力的基本性质与物体的受力分析-力及力的基本性质（建筑力学）

第一篇力系的合成与平衡引言把同时作用在物体上的一群力，称为力系。

力学分析中，在不改变力系对物体作用效果的前提下，用一个简单的力系来代替复杂的力系，就称为力系的合成（力系的简化）。

对物体作用效果相同的力系称为等效力系。物体在力系作用下，相对于地球静止或做匀速直线运动，称为平衡。平衡是物体运动的一种特殊形式。特点就是运动状态没有变化。

建筑力学中把运动状态没有变化的特殊情况称为平衡状态

力系的合成与平衡是进行力学分析的基础，它贯穿于整本书中。引言满足平衡状态的力系称为平衡力系。

物体在力系作用下处于平衡时应满足的条件，称为力系的平衡条件。在研究力系的合成和平衡问题时往往将所研究的对象视为刚体。

所谓刚体，是指在外力作用下，几何形状、尺寸的变化可忽略不计的物体。

刚体是实际物体理想化的模型。实际物体在力的作用下，都会产生不同程度的变形，但这些微小的变形，对平衡问题的研究影响很小，可以忽略不计。这样，将会大大简化对力系的平衡问题的研究。

第一章力的基本性质与物体的受力分析学习目标：力的基本性质与物体的受力分析

1.理解力、力系、约束的概念。

2.理解静力学公理的含义。

3.熟练常见典型约束的性质及约束反力的确定。

4.掌握对物体和物体系统进行受力分析的方法。将构件在实际工程中所受约束归纳和抽象成理想的约束类型。重点:绘制物体的受力图。难点:第一节力及力的基本性质力的基本性质一、力的概念

力是物体间相互的机械作用，这种相互作用会使物体的运动状态发生变化（外效应）或使物体发生变形（内效应）。实践证明：力对物体的作用效果取决于力的三要素。力是有大小的。力的大小表明物体间相互作用的强弱程度。（1）力的大小力的单位是N（牛顿）或kN（千牛顿）。

1kN=1000Ｎ力的基本性质(2)力的方向力的方向包含方位和指向。

例如，谈到某钢索拉力竖直向上时，竖直是指力的方位，向上是指力的指向。(3)力的作用点力的作用点表示两物体间相互作用的位置。

力的作用位置实际上有一定的范围，当作用范围与物体相比很小时，可以近似地看作是一个点。注意：力的三个要素中的任一要素改变时，都会对物体产生不同的效果。因此，在描述一个力时，必须全面表明这个力的三要素。AF力是矢量。可以用一带箭头的线段来表示。45º200kN1000

线段的长度（按预先选定的比例）表示力的大小；线段与某定直线的夹角表示力的方位，箭头表示力的指向；带箭头线段的起点或终点表示力的作用点。力的基本性质第三节物体的受力分析和受力图

隔离体：把研究的物体从周围物体上隔离出来，单独画出它的简图，被隔离出来的研究对象称为隔离体。物体的受力分析在进行力学计算时，首先要分析物体受了哪几个力，每个力的作用位置和方向如何，哪些是已知力，哪些是未知力，这个分析过程称为物体的受力分析。受力图：研究其受力时，要画出周围物体对它的全部作用力（包括主动力和约束反力），这种表示物体受力的简明图形，称为物体的受力图。物体受力分析包含两个步骤：取隔离体，画受力图。一、单个物体的受力图

画单个物体的受力图：⑴首先要明确研究对象，并把该物体从周围环境中隔离出来；⑵再把已知主动力画在简图上；⑶最后根据实际情况，分别在解除约束处画上相应的约束反力。必须强调，约束反力一定要与约束的类型相对应。物体的受力分析物体的受力分析是建筑力学的基础，画物体的受力图也是学习建筑力学的关键，必须认真对待，熟练掌握。

例1-1重量为FW的圆球，用绳索挂于光滑墙上，如图所示。试画出圆球的受力图。FTAFNBWWOO切记：约束反力一定要与约束的类型相对应物体的受力分析例1-2梁AB上作用有已知力F，梁的自重不计，A端为固定铰支座，B端为可动铰支座，如图所示。试画出梁AB的受力图。FFFAxFAyFAOFBFBFAB物体的受力分析例1-3一水平梁AB受已知力F作用，A端是固定端支座，梁AB的自重不计，如图所示。试画出梁AB的受力图。F45°ABABF45°FAxFAyMA物体的受力分析二、物体系统的受力图

⑴画物体系统整体的受力图时，只须把整体作为单个物体一样对待。

物体系统包含多个物体，其受力图画法与单个物体相同，只是研究对象可能是整个物体系统或系统的某一部分或某一物体。⑵画系统的某一部分或某一物体的受力图时，只须把研究对象从系统中分离出来，同时注意被拆开的联系处，有相应的约束反力，并应符合作用力与反作用力公理。物体的受力分析例1-4梁AC和CD用圆柱铰链C连接，并支承在三个支座上，A处是固定铰支座，B和D处是可动铰支座，如图所示。试画梁AC、CD及整梁AD的受力图。梁的自重不计。ACBHDEF2F1ACBHDEF2F1FAxFAyFBFD物体的受力分析ACBEF2FAxFAyFBFDF1HDCFCxFCyF’CxF’Cy

⑴支座A、B、C处的反力，在不同的受力图中应保持一致。

⑵铰C处的反力，应符合作用力与反作用力公理。特别注意：物体的受力分析

当以若干物体组成的系统为研究对象时，系统内各物体间的相互作用力称为内力；系统外的物体作用于该系统中各物体的力称为外力。

•内力对系统的作用效果相互抵消，因此可除去，并不影响整个系统的平衡。

•在整体系统受力图上，内力不必画出，只须画出系统所受的外力。

•必须指出，内力与外力是相对的，在不同的受力图中可以相互转化。物体的受力分析例1-5下图所示的三角形托架中，A、C处是固定铰支座，B处为铰链连接。各杆的自重及各处的摩擦不计。试画出水平杆AB、斜杆BC及整体的受力图。FACBBF’BFBFACBDFCFAyFAx物体的受力分析ACBFFAxFAyFCABFF’BOFA物体的受力分析

（1）必须明确研究对象。

画受力图首先必须明确要画哪个物体的受力图，是单个物体，还是几个物体组成的系统。不同的研究对象的受力图是不同的。

（2）正确确定研究对象受力的数目。

对每一个力都应明确它是哪一个物体施加给研究对象的，不能凭空产生，也不能漏掉。（3）注意约束反力与约束类型相对应。

每解除一个约束，就有与它相应的约束反力作用于研究对象；约束反力的方向要依据约束的类型来画，不能根据主动力的方向来简单推想。另外，同一约束反力在各受力图中假定的指向应一致。物体的受力分析

通过以上例题的分析，画受力图时应注意以下几点：（4）

注意作用力与反作用力之间的关系。

当分析两物体之间的相互作用时，要注意作用力与反作用力的关系。作用力的方向一旦确定，其反作用力的方向就必须与其相反。在画整个系统的受力图时，系统中各物体间的相互作用力是内力，不必画出，只需画出全部外力。物体的受力分析力的基本性质二、力系的分类

(1)汇交力系

力系中各力作用线汇交于一点。

(2)力偶系

力系中各力可以组成若干力偶或力系由若干