建筑力学--ppt课件

第一章绪论1力学/Mechanics力学/Mechanics，不同的专家学者、科研机构给出了不同的定义，以下选取百度百科、Wikipedia中的定义。力学是一门独立的基础学科，是有关力、运动和介质（固体、液体、气体和等离子体），宏、细、微观力学性质的学科，研究以机械运动为主，及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。-百度百科Mechanicsisanareaofscienceconcernedwiththebehaviorofphysicalbodieswhensubjectedtoforcesordisplacements,andthesubsequenteffectsofthebodiesontheirenvironment.-Wikipedia力学根据不同的分类方法，具有不同的分类，例如：根据发现时间，可以包括经典力学、量子力学；根据学科分类，可以包括一般力学与力学基础、固体力学、流体力学、工程力学；根据研究的介质是否连续，可以包括连续介质力学、非连续介质力学；在土木工程中可以包括，理论力学、材料力学、结构力学；等。力学的各个分类之间既有相同又有差别，建筑力学直接来源于土木工程三大力学：理论力学、材料力学、结构力学，节选了三大力学中的部分内容。其中：理论力学主要研究质点的作用力（即静力学）；质点的运动轨迹、速度、加速度（即运动学）；质点的作用力与运动之间的关系（即动力学）。材料力学主要研究单一杆件的拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲的力学分析（即强度）；单一杆件的拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲的变形分析（即刚度）；单一杆件的受压稳定（即稳定性）。结构力学主要研究若干杆件静定结构、超静定结构的内力、位移计算。1PPT课件2建筑力学的先修和后续课程：建筑力学是为大学本科建筑学专业开设的一门专业课，以高等数学、建筑制图等课程为基础，为后续建筑结构（混凝土结构、钢结构、地基基础、建筑结构抗震）等课程提供基础。3建筑力学的研究对象：对常见建筑工程结构（梁、刚架、桁架、组合结构、拱）进行力学设计计算、分析研究。4建筑力学的主要内容：静力学（静力学公理、刚体受力分析、平面力系、空间力系）。建筑结构的类型和计算简图。结构的几何构造分析。单一杆件应力、应变分析（拉伸、压缩、弯曲）。静定结构（梁、刚架、桁架）内力计算（轴力、剪力、弯矩）、位移计算（荷载作用、温度变化、支座移动）。超静定结构内力计算、位移计算（力法、位移法）。压杆稳定。2PPT课件5建筑力学的学习方法：课前预习、课后复习。课上认真听讲、积极思考。独立、认真、按时完成作业。阅读土木工程专业力学参考书。6建筑力学的作用：为后续建筑结构等课程提供基础。注册建筑师考试中涉及。土木、机械类硕士研究生考试中涉及。为工作中建筑结构设计、分析打下基础。7出勤、作业、考试、答疑、成绩：出勤：应严格按照学校规定执行，严禁迟到、早退。作业：每节课课后布置，独立、认真、按时完成，在下节课课前提交。考试：包括期中考试、期末考试，考试范围为课堂所讲内容。答疑：对于普遍存在的疑问，采用课上统一讲解的方式；对于个别提出的疑问，采用课下时间讲解，或通过邮箱、电话等方式解答。成绩：根据出勤、作业、考试等因素综合评定。3PPT课件8教材和参考书籍：教材：吕令毅,吕子华.建筑力学(第二版).北京:中国建筑工业出版社,2010.参考书籍：[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(Ⅰ,Ⅱ)(第7版).北京:高等教育出版社,2009.[2]刘鸿文.材料力学(Ⅰ,Ⅱ)(第5版).北京:高等教育出版社,2011.[3]龙驭球,包世华,袁驷.结构力学(Ⅰ,Ⅱ)(第3版).北京:高等教育出版社,2001.[4]《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册(第二版).北京:中国建筑工业出版社,1998.[5]S.P.Timoshenko,D.H.Young.TheoryofStructures(2ndedition).NewYork:Mcgraw-HillCollege,1965.4PPT课件5PPT课件第二章静力学基础2.1力的概念力是物体间相互的机械作用。力具有大小和方向，所以说力是矢量，可以用一带箭头的直线段将力表示出来。力的国际单位是牛顿(N)或千牛顿（kN）。6PPT课件质点——就是有质量但不存在体积或形状的点，是物理学的一个理想化模型。在物体的大小和形状不起作用，或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时，我们近似地把该物体看作是一个只具有质量而其体积、形状可以忽略不计的理想物体，用来代替物体的有质量的点称为质点。刚体——在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变的物体。绝对刚体实际上是不存在的，只是一种理想模型，因为任何物体在受力作用后，都或多或少地变形，如果变形的程度相对于物体本身几何尺寸来说极为微小，在研究物体运动时变形就可以忽略不计。把许多固体视为刚体，所得到的结果在工程上一般已有足够的准确度。但要研究应力和应变，则须考虑变形。由于变形一般总是微小的，所以可先将物体当作刚体，用理论力学的方法求得加给它的各未知力，然后再用变形体力学，包括材料力学、弹性力学、塑性力学等的理论和方法进行研究。7PPT课件作用在构件上的外力如果作用面面积相对较大而不能简化为集中力时，应简化为分布力。作用在构件上的外力如果作用面面积远远小于构件尺寸，可以简化为集中力。力的三要素是力对物体的作用效果。取决于：力的大小、方向与作用点。8PPT课件2.2静力学的定律和原理公理一(二力平衡公理)要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。公理二(加减平衡力系公理)可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。9PPT课件公理三(力平行四边形公理)作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。推论(力在刚体上的可传性)作用于刚体的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。10PPT课件推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。公理四(作用和反作用公理)任何两个物体间的相互作用的力，总是大小相等，作用线相同，但指向相反，并同时分别作用于这两个物体上。11PPT课件2.3力系的分类和简化力系——作用于同一个物体上的一组力。力系的分类：1工程结构——平面力系、空间力系2静力学——汇交力系、平行力系、任意力系力系种类：平面汇交力系、平面平行力系、平面任意力系、空间汇交力系、空间平行力系、空间任意力系12PPT课件cosXFFsinYFF力在坐标轴上的投影22XYFFFtanYXFF已知合力求分力公式：已知分力求合力公式：求图中各力在轴上的投影，投影的正负号按规定观察判定。11cos451000.70770.7XFFN11sin451000.70770.7YFFN22cos601000.550XFFN22sin601000.86686.6YFFN33cos301000.86686.6XFFN33sin301000.550YFFN66sin010000YFF66cos01001100XFFN55sin901001100YFFN55cos9010000XFF44sin601000.86686.6YFFN44cos601000.550XFFN13PPT课件汇交力系的简化汇交力系：作用在物体上的各个力，如果其作用线交汇于同一点，则称该力系为汇交力系。几何法14PPT课件15PPT课件解析法Rx=∑FixRy=∑Fiy16PPT课件求图示平面汇交力系的合力，已知：F1=3kN，F2=5kN，F3=6kN，F4=4kN。Rx=3cos45º+5cos30º-6cos60º-4=-0.549kNRy=3sin45º-5sin30º-6cos60º-0=-3.379kNR=(-0.549)2+(-3.379)2=3.423kN=arccos[(-0.549)/3.423]=260.8º空间汇交力系：是指各力的作用线汇交于同一点的力系，且汇交力系中各力的作用线不位于同一平面内的力系。二次投影法：计算力在x轴和y轴上的投影时，先将力投影在xoy平面上得Fxy（力在平面上的投影规定为矢量），然后再将Fxy投影到x轴和y轴上。此方法称为二次投影法。合力的大小合力的方向17PPT课件18PPT课件19PPT课件任意力系的简化力矩——力F对O点的矩记为Mo(F)=F×r。力矩大小——|Mo(F)|=F*d力矩方向——矢积方向，按照右手法则。力矩的性质：1、力沿作用线移动时，对某点的矩不变2、力作用过矩心时，此力对矩心之矩等于零3、力矩的值与矩心位置有关，同一力对不同的矩心，其力矩不同。平面一般力系：指的是力系中各力的作用线在同一平面内任意分布的力系称为平面一般力系。又称为平面任意力系。20PPT课件力偶——大小相等的二反向平行力。作用效果：只引起物体的转动。力和力偶是静力学的二基本要素。力偶特性：1、力偶在任何坐标轴上的投影等于零。力偶对物体只产生转动效应，不产生移动效应。2、力偶无合力，即力偶不能与一个力等效，也不能与一个力平衡，力偶只能与另一力偶平衡。力偶臂——力偶中两个力的作用线之间的距离。力偶矩——力偶中任何一个力的大小与力偶臂d的乘积，加上适当的正负号。m(F,F′)=m=±Fd21PPT课件同一平面上力偶的等效条件：作用在刚体内同一平面上的两个力偶相互等效的充要条件是二者的力偶矩大小值相等，转向相同。因此，以后可用力偶的转向箭头来代替力偶。推论1力偶可在其作用面内任意移动，而不改变它对刚体的效应。推论2只要保持力偶矩的大小和力偶的转向不变，可同时改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变力偶对刚体的作用。平面力偶系可合成一个合力偶，其合力偶矩等于各分力偶矩之和。力对点的矩与力偶矩的区别：相同处：力矩的量纲与力偶矩的相同。不同处：力对点的矩可随矩心的位置改变而改变，但一个力偶的矩是常量。22PPT课件力的平移定理——作用于刚体上某点力F，可以平行移动到刚体上任意一点，但须同时附加一个力偶，此附加力偶的矩等于原力F对新作用点的矩。性质：1、当力平移时，力的大小、方向都不改变，但附加力偶的矩的大小与正负一般要随指定O点的位置的不同而不同。2、力平移的过程是可逆的，即作用在同一平面内的一个力和一个力偶，总可以归纳为一个和原力大小相等的平行力。3、力平移定理是把刚体上平面任意力系分解为一个平面共点力系和一个平面力偶系的依据。23PPT课件力系向任意一点O的简化应用力的等效平移定理，将平面一般力系中的各个力（以三个力为例）全部平行移到作用面内某一给定点O。从而这力系被分解为一个平面汇交力系和一个平面力偶系。这种等效变换的方法称为力系向给定点O的简化。点O称为简化中心。汇交力系F1、F2、F3的合成结果为一作用在点O的力F。这个力矢F称为原平面任意力系的主矢。附加力偶系的合成结果是一个作用在同一平面内的力偶M，称为原平面任意力系对简化中心O的主矩。因此，平面任意力系向任意一点的简化结果为一个主矢F和一个主矩M，这个结果称为平面任意力系的一般简化结果。24PPT课件主矢、主矩的计算：主矢方向角的正切：主矩M可由下式计算：主矢按力多边形规则作图求得或用解析法计算。几点说明：1、平面任意力系的主矢的大小和方向与简化中心的位置无关。2、平面任意力系的主矩的大小与转向与简化中心O的位置有关。因此，在说到力系的主矩时，一定要指明简化中心。25PPT课件空间一般力系：力系中各力的作用线任意分布的力系称为空间一般力系。又称为空间任意力系。26PPT课件27PPT课件28PPT课件29PPT课件2.4静力分析·平面力系的平衡条件30PPT课件31PP