图3-2b，无足够的刚度影响使用或者破坏。构件的稳定性n构件在荷载作用下应保持原有的平衡形式，要求具有足够的稳定性(在经济的情况下)。如P223图3-2c，无足够的稳定性而失稳。工程实例n工程实例如P224图3-4b/f。杆件形状及受力的简化n杆件形状有差异，荷载方式也不同，若把杆件的性质和受力加以简化而形成

14、计算简图如P224图3-4a/c/d/e。杆件的受力及变形特点n杆件两端受到一对大小相等、方向相反且沿杆件轴线的外力作用。如P224图3-4a/c/d/e。内力n杆件受到外力作用而发生变形，变形将引起杆件内部各部分之间的相互作用而产生内力。内力也称为抗力，要解决杆件的强度问题，必须进行杆件内力分析。内力计算方法n截面法（取脱离体），要计算m-n截面上的内力，假想以m-n截面切开，将构件分成两部分。如P225图3-5。任取一个作为计算构件进行分析，根据平衡条可以计算出内力。截面法计算步骤n1.截开：切开需要计算截面。n2.取体标力：取脱离体标注外力(切开后将内力当做外力考虑)。n3.平衡：建立保

15、留部分的平衡方程。n4.计算：解方程。应力n单位面积上的内力或者一点的应力集度。应力分为正应力和剪应力。拉(压)杆截面上的应力n计算公式：=N/AN为轴力，A为截面面积。 为应力，拉为正、压为负。单位帕Pa、千帕kPa、兆帕MPa。1Pa=1N/m2，1kPa=103Pa=kN/m2，1MPa=106Pa=N/mm2。强度条件n=N/A 为材料的许可应力，常用材料的许可应力详见P227表3-1。其他符号见前节。强度条件的应用强度计算n1.强度校核：当=N/A 时，满足强度要求。n2.截面设计：AN/ 。n3.确定许可荷载：N A 。根据许可的内力反算出容许施加的外荷载。变形n构件受外力作用后的

16、形状和尺寸的改变称为变形。分为弹性变形(外力取消后，构件恢复原来的形状和尺寸)和塑性变形(外力取消后，构件不能恢复原来的形状和尺寸) 。轴向变形n=L/L。 为相对变形或线应变， L为长度变形，L原构件长度。P228图3-9虎克定律n1.LPL/A。 L为长度变形，P为外力，L原构件长度，A为截面面积。n2. L=PL/EA。E为弹性模量(材料抵抗变形的能力)，常用材料的弹性模量详见P229表3-2。本章内容n1.概述。n2.梁截面上的内力。n3.梁的内力图。梁的工程实例n工程实例P230图4-1。梁的平面弯曲n截面对称，荷载作用在对称轴上产生的弯曲，弯曲前后截面的对称轴线在一个平面内，如P2

17、30图4-2。梁的计算简图n以梁的轴线代替梁，并对梁的支座和荷载进行简化得到的图形，便于分析和计算，如P231图4-3。梁上外力n作用在梁上的外力包括荷载(主动力和自重)，支座反力(约束反力)如P231图4-4/5。梁的分类(静定梁)n支座反力未知数的个数平衡方程个数，用静力学就能计算。如P231图4-6a/b/c。梁的分类(超静定梁)n支座反力未知数的个数平衡方程个数，用静力学不能计算，需要变形条件才能计算。 P231图4-6d为超一次静定结构。剪力和弯矩n梁的外力确定后，可以通过截面法计算梁的内力了，内力包括压力(简支梁压力为零)、剪力和弯矩。P232图4-7。简便方法求内力n1.梁内任一

18、截面上的剪力，数值上等于该截面左侧(或右侧)梁上所有外力的代数和。n2.梁内任一截面上的弯矩，在数值上等于该截面左侧(或右侧)梁上所有外力对该截面型心力矩的代数和。n3.截面左侧向上的外力或截面右侧向下的外力引起该截面的剪力为正，反之为负。n4.截面左侧和截面右侧向上的外力引起的该截面上的弯矩为正反之为负。内力图n表示内力变化规律的图形叫做内力图，如P234图4-12。利用内力规律作内力图n常见内力图P234表4-1。本章内容n0.引言。n1.梁的正应力。n2.梁的正应力强度计算。n3.提高梁抗弯强度的措施。求出梁截面上的内力后，还需要进一步研究内力在截面上的分布情况，找出各点应力分布规律及其

19、计算公式，从而解决梁的强度问题。梁截面上的应力n弯曲时梁的截面上一般有剪力和弯矩，相应的横截面上就会产生剪应力和正应力。P236图5-1。内力是由截面上各点的剪应力合成的，弯矩是由与横截面的垂直的正应力的内力偶。应力与内力的关系(小变形的前提下)n剪应力与剪力有关，与弯矩无关。n正应力与弯矩有关，与剪力无关。正应力公式n=MY/Izn 为截面正应力。nM为截面弯矩。nY为所求点到中性轴的距离。nIz为截面惯性矩。正应力分布规律n1. 沿高度呈直线。n2. max在梁的上下边缘。n3.中性轴上各点 =0n图中Z轴为中性轴。截面惯性矩计算n1.矩形截面 IZ=bh3/12； Iy=b3h/12n2

20、.圆形截面Iz=Iy=d4/64n3.其他截面一般工具书上能够查到。最大正应力nmax=M/WzWz=Iz/Ymax抗弯截面模量。抗弯模量的计算Wzn1.矩形截面Wz=Iz/Ymax=bh2/6； Wy=b2h/6n2.圆形截面Wz=d3/32正应力强度条件n=Mmax/Wz正应力强度计算n1.强度校核：max=Mmax/Wzn2.截面设计：WzMmax/ n3.确定容许荷载： Mmax Wz选择合理的截面形式n1.矩形截面梁放置方式选择合理的截面形式n2.工字形截面选择合理的截面形式n3.常用梁截面合理性比较选择合理的截面形式n4.考虑材料的性能面合理性比较(如为砼，T形应到过来)。考虑变截面梁n节省材料。改善受力情况n合理布置支座、适当增加支座。改善受力情况n改善梁的荷载布置。梁的绕曲线n一条光滑、平坦而连续的曲线。梁截面的位移n产生线位移和