建筑力学：静力学的基本概念.ppt

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1、第一章 静力学的基本概念13.3.力的单位：力的单位：国际单位制：牛顿国际单位制：牛顿(N)(N)千牛顿千牛顿(kN)(kN)1-1 1-1 力和平衡的概念力和平衡的概念一、力的概念一、力的概念1 1定义定义：力是物体间的相互机械作用，力是物体间的相互机械作用，这种作用这种作用 使物体的运动状态或形状发生改变。使物体的运动状态或形状发生改变。2.2.力的效应力的效应：运动效应运动效应(外效应外效应)变形效应变形效应(内效应内效应)。2力的三要素力的三要素大小，方向，作用点大小，方向，作用点力是一矢量力是一矢量，用数学上的矢量记号来表示，如图。，用数学上的矢量记号来表示，如图。F FAFn 分布

2、力分布力 分布在结构某一表面，通常用分布在结构某一表面，通常用荷载集度荷载集度度量度量 n 集中力集中力 集中作用于结构一点集中作用于结构一点3集集 中中 荷荷 载载汽车通过轮胎作用在桥面上的力汽车通过轮胎作用在桥面上的力4分分 布布 荷荷 载载桥面板作用在钢梁的力桥面板作用在钢梁的力5二、刚体和平衡的概念二、刚体和平衡的概念刚体刚体在力作用下不发生变形的物体。在力作用下不发生变形的物体。平衡平衡物体相对于地球保持静止或做匀速直线物体相对于地球保持静止或做匀速直线运动的状态。运动的状态。三、力系、等效力系、平衡力系、平衡条件三、力系、等效力系、平衡力系、平衡条件汇交力系汇交力系力偶系力偶系平行

3、力系平行力系一般力系一般力系力系力系6一、二力平衡公理一、二力平衡公理 作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要作用于刚体上的两个力平衡的充分与必要条件是这两个力大小相等、方向相反、作用线条件是这两个力大小相等、方向相反、作用线在一条直线上。在一条直线上。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力杆1-2 1-2 静力学基本公理静力学基本公理7推论推论 (力在刚体上的可传性力在刚体上的可传性)作用于刚体上某点的力，可沿其作用线移动作用于刚体上某点的力，可沿其作用线移动到刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作用到刚体内任意一点，而不改变该力对刚体的作

4、用效应。效应。=F FA AF F2 2F F1 1F FA AB BF F1 1A AB B二、加减平衡力系公理二、加减平衡力系公理 在作用于刚体上的已知力系上，加上或减在作用于刚体上的已知力系上，加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。的作用效应。8A A 作用于物体上同一点的两个力可合成为作用于同作用于物体上同一点的两个力可合成为作用于同一点的一个合力。合力的大小与方向由原两力为一点的一个合力。合力的大小与方向由原两力为邻边而作出的平行四边形的对角线来确定。邻边而作出的平行四边形的对角线来确定。F F1 1F F2 2R R矢量

5、表达式：R=FR=F1 1+F+F2 2即，合力为原两力的矢量和。三、力的平行四边形法则三、力的平行四边形法则推论：力的三角形法则推论：力的三角形法则9四、三力平衡汇交定理四、三力平衡汇交定理一刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力一刚体受不平行的三力作用而平衡时，此三力的作用线必共面且汇交于一点的作用线必共面且汇交于一点。此定理说明了不平行的三个力平衡的必要条件，当两个力此定理说明了不平行的三个力平衡的必要条件，当两个力的作用线相交时，可用来确定第三个力作用线的方位的作用线相交时，可用来确定第三个力作用线的方位。10五、作用力和反作用力定律五、作用力和反作用力定律两个物体间的相互作用的一对力

6、，总是大小相等，两个物体间的相互作用的一对力，总是大小相等，方向相反，作用线相同，并分别而且同时作用于这方向相反，作用线相同，并分别而且同时作用于这两个物体上。两个物体上。例例 吊灯11 阻碍物体运动的限制条件称为阻碍物体运动的限制条件称为约束约束。约束对。约束对该物体必然作用一定的力，这种力称为该物体必然作用一定的力，这种力称为约束反约束反力力。约束反力的方向。约束反力的方向总是与物体的运动或运动总是与物体的运动或运动趋势的方向相反趋势的方向相反，它的作用点就是约束与被约，它的作用点就是约束与被约束物体的接触点。束物体的接触点。1-3 1-3 约束与约束反力约束与约束反力一、约束与约束反力的

7、概念一、约束与约束反力的概念约束力（反力）主动力（荷载）作用在物体上的力作用在物体上的力12大小常常是未知的；大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：约束反力特点：GGN1N213绳索类绳索类只能受拉只能受拉，所以它们的约束反力是，所以它们的约束反力是作用在接触点作用在接触点，方，方向向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。PPTS1S1S2S2 二、二、常见的几种类型的约束常见的几种类型的约束1 1、柔索约束、柔索约束142 2、光滑接触面约束、光滑接触面约束约

8、束反力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向，方向沿公法线，指向受力物体沿公法线，指向受力物体153 3、光滑圆柱铰链约束、光滑圆柱铰链约束A AB BN NA AB B16A AB BN NA AN NB BA AC CB B4 4、链杆约束：、链杆约束：17N Ny yN Nx x5 5、固定铰支座：固定铰支座：N N 186 6、可动铰支座：、可动铰支座：N NN N19 7 7、固定端支座、固定端支座20画受力图的方法与步骤：画受力图的方法与步骤：1 1、取隔离体（研究对象）、取隔离体（研究对象）2 2、画出研究对象所受的全部主动力（使物体产生、画出研究对象所受的全部主动力（使物体

9、产生 运动或运动趋势的力）运动或运动趋势的力）3 3、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束、在存在约束的地方，按约束类型逐一画出约束 反力反力4 4、区隔离体时的抛弃部分对分离体的力不能丢。区隔离体时的抛弃部分对分离体的力不能丢。1-4 1-4 物体的受力分析与受力图物体的受力分析与受力图21画出重物和画出重物和ABAB杆的受力图杆的受力图例例122例例2 2 重量为重量为F FW W 的小球放置在光滑的斜面上，并用的小球放置在光滑的斜面上，并用绳子拉住，画出此球的受力图。绳子拉住，画出此球的受力图。【解解】以小球为研究对象，解除小球的约束，画以小球为研究对象，解除小球的约束，画出分离体，

10、小球受重力出分离体，小球受重力(主动力主动力)F)FW W，并画出，同，并画出，同时小球受到绳子的约束反力（拉力）时小球受到绳子的约束反力（拉力）F FTATA和斜面的和斜面的约束反力（支持力）约束反力（支持力）F FNBNB。23【解解】取梁为研究对象，解除约束，画出分离体，取梁为研究对象，解除约束，画出分离体，画主动力画主动力F F；A A端为固定铰支座，用水平和竖直的两端为固定铰支座，用水平和竖直的两个未知力个未知力F FAxAx和和F FAyAy表示；表示；B B端为移动铰支座，它的约端为移动铰支座，它的约束反力用束反力用F FB B表示，但指向可任意假设。表示，但指向可任意假设。例例

11、3 3 水平梁水平梁ABAB受已知力受已知力F F作用，作用，A A端为固定铰支座，端为固定铰支座，B B端为移动铰支座，梁的自重不计，画出梁端为移动铰支座，梁的自重不计，画出梁ABAB的受力的受力图。图。24画受力图应注意的问题画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。接触处必有力，力的方向由约束类型而定。2 2、不要多画力、不要多画力要注意力是物

12、体之间的相互机械作用。因此对要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。它是哪一个施力体施加的。1 1、不要漏画力、不要漏画力25约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不

13、要把箭头方向画错。不要把箭头方向画错。3 3、不要画错力的方向、不要画错力的方向4 4、受力图上不能再带约束、受力图上不能再带约束。即受力图一定要画在隔离体上即受力图一定要画在隔离体上。26一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。内力，就成为新研究对象的外力。对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。部或单个物体的受力图上要与之保持一致

14、。5 5、受力图上只画外力，不画内力、受力图上只画外力，不画内力。6 6、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。相互协调，不能相互矛盾。7 7、正确判断二力构件。、正确判断二力构件。271-5 1-5 结构的计算简图及分类结构的计算简图及分类计算简图是实际结构的简化模型。计算简图是实际结构的简化模型。选用原则要能反映实际结构的主要受力特性；要能反映实际结构的主要受力特性；同时又要便于分析和计算。同时又要便于分析和计算。杆件及杆与杆之间的连接构造的简化（杆件及杆与杆之间的连接构造的简化（节点的简化节点的简化）支座的简

15、化支座的简化荷载的简化荷载的简化28结构中杆件的交点称为节点结构计算简图中的节点有：铰节点、刚节点、组 合节点等三种。29组合结点 如果结点上的一些杆件用铰链连接，另一些杆件刚如果结点上的一些杆件用铰链连接，另一些杆件刚性连接，这种结点称为组合结点。性连接，这种结点称为组合结点。30活动铰支座（滚轴支座）活动铰支座（滚轴支座）建筑结构的支座通常分为建筑结构的支座通常分为固定铰支座固定铰支座，活动铰活动铰支座支座，固定固定(端端)支座支座和和定向支座定向支座四类。四类。31固定铰支座固定铰支座32 固定支座固定支座33定向支座：将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接的支座。M MFN 定向

16、支座定向支座MY34荷载荷载 狭义荷载：力 广义荷载：能使结构产生内力或变形的原因温度变化、支座沉陷、制造误差、材料收缩、温度变化、支座沉陷、制造误差、材料收缩、松弛、徐变、初应力、初应变等松弛、徐变、初应力、初应变等35根据荷载作用的性质静力荷载静力荷载：大小、方向、位置不随时间变化或变化：大小、方向、位置不随时间变化或变化 使结构产生的加速度很小，惯性力的使结构产生的加速度很小，惯性力的影影 响可忽略响可忽略动力荷载动力荷载：随时间迅速变化，短时间内突然作用或消失：随时间迅速变化，短时间内突然作用或消失根据荷载作用的时间n 恒载恒载 指长期作用在结构上的不变荷载指长期作用在结构上的不变荷载

17、n 活载活载 在建筑施工和使用期间可能存在的可变荷载在建筑施工和使用期间可能存在的可变荷载根据荷载的分布情况n 分布荷载分布荷载 满布在结构某一表面荷载满布在结构某一表面荷载n 集中荷载集中荷载 集中作用与结构一点的荷载集中作用与结构一点的荷载36线分布荷载线分布荷载 沿直线或曲线分布的荷载（单位：沿直线或曲线分布的荷载（单位：KN/mKN/m）；）；面分布荷载面分布荷载 沿平面或曲面分布的荷载（单位：沿平面或曲面分布的荷载（单位：KN/mKN/m2 2）；）；体分布荷载体分布荷载 沿物体内各点分布的荷载（单位：沿物体内各点分布的荷载（单位：KN/mKN/m3 3）。）。分布荷载分布荷载 的合力计算的合力计算 分布荷载的合力作用在分布区域的中心，分布荷载的合力作用在分布区域的中心，指向不变，其大小等于分布集度指向不变，其大小等于分布集度 的大小的大小q q乘以分布范围。乘以分布范围。37杆件结构的分类杆件结构的分类从结构计算简图划分从结构计算简图划分梁 梁是一种受弯构件，其轴线通常为直线。拱 拱的轴线为曲线，其力学特点是在竖向荷载作 用下有水平支座反力（推力）桁架 桁架由直杆组成，节点都为铰节点刚架 刚架由直杆组成，节点为刚节点组合结构 垳架和梁或刚架组合在一起形成的结构，含有组合结点38