建筑力学复习题答案

一、力学基础1、力的三要素是哪些？答：大小、作用点、方向。2、二力平衡的条件？答：大小相等、方向相反、作用在同一直线上。3、作用力与反作用力的特点？答：大小相等、方向相反、作用在同一直线上。4、作用力与反作用力是一对平衡力吗？请简述二者的联系与区别。答：作用力与反作用力不是一对平衡力。联系：二者都是一对大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力。区别：平衡力作用在同一物体上，作用力与反作用力分别作用在两个物体上。5、取隔离体是一种常用的受力分析方法，即假想原结构沿某一截面截开。将两部分隔离体在截面上的内力分别记为F和G，它们是一对（作用力与反作用力，不是平衡力）6、静力分析中，一般将物体简化为刚体。刚体的特点是什么？答：刚体内部任意两点之间的距离始终保持不变，即不变形。7、对平面内的某根杆件进行静力分析，能列几个独立的平衡方程？答：3个。8、取平面结构的一个结点为隔离体进行静力分析，能列几个独立的平衡方程？答：2个。9、在对实际结构的力学问题进行合理地简化后，作计算简图描述其力学模型。杆件间的连接区是如何简化的？答：杆件的连接区通常简化为以下3种结点。①铰结点。被连接的杆件在连接处不能相对移动，可以相对转动。因此铰结点可以传递力，但不能传递力矩。木结构的连接近似铰结点。②刚结点。被连接的杆件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动。因此刚结点可以传递力，也可以传递力矩。现浇钢筋混凝土的连接近似刚结点。③组合结点。多杆在同一处连接，既有刚结又有铰接。10、在对实际结构的力学问题进行合理地简化后，作计算简图描述其力学模型。平面结构与基础间的连接区是如何简化的？答：结构与基础的连接区简化为以下四种支座。①滚轴支座，也称可动铰支座。被支撑的部分可以转动和水平移动，不能竖向移动。因此滚轴支座只能提供竖向支反力。②铰支座。被支撑的部分可以转动，不能移动。因此铰支座可以提供任意方向的支反力。③定向支座，也称滑动支座。被支撑的部分可以沿一个方向平行滑动，不能转动。因此定向支座可以提供反力矩和与滑动方向垂直的支反力。④固定支座。被支撑的部分不能移动也不能转动。固定支座可以提供反力矩和任意方向的支反力。二、承载能力1、简述建筑力学中对变形固体的基本假设。答：①连续性假设。组成固体的物质在空间内是密实的、连续的。 ②均匀性假设。固体内各点的力学性能相同。 ③各向同性假设。固体内一点沿任意方向的力学性能相同。 ④小变形假设。固体的变形以及由变形引起的位移与原始尺寸相比非常小。复习提示：均匀性与各向同性的区别：天然实木块一般被简化为均匀、非各向同性的固体。木块内某一点的顺纹方向的弹性模量与横纹方向的弹性模量差异很大（非各向同性），木块内各点的力学性能都如此（均匀性）。2、杆件变形的基本形式有哪些？答：轴向拉伸和压缩、弯曲、剪切、扭转。3、什么是应力？什么是正应力？什么是切应力？答：构件内力在截面上的分布集度即为应力。截面法向的应力分量即为正应力。截面切向的应力分量即为切应力。4、杆件截面上的正应力、切应力与轴力、剪力、弯矩的关系？提示：将单位面积的应力看作小集中力，则截面上存在一个平面力系，将力系向一点简化。答：截面上的正应力合成的主矢即为轴力。截面上的切应力合成的主矢即为剪力。截面上的正应力对中性轴的合力矩即为弯矩。5、低碳钢在拉伸试验过程中，其应力-应变关系可以分为哪几个阶段？答：①弹性阶段。试样的应变完全是弹性的，在此阶段卸载后可恢复。②屈服阶段。应变急剧增加，而应力小范围波动。此阶段增加的应变是不可恢复的塑形应变。③强化阶段。由于材料在塑形变形过程中不断强化，应力随着应变增加而增加。该阶段增加的应变既有塑形应变也有弹性应变，但塑形应变远大于弹性应变。④局部变形阶段。试样某一段内的横截面急剧收缩（即“颈缩”现象），直至断开。复习提示：应力-应变曲线中的应力是名义应力，，A为试样原始截面积。在局部变形阶段，颈缩段的真实应力始终保持在强度极限。由于颈缩段的横截面急剧收缩，试样的内力急剧减小，故名义应力也急剧减小。6、请从材料的力学性能方面解释为什么混凝土构件里要布置钢筋？答：混凝土的拉伸强度很小，只有压缩强度的5%-20%，布置少量（体积分数小）钢筋即可显著增强构件的抗拉强度。混凝土是脆性材料，钢筋有较好的延展性，可以提高构件的韧性。7、简述梁的变形（忽略剪力）分析中引入的平面假设答：梁弯曲变形时，原始横截面仍保持为平面。但变形还是导致截面的状态改变，即截面平移和偏转。8、梁弯曲（忽略剪力）时，截面上的正应力分布特点？答：以中性轴为原点，沿高度线性分布。9、由生活中的经验可知，平铺的纸张很柔软。请用力学模型解释为什么平铺的纸张柔软？在不改变纸张材料性质的情况下，如何克服纸张的柔软？答：将平铺的纸张简化成梁，纸张厚度即为梁的截面高度。由于纸张厚度很小，所以其截面惯性矩很小，纸梁的抗弯刚度也就很小。在很小的横向荷载（比如自重）作用下，纸梁就会发生较大弯曲变形，即表现为柔软。将平铺的纸张卷成筒可以显著增加截面高度，从而增加纸梁的抗弯刚度，克服纸张的柔软。三、结构的受力分析1、请从内力求解的角度阐述静定结构和超静定结构的区别。答：静定结构的杆件内力和支座反力可由静力平衡条件唯一确定。超静定结构的杆件内力和支座反力无法由静力平衡条件唯一确定，而必须同时考虑变形协调条件才能唯一确定。2、按照结构杆件连接形式和结构受力特点对常见杆件结构分类并简述其特点。答：①梁。梁是一种受弯构件，在竖向荷载作用下杆件内力只有弯矩和剪力而无轴力。②拱。拱的轴线为曲线，在竖向荷载作用下有水平支座反力（推力）。③桁架。桁架由直杆铰结而成，且仅在结点处受荷载。杆件内力只有轴力，没有剪力和弯矩。④刚架。刚架由直杆组成且存在刚结点。杆件内力有轴力、剪力和弯矩。⑤组合结构。组合结构由桁架杆（桁架杆只有轴力）和刚架杆（刚架杆有轴力、剪力和弯矩）组成。四、几何构造分析1、分析图示结构的几何构造解析：铰接三角形是一个无多余约束的几何不变体系，可将其视为一个刚片，不会改变结构的几何构造特点。①将左下角的铰接三角形简化为1个刚片。对称的，右下角同样处理。原结构简化为②刚片和杆1、杆2又组成铰接三角形，简化为新的刚片。对称的，右边同样处理。原结构简化为③左右2个刚片和杆3又组成铰接三角形，简化为新的刚片。原结构简化为④将基础视为一个刚片，右边支座里的链杆也视为一个刚片。则上图中三个刚片铰接成三角形，形成无多余约束的几何不变体系。因此，原结构是静定结构五、静定桁架受力分析1、指出图示桁架中的零杆解析：①铰限制杆的相对移动，不限制转动。因此铰对杆有约束力，而没有约束力矩。②将杆从两端的结点处截开，取杆为隔离体。由①可知隔离体两端有约束力F1和F2，此外没有其它外力。因此，F1和F2是一对平衡力。由二力平衡条件可知，必定同在杆的轴线上。总之，桁架杆只有轴力，且沿着杆的轴线方向。③取结点A为隔离体，受力分析图如下由平衡条件可知，该力系在任意方向上的投影之和为零，N1=N2=0总结：无外荷载的L形结点所连杆件为零杆④取结点B为隔离体，受力分析图如下力系在竖直方向上的投影之和为零，N5=0总结：无外荷载和T型结点所连腹杆为零杆⑤去掉