建筑力学01第一章力学基础知识

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建筑力学基础第一章 力和力偶

建筑力学基础第一章 力和力偶

§1-2 力在坐标轴的投影
例: 试求下图中各力在轴上的投影,投影的正负号按规 定观察判定。
注意:投影与分力不是同一概念。力的投影X,Y是 代 数量,分力是矢量。
§1-2 力在坐标轴的投影
二、合力投影定理:
合力在任一轴上的投影,等于它的各分力在同 一轴上的投影的代数和。
证明:以三个力组成的共点力系为例。设有三个共点 力F1、F2、F3 如图。
1
A1
F2 A2
F1
A
证明:
=
F3
A A3
F2
A3 F3
静力学公理
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。
§1-2 力在坐标轴的投影
例: 试求下图中各力在轴上的投影,投影的正负号按规 定观察判定。
§1-2 力在坐标轴的投影
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 用线相同。
受二力作用而处于平衡的杆件或构件称为二力杆件 (简称为二力杆)或二力构件。
静力学公理
公理二 (加减平衡力系公理)
在作用于刚体上的已知力系上,加上或减去任意 平衡力系,不会改变原力系对刚体的作用效应。
推论1 力的可传性原理 作用于刚体上某点的力,可沿 其作用线任意移动作用点而不 改变该力对刚体的作用效应。
§ 1– 1
力的概念

力——力是物体相互间的机械作用
作用力 反作用力
同时出现
§ 1– 1

力的作用效果
改变物体
运动状态
外效应
引起物体变形
内效应
§ 1– 1
力的表示

建筑力学1静力学基础

建筑力学1静力学基础

等效力系——对物体的作用效果相同的两个力系。
力系的简化----用一个简单的力系等效替换一个复杂
的力系
平衡力系——能使物体维持平衡的力系。
合 力——能和一个力系等效的一个力。

力——组成合力的各个力。
8
力系的分类: 平面力系、空间力系:
各力的作用线都在同一平面内的力系称平
面力系,否则称为空间力系。
平面力系的分类:
19
公理4:作用与反作用定律 两个相互作用物体之间的作用力与反作 用力大小相等,方向相反,沿同一直线且分别 作用在这两个物体上。
F
F’ F=F’
20
公理5:刚化原理 变形体在某一力系作用下处于平衡,如将 此变形体刚化为刚体,其平衡状态保持不变。
注意:刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件, 而非充分条件。
mAmA FA xFA x Ay FA yF
a
b
c
d
32
=
=
用细石砼
用沥青麻丝
Fx
用细石砼,简化为固端支座
用沥青麻丝,简化 为固定铰支座
33
6.二力杆 链杆约束—一个约束反力。
链杆就是两端铰接而中间不受力的刚性直杆,由此 所形成的约束称为链杆约束。这种约束只能限制物体 沿链杆轴线方向上的移动。链杆可以受拉或者是受压, 但不能限制物体沿垂直链杆方向的移动和转动,所以, 链杆约束的约束反力沿着链杆两铰链中心的连线指向 或背离物体,其指向可任意假设。
6
力的三要素
大小 方向
作用点
确定力的必要因素 力的表示法 ——力是一矢量,用数学上的矢量 记号来表示,如图。
F
力的单位——在国际单位制中,力的单位是牛顿(N) 1N= 1公斤•米/秒2 (kg •m/s2 ),

建筑力学01第一章_力学基础知识

建筑力学01第一章_力学基础知识

建筑结构的支座通常分为固定铰支座,可动铰 支座,和固定(端)支座三类。
1.固定铰支座
固定铰支座的示意图。构件与支座用光滑的圆柱铰链联接, 构件不能产生沿任何方向的移动,但可以绕销钉转动,可 见固定铰支座的约束反力与圆柱铰链约束相同,即约束反 力一定作用于接触点,通过销钉中心,方向未定。固定铰
支座的简图所示。约束反力所示,可以用FRA和一未知方向
球A 受三个力作用: 作用于滑轮C 的力:
A P
P TE
TG C TG
(3)
NF
NG
例题1-2 等腰三角形构架ABC 的顶点A、B、C 都用铰 链连接,底边AC 固定,而AB 边的中点D 作用有平行于 固定边AC 的力F,如图1–13(a)所示。不计各杆自重,试 画出AB 和BC 的受力图。
解: 1、杆BC 所受的力:
推论:力的可传性 力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不 改变它对刚体的作用效应
1.3 力的投影.力沿坐标轴的分解
y
一、力在坐标轴上的投影:
b´ F
Fx F cos
Fy F cos
B
y


F Fx
O
a
b
x
结论:力在某轴上的投影,等于力的模乘以力与 该轴正向间夹角的余弦。
反之,当投影Fx 、Fy 已知时,则可求出 力 F 的大小和方向: Fy Fx 2 2 cos cos F Fx Fy F F
例题1-1
在图示的平面系统中,匀质球A重为P,借本身重
量和摩擦不计的理想滑轮C 和柔绳维持在仰角是 的光滑 斜面上,绳的一端挂着重为Q 的物体B。试分析物体B、球A 和滑轮C 的受力情况,并分别画出平衡时各物体的受力图 。

1建筑力学基本知识

1建筑力学基本知识
Fx F cos Fy F cos
b´ F a´
B
y


F Fx
b
O
a
x
结论:力在某轴上的投影,等于力的大小乘以力 与投影轴正向间夹角的余弦。 反之,当投影Fx 、Fy 已知时,则可求出 力 F 的大小和方向: Fy Fx 2 2 cos cos F Fx Fy F F
N1
G
G N2
1.柔性约束
由柔软而不计自重的绳索、链条等构成的约 束称为柔性约束。
绳索类只能受拉,所以它们的约束反力是作用在 接触点,方向沿绳索背离物体。
S1 S'1
T
P P
S2
S'2
2.光滑接触面约束
物体间光滑接触时(摩擦力很小,略去不计) 时,只能限制物体沿着接触面的公法线方向且 指向物体的运动,而不能限制物体在其他方向 的运动,所以光滑接触面约束反力为压力,通 过接触点,沿着接触面的公法线指向物体。
合力矩定理
定理:平面汇交力系的合力对其平面内任一 点的矩等于所有各分力对同一点之矩的代 数和。 Mo(FR)=ΣMo(F) 上式称为合力矩定 理。合力矩定理建立了 合力对点之矩与分力对 同一点之矩的关系。这 个定理也适用于有合力 的其它力系。
例1 试计算力对A点之矩。
解 本题有两种解法。 方法一: 按力矩的定义计算 由图中几何关系有: d=ADsinα =(AB-DB)sinα =(AB- BCxctg)sinα =(a- bctgα )sinα =asinα -bcosα 所以
力偶的性质 力和力偶是静力学中两个基本要素。力 偶与力具有不同的性质: (1)力偶不能简化为一个力,即力偶不 能用一个力等效替代。因此力偶不能与 一个力平衡,力偶只能与力偶平衡。 (2)无合力,故不能与一个力等效; (3)力偶对其作在平面内任一点的矩恒 等于力偶矩,与矩心位置无关。

建筑力学第1讲

建筑力学第1讲
300
l
y A
FAx
F
B
300
z
F Ay
x 300 FB
二、物体系统的受力图
例1-5 水平均质梁AB重为P1,电 动机重为P2 ,不计杆CD的
自重,画出杆CD和梁AB的
受力图。图(a)
解:
取CD杆,其为二力构件,简
称二力杆,其受力图如图(b)
二、物体系统的受力图
取AB梁,其受力图如图 (c) CD杆的受力图能否 画为图(d)所示?
W
B
去摩擦。试作直杆的受力图。
解:取杆AB为研究对象。 EF为柔绳约束。约束反力为TE A为光滑接触面约束,公法线 垂直于地面,约束反力为NA D为光滑面约束,公法线垂直 于直杆表面,约束反力为ND
A
E
F
TE E A NA C
D
W
B
ND
例1-4 梁AB受力如图所示, 试画AB梁的受力图。
A
F
B
一、单个物体的受力图
例1-1
碾子重为 P ,拉力为 F , A、B
处光滑接触,画出碾子的受力图。
解:画出碾子 的隔离体
画出主动力
画出约束力
例1-2 屋架受均布风力 画出屋架的受力图。 解:取屋架
q(N/m),屋架重为 P ,
画其隔离体 画出主动力
画出约束力
F 例1-3 重为W 的直杆AB搁在台阶上, 与地面上A , D两点接触,在E点用绳 索 E F 与墙壁相连。如图所示, 略 C D
三、平衡的概念
1、平衡: 物体相对于惯性参考系处于静止或
匀速直线运动态。 2、力系:指作用在物体上的一群力。 3、平衡力系:使物体处于平衡状态的力系叫 做平衡力系。

建筑力学

建筑力学

1.4.2 受 力 分 析
图1-26
1.4.2 受 力 分 析
小结
1.静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学,它主要 是解决力系的简化(或力系的合成)问题和力系平衡的问题。
2.力是物体之间的相互作用,力对物体作用的效应,决定于 力的大小、方向(包括方位和指向)和作用点这三要素。
3.直接主动作用于物体上的外力称为荷载,建筑物中支承荷 载、传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。结构中的每一 个基本部分称为构件。
图1-6
图1-7
二力杆:
只受两个力作用而处于平衡的物体称为二力体,如图所示。 机械及建筑结构中的二力体常常统称为二力构件,它们的受力 特点是:两个力的方向必在二力的作用点的连线上。
如果二力构件是一根直杆,则称为二力杆,或称为链杆。 应用二力体的概念,可以很方便地判定结构中某些构件的受力 方向(如桁架结构计算中)。
A (b)
mA A XA
YA
(c)
A
现浇混凝土
(a)
(e) (d)
固定端约束既能够限制物体向任何方向的移动,又
能限制物体向任何方向的转动。对应的约反力为平面内的
相互垂直的两个分力和一个约束力偶。
雨蓬梁
7.滑动支座约束
约束特点:支 座处不能转动,也 不能沿垂方向的、 移动。
其约束力是一力偶和一个与支撑面 垂直的力。
F F
活动铰支座
其约束力的作用线必沿支撑面的法线, 且过铰链中心。
A
FA
(b)
(a) A
(c)
d
(a) (b)
简支梁
5.链杆约束
其约束特点:两端分 别以铰链与不同物 体连接且中间不受 力的直杆。

建筑力学基础知识

建筑力学基础知识
销C 受力图。 【解】根据受力情况可以判断杆AC、BC均为二力杆。画出
AC、BC杆、销C受力图。如图1-20(b)、(c)、 (d) 所示。
图1-20
【例1-5】梁AD和DG用铰链D连接,用固定铰支座A,可动铰 支座C、G与大地相连,如图1-21(a)所示,试画出梁AD、DG
及整梁AG的受力图。
图1-21
力的平行四边形法则
力的三角形法则
三力平衡汇交定理
一刚体受共面不平行的三力作用而平衡时,此三力的作
用线必汇交于一点。
证明:
F1
A1 A A2
A3
F2
=
F1
A
F2
A3
F3
F3
作用与反作用定律
两个相互作用物体之间的作用力与反作用力大小相等, 方向相反,沿同一直线且分别作用在这两个物体上。
三、约束与约束反力
必将D处的约束反力画上,因为对整体而言它是内力。
物体的受力图举例
【1】重量为FW 的小球放置在光滑的斜面上,并 用绳子拉住,如图(a)所示。画出此球的受 力图。
【解】以小球为研究对象,解除小球的约束,画 出分离体,小球受重力(主动力)FW,并画出, 同时小球受到绳子的约束反力(拉力)FTA和斜 面的约束反力(支持力)FNB(图(b))。
【例1-1】
【例1-2】简支梁AB,跨中受到集中力的作用不计梁自重,如图118(a)所示,试画出梁的受力图。 【解】(1)取AB梁为研究对象,解除约束,画脱离体简图;
(2)画主动力F;
(3)画约束反力:如图1-18(b)所示。
(a)
ห้องสมุดไป่ตู้
(b)
图1-18
【例1-3】
【例1-4】如图1-20(a)所示,某支架由杆AC、BC通过销C 连结在一起,设杆、销的自重不计,试分别画出AC、BC杆、

建筑力学第一章完整版

建筑力学第一章完整版

建筑力学第一章完整版关于力的概念是人们在生活和生产实践中,通过长期的观察和分析而逐步形成的。

当人们推动小车时,由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。

这种作用不仅存在于人与物体之间,而且广泛地存在于物体与物体之间,例如机车牵引车辆加速前进时或者制动时,机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。

大量事实说明,力是物体(指广义上的物体,其中包括人)之间的相互机械作用,离开了物体,力就不可能存在。

力虽然看不见,但它的作用效应完全可以直接观察,或用仪器测量出来。

实际上,人们正是从力的作用效应来认识力本身的。

一、力的定义力是两物体之间的相互机械作用,这种作用使物体的机械运动状态发生变化,同时使物体的形状或尺寸发生改变。

前者称为力的运动效应或外效应,后者称为力的变形效应或内效应。

二、力的三要素力对物体作用的效应,决定于力的大小,方向(包括方位和指向)和作用点,这三个因素称为力的三要素。

在这三个要素中,如果改变其中任何一个,也就改变了力对物体的作用效应。

例如沿水平地面推一个木箱(图1-1),当推力F →较小时,木箱不动,当推力F →增大到某一数值时,木箱开始滑动。

如果推力F →的指向改变了,变为拉力,则木箱将沿相反方向滑动。

如果推力F →不作用在A点而移到B点,则木箱的运动趋势就不仅是滑动,而且可能绕C点转动(倾覆)。

所以要确定一个力,必须说明它的大小、方向和作用点,缺一不可。

图1-1 图1-2(1) 力是矢量。

力是一个既有大小又有方向的量,力的合成与分解需要运用矢量的运算法则,因此它是矢量(或称向量)(vector)。

(2) 力的矢量表示。

力矢量可用一具有方向的线段来表示,如图1-2所示。

用线段的长度(按一定的比例尺)表示力的大小,用线段的方位和箭头指向表示力的方向,用线段的起点或终点表示力的作用点。

通过力的作用点沿力的方向的直线称为力的作用线。

本教材中以白体字母上加一箭头,如F →、AB →等来表示矢量,用同文的白体字母(如F,AB)代表该矢量的模(大小)。

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1.4 力矩
力对点之矩(力矩)
力矩作用面
两个要素:
1.大小:力F与力臂的乘积
2.方向:转动方向
M F F h 0
M F r F 0
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20
力矩的表示方法:
一种是:在圆弧上标以箭头的方法; 另一种:标以两个箭头的符号(双箭头符
号)。 即:
• 用双箭头表示力矩。
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整理pptቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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力投影的要点:
力平移力在坐标轴上投影不变; 力垂直于某轴,力在该轴上投影为零; 力平行于某轴,力在该轴上投影的绝对 值为力的大小。
合力投影定理: 平面汇交力系的合力在任一轴上的投影,
等于各分力在同一轴上投影的代数和。即:
F R X F X 1 F X 2 F X n F X i F R Y F Y 1 F Y 2 F Y n F Y i
只有两个力作用下处于平衡的
二力构件 物体 其大小相等、方向相反、
作用于同一直线上。
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受二力作用而处于平衡的杆件或构件 称为二力杆件(简称为二力杆)或二力构件。
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公理二 力的平行四边形法则 (Parallelogram
of forces )
作用在物体上同一点的两个力,可以合成为 仍作用于该点的一个合力,合力的大小和方向由 以原来的两个力为邻边所构成的平行四边形的对 角线矢量来表示。
力对物体作用效应(Effect of an action ):
一是使物体的机械运动状态发生改变,叫做力的 运动效应或外效应。
二是使物体的形状发生改变,叫做力的变形效应 或内效应。
力的单位,采用国际单位时为:
kgm/ s2 或 牛顿(N)
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4
力的三要素: 力的大小 、力的方向 、力的作用点 。
推论:力的可传性 力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不
改变它对刚体的作用效应
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14
1.3 力的投影.力沿坐标轴的分解
y
一、力在坐标轴上的投影:
Fx Fcos Fy Fcos
b´Fy

Oa
B F Fx
bx
结论:力在某轴上的投影,等于力的模乘以力与 该轴正向间夹角的余弦。
反之,当投影Fx 、Fy 已知时,则可求出 力 F 的大小和方向:
力系作用下使物体平衡的力系。
合力与分力
若一个力与一个力系等效。则这个力 称为该力系的合力,而力系中的各个力称 为该合力的一个分力。
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9
1.2 静力学公理
公理一 二力平衡公理
作用于刚体上的两个力,如果大小相等、方向相 反、且沿同一作用线,则它们的合力为零,此时, 刚体处于静止或作匀速直线运动。
第一章 力学基础知识
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1
1.1 静力学基本概念
静力学研究物体作机械运动的特殊 情况——物体处于静止状态时力的平衡 规律。包括:受力分析、力系的简化、 平衡的条件等等。
物体的静平衡是指物体相对于地面 保持静止或作匀速直线运动的状态。
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2
刚体(Rigid body )
在任何外力的作用下,大小和形状始 终保持不变的物体。
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12
推论:三力平衡汇交定理
刚体受到不平行的三个力作用而平衡时, 这三个力的作用线一定交于同一点且位于同一 平面内。
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13
公理三 作用与反作用定律
两个相互作用物体之间的作用力与反作用力大小相等, 方向相反,沿同一直线且分别作用在这两个物体上。
公理四 加减平衡力系公理
在作用于刚体的任意力系上,加上或减去任一 平衡力系,并不改变原力系对刚体的作用效应。
F X 3 F 3 c o s 3 0 1 0 0 0 .8 6 6 8 6 .6 N F Y 3 F 3 s in 3 0 1 0 0 0 .5 5 0 N
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17
F X 4 F 4c o s6 0 1 0 0 0 .5 5 0 N F Y 4 F 4 s in 6 0 1 0 0 0 .8 6 6 8 6 .6 N F X 5 F 5c o s9 0 1 0 0 0 0 F Y 5 F 5 s in 9 0 1 0 0 1 1 0 0 N F X 6 F 6c o s0 1 0 0 1 1 0 0 N F Y6F 6sin0 1 0 0 00
力的图示法:
力具有大小和方向, 所以说力是矢量(vector )。 可以用一带箭头的直 线段将力的三要素 表示出来,
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5
力系的定义
作用于同一个物体上的一组力。
力系(System of forces )的分类
各力的作用线都在同一平面内的力系 称为平面力系;
各力的作用线不在同一平面内的力系 称为空间力系。
“力”与“力矩”还会产生什么 作用?
• 力有以下两个作用: • 力矩也有两个作用:
(1) 改变物体的运动状 (1)改变物体的旋转
态;
状态;
(2) 使物体产生变形。 (2)使物体产生扭转 或弯曲变形。
静力学只研究刚体,因此,只讨论物体在力 的作用下整体的平衡问题。
例如: 桥梁在车辆、人群等荷载作用下的最大
竖直变形一般不超过桥梁跨度的1/700~
1/900。物体的微小变形对于研究物体的平
衡问题影响很小,因而可以将物体视为不变
形的理想物体——刚体
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3

力的定义 力(Force)是物体间相互的机械作用
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6
平面力系的分类 平面平行力系:
各力作用线平行的力系。
平面一般力系:
各力作用线既不汇交又不平行的平面力系。
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7
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8
等效力系 (Equivalent force system )
指两个力(系)对物体的作用效果完全相同。
平衡力系(Equilibrium force system )
F
F2 x
Fy2
cosFx cosFy
F
F
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15
例1.1 试求图1.3中各力在轴上的投影, 投影的正负号按规定观察判定。
整理ppt
16
例1.1题解:
F X 1 F 1 c o s 4 5 1 0 0 0 .7 0 7 7 0 .7 N
F Y 1 F 1 s in 4 5 1 0 0 0 .7 0 7 7 0 .7 N F X 2 F 2 c o s 6 0 1 0 0 0 .5 5 0 N F Y 2 F 2 s in 6 0 1 0 0 0 .8 6 6 8 6 .6 N
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