土木工程(专业)概论（第4版）课件：土木工程中的力学和结构概念

1土木工程专业大学生：掌握三大力学(理论力学、材料力学、结构力学)掌握三大结构(混凝土结构、钢结构、砌体结构)力学一级学科包括：一般普通力学、固体力学、流体力学、工程力学与土木工程专业关系最紧的有：理论力学、材料力学、结构力学、土力学、流体力学等，土木工程教学计划已作为必修课安排道路工程概述土木工程中的力学和结构概念2弹性力学、塑性力学、岩石力学、高等流体力学、非线性力学、振动分析计算力学、断裂力学、空气动力学、冻土力学（低温力学）、结构矩阵分析、结构优化分析设计、结构软件设计理论等也被根据实际情况设为任意选修课，有的纳入研究生教学课程。道路工程概述土木工程中的力学和结构概念道路工程概述土木工程中的力学和结构概念道路工程概述1力、力矩和平衡

力(Force)是一种物体间有方向的相互作用，这种相互作用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者俱有的效应。

3道路工程概述土木工程中的力学和结构概念

图道路工程概述1可以说明力矩和平衡的概念。在这个处于静止状态的装置中，任何一个支杆都有一组重力作用在上面，每个重力围绕悬挂点的转动效应都可量化为该重力值和悬挂点到重力作用线的垂直距离的乘积Fi×di表示，这个转动效应称为力矩（Moment，在土木工程中习称弯矩）。力矩既可按顺时针方向转动，也可按逆时针方向转动，当两个方向转动效应之和为零时（∑M=0），称处于转动平衡(RotationEquilibrium)状态。45道路工程概述土木工程中的力学和结构概念图道路工程概述1基本平衡图道路工程概述土木工程中的力学和结构概念道路工程概述2外力、内力和反力在多个物体组成的系统中，由系统之外的物体对这个系统的作用力称为外力，包括风化作用、侵蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用。物体因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力称为内力。6道路工程概述土木工程中的力学和结构概念土木工程结构中的基本内力特征如图道路工程概述3：7图道路工程概述3道路工程概述土木工程中的力学和结构概念（1）产生拉伸变形的是拉力（Tension），一般以+N表示；（2）产生压缩变形的是压力（Compression），一般以-N表示；（3）产生弯曲变形的是弯矩（Moment），一般以M表示；（4）产生剪切变形的是剪力(Shear)，一般以V表示；（5）产生扭曲变形的是扭矩（Torsion），一般以MT表示。8道路工程概述土木工程中的力学和结构概念9荷载永久荷载可变荷载偶然荷载10道路工程概述土木工程中的力学和结构概念作用约束变形作用外加变形作用惯性作用11道路工程概述土木工程中的力学和结构概念图道路工程概述8荷载和作用分类道路工程概述土木工程中的力学和结构概念

道路工程概述4结构和结构失效

结构的构件有以下几种：

（1）板

（2）梁

（3）柱

（4）墙（7）壳

（5）杆（8）索

（6）拱（9）膜12道路工程概述土木工程中的力学和结构概念

13图道路工程概述9结构的基本构件道路工程概述土木工程中的力学和结构概念

14图道路工程概述10建筑工程中房屋结构的各种形式示意15力学在工程中的应用示例分析大型桥梁建筑结构工程事故上海南浦大桥道路工程概述土木工程中的力学和结构概念16想一想：立柱越高越好吗？缆索越粗越好吗？斜拉索桥缆索与立柱17【想一想】

1.民用建筑物的主要组成部分的受力特征是什么？

2.民用建筑中基础所承受的荷载有哪些？【提示】

从梁、板、柱三个方向着想！道路工程概述土木工程中的力学和结构概念182010年1月3日，云南建工集团市政公司承建的昆明新机场配套引桥工程，浇筑混凝土过程中突然发生支架垮塌事故，垮塌长度约38.5米，宽为13.2米，支撑高度约为8米，事发时，作业面下有40多人。支架垮塌事故共造成7人死亡，26人轻伤，8人重伤。事故原因——浇灌混凝土过程中支架中的支撑体系失稳。工程事故道路工程概述土木工程中的力学和结构概念19地基强度不足，导致塔的上部倾斜道路工程概述土木工程中的力学和结构概念20纪录片：TacomaNarrowsBridge（高清）【案例】美国塔科马大桥因风荷载作用小引起的共振而倒塌道路工程概述土木工程中的力学和结构概念21【案例】宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。破坏原因：未设置必要的支撑而导致失稳破坏。道路工程概述土木工程中的力学和结构概念22理论力学的研究对象和内容理论力学：研究物体机械运动一般规律的科学。机械运动：物体在空间的位置随时间的改变。研究内容：速度远小于光速宏观物体机械运动，以伽利略和牛顿总结的基本规律为基础，属于古典力学的范畴。静力学运动学动力学道路工程概述土木工程中的力学和结构概念23主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件；同时也研究物体受力的分析方法，以及力系简化的方法。静力学道路工程概述土木工程中的力学和结构概念24只从几何的角度来研究物体的运动（如轨迹、速度、加速度等），而不研究引起物体运动的物理原因。运动学动画：刚体运动道路工程概述土木工程中的力学和结构概念25研究受力物体的运动和作用力之间的关系。动力学动画：刚体动力学道路工程概述土木工程中的力学和结构概念26研究杆件在拉、压、弯、剪、扭五种作用下的强度特性及变形、稳定等刚度特性是机械、土建、水利、石油与天然气、船舶等等专业工程技术人员必修的技术基础课程

材料力学道路工程概述土木工程中的力学和结构概念27材料力学的任务：为合理设计构件提供有关强度、刚度和稳定计算的基本理论和方法。问题：结合专业举例说明什么时候需考虑强度、刚度和稳定的实例。道路工程概述土木工程中的力学和结构概念28

结构力学研究结构在荷载作用下内力、变形的计算方法，结构稳定性及在动力荷载作用下的结构反应。研究对象：梁、拱、桁架、框架、平板、壳体等杆件结构、实体结构、板壳结构。

结构力学道路工程概述土木工程中的力学和结构概念29研究弹性体在外力作用或温度改变及支座沉陷等原因发生时的应力、变形、位移；研究对象：非杆状的实体结构(如板、壳、挡土墙、堤坝、地基等)可以得到较精确的分析结果；研究内容:

平面问题、空间问题的基本理论，平面问题的直角坐标、极坐标解答，差分法、变分法、有限单元法求解平面问题、空间问题的解答，薄板弯曲问题等。弹性力学道路工程概述土木工程中