建筑力学01第一章 力学基础知识
《建筑力学》第1章

3扭转变形 在一对转向相反、作用面垂直于杆轴线的外力偶作用下, 杆的任意二横截面将发生相对转动,而轴线仍维持直线。 这种变形形式称为扭转(图1.3d)。 4.弯曲变形 在一对转向相反、作用面在杆件的纵向平面(即包含杆 轴线在内的平面)内的外力偶作用下,杆件将在纵向平 面内发生弯曲。这种变形形式称为弯曲(图1.3e)。 工程实际中的杆件可能同时承受不同形式的外力,常常 同时发生两种或两种以上的基本变形,这种变形情况称 为组合变形。本书将先分别讨论杆件的每一种基本变形, 然后再分析比较复杂的组合变形问题
1.1基本概念
1.结构 建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分称为结构。 2.构件 组成结构的各单独部分称为构件。 3.杆件 长度远远大于横截面的高度和宽度的构件称为杆件。 杆件是组成杆系结构的构件。 建筑力学的研究对象就是杆系结构。 4.刚体 刚体是指在力的作用下不变形的物体,或者在力的作用下其内任意 两点间的距离不变的物体。实际上,任何物体受力作用都发生或大 或小的变形,但在一些力学问题中,物体变形这一因素与所研究的 问题无关,或对所研究的问题影响甚微,这时,就可将物体视为刚 体,从而使问题得到简化。 5.变形固体
a. 确定研究对象,将其从周围物体中分离出来,并画出其简图, 称为画分离体图。研究对象可以是一个,也可以由几个物体组成, 但必须将它们的约束全部解除。 b. 画出全部的主动力和约束力。主动力一般是已知的,故必须画 出,不能遗漏,约束力一般是未知的,要从解除约束处分析,不能 凭空捏造。 c. 不画内力,只画外力。内力是研究对象内部各物体之间的相互 作用力,对研究对象的整体运动效应没有影响,因此不画。但外力 必须画出,一个也不能少,外力是研究对象以外的物体对该物体的 作用,它包括作用在研究对象上全部的主动力和约束力,研究对象 的运动效应取决于外力,与内力无关,这一点初学者应当注意。 d. 要正确地分析物体间的作用力与反作用力,当作用力的方向一 经假定,反作用力的方向必须与之相反。当画由几个物体组成的研 究对象时,物体间的相互作用力是内力,且成对出现,组成平衡力 系,因此也不需画内力,若想分析物体间的相互作用力必须将其分 离出来,单独画受力图,内力就变任何建筑物或机器设备都是由若干构件或零件 组成的。建筑物和机器设备在正常工作的情况 下,组成它们的各个构件通常都受到各种外力 的作用。例如,房屋中的梁要承受楼板传给它 的重量、轧钢机受到钢坯变形时的阻力等。 要想使建筑物和机器设备正常地工作,就必须 保证组成它们的每一个构件在荷载作用下都能 正常地工作,这样才能保证整个建筑物或机械 的正常工作。为了保证构件正常安全地工作, 对所设计的构件在力学上有一定的要求,这里 归纳为如下三点。
建筑力学知识点

建筑力学第一章绪论1.工程中习惯把主动作用于建筑物上的外力称为荷载。
例如自重,风压力,水压力,土压力等。
(主要讨论集中荷载、均匀荷载)2.在建筑物中,承受并传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。
3.结构按几何特征分:一,杆件结构.可分为:平面和空间结构。
它的轴线长度远大于横截面的宽度和高度。
二,板壳结构。
(薄壁结构)三,实体结构。
4.建筑力学要进行静力分析即由作用于物体上的已知力求出未知力.5.强度指结构和构件抵抗破坏的能力,刚度指结构和构件抵抗变形的能力。
稳定性指结构和构件保持原有平衡状态的能力。
6.建筑力学的基本任务是研究结构的强度,刚度,稳定性问题。
为此提供相关的计算方法和实验技术。
为构件选择合适的材料,合理的截面形式及尺寸,以及研究结构的组成规律和合理形式。
第二章刚体静力分析基础1.静力学公理.一,二力平衡。
(只适应于刚体,对刚体系统、变形体不适应。
)二,加减平衡力系。
(只适应于刚体,对刚体系统、变形体不适应。
)三,三力平衡汇交.2.平面内力对点之矩.一,合力矩定理3.力偶。
性质:一,力偶对物体不产生移动效应,故力偶没有合力.它既不能与一个力等效或平衡.二,任一力偶可在其作用面内任意移动.4.约束:施加在非自由体上使其位移受到限制的条件.一般所说的支座或支承为约束。
一物体(如一刚性杆)在平面内确定其位置需要两个垂直方向的坐标和杆件的转角。
因此,对应的约束力是相对的.约束类型:1、一个位移的约束及约束力。
a)柔索约束。
b)理想光滑面约束。
C)活动(滚动)铰支座。
D)链杆约束.2、两个位移的约束及约束力。
A)光滑圆柱形铰链约束。
B)固定铰支座约束.3、三个位移的约束及约束力。
A)固定端。
4、一个位移及一个转角的约束及约束力.A)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).第五章弹性变形体静力分析基础1.变性固体的基本假设。
连续性假设:固体材料的整个体积内毫无空隙的充满物体。
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
a´
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

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。
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(a)
1.柔体约束
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
F1
A1 A A2
F2
=
A
F2
A3
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
对扳手的转动效应。转动中
.
M
心O称为力矩中心,简称矩
心。矩心到力作用线的垂直
距离d,称为力臂。
显然,力F对物体绕O点转动的效应,由下列因素决定: (1)力F的大小与力臂的乘积。 (2)力F使物体绕O点的转动方向。
力矩公式: MO(F) = ± Fd
力矩符号规定:使物体绕矩心产生逆时针方向转动的力矩 为正,反之为负。
(a)
(b)
(c)
图1-11 光滑接触面约束
3.链杆约束
两端各以铰链与其他物 体相连接且中间不受力(包括 物体本身的自重)的直杆称为 链杆,如图1-12 所示。链杆 可以受拉或者是受压,但不 能限制物体沿其他方向的运 动和转动,所以,链杆的约 束反力总是沿着链杆的轴线 方向,指向不定,常用符号 F表示。
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)
FAX
《建筑力学》第一章静力学的基本概念

第二节 静力学基本公理
重 点
静力学基本公理
难 点
静力学基本公理的应用
公理1
力的平行四边形法则
力的三角形法则
FR F1 F2
作用在物体上同一点的两个力,可以合 成为一个合力。合力的作用点也在该点, 合力的大小和方向,由这两个力为边构 成的平行四边形的对角线确定
公理二 力平衡公理 作用在同一刚体上的两个力,使刚体平衡充分和必要的条 件是,这两个力大小相等,方向相反,作用在同一条 直线上 上述的二力平衡条件对于刚体是充分的也是必要的,而 对于变形体只是必要不是充分的。如图所示的绳索的 两端若受到一对大小相等、方向相反的拉力可以平衡, 但若是压力就不能平衡。
推理2 三力平衡汇交定理 作用于刚体上三个相互平衡的力,若其中两个力的作用 线汇交于一点,则此三力必在同一平面内,且第三个力 的作用线通过汇交点。
公理四 作用与反作用定律 作用力与反作用力大小相等,方向相反,沿同一直线且分别 作用在两个相互作用的物体上。 它是受力分析必需遵循的原则 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。
FAy
A FA y A A FA x A A FA x
A FA y
分力 FAx 和 FAy 的指向可任意假定。
5.可动铰支座 在固定铰支座底板与支承面之间安装若干个辊轴,就构成了可 动铰支座,又称辊轴支座,
在桥梁、屋架等结构中常用采用可动铰支座,以保证在温度变化等因 素作用下,结构沿其跨度方向能自由伸缩,不致引起结构的破坏。
公理3 加减平衡力系
内容—在作用于刚体上的任意力系中,加上或去掉一个平衡 力系,本不改变原力系对刚体的作用效果。 推论1—力的可传性原理 作用于刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任意一点,而 不会改变该力对刚体的作用效果。
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-单元1 刚体静力学

体约束的中心线且背离物体(为拉力)。这种约束反 力通常用T表示。
(2) 两个相互接触的物体,如果接触面上的摩擦力很小
而略去不计,那么由这种接触面所构成的约束,称为 光滑接触面约束。
光滑接触面的约束反力通过接触点,其方向沿着接 触面的公法线且指向物体。通常用N表示(图1.15)。
和活荷载; 3、按作用的大小和方向是否随时间而发生变化可分
为静荷载和动荷载。 主要讨论集中荷载、均布荷载问题。
集 中 荷 载
汽车通过轮胎作用在桥面上的力
分 布 荷 载
桥面板作用在钢梁的力
均布荷载
1.3 约束与约束反力
1.3.1 约束与约束反力的概念
在工程结构中,每一构件都根据工作要求 以一定的方式和周围的其他构件相互联系着, 它的运动因而受到一定的限制。一个物体的运 动受到周围物体的限制时,这些周围物体称为 该物体的约束。
推论 作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一 点,而不改变该力对刚体的作用效应。 证明:设力F作用在刚体的A点,如图1.6所示。 在实践中,经验也告诉我们,在水平道路上用水平 力F推车(图1.7(a))或沿同一直线拉车(图1.7(b)),两者对 车(视为刚体)的作用效应相同。
2.加减平衡力系公理
•
力使物体运动状态发生改变,称为力的外
效应。而力使物体形状发生改变,称为力的内
效应。
•
在分析物体受力情况时,必须分清哪个是
受力物体,哪个是施力物体。
1 .力的三要素
•
实践证明,力对物体的作用效应决定于三
个要素:(1) 力的大小;(2) 力的方向;(3) 力的
作用点。这三个要素称为力的三要素。
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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 0 F F h
M 0 F r F
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。
“力”与“力矩”还会产生什 么作用?
d F1
力偶特性一:
力偶中的二个力,既不平衡,也不可能合成为 一个力。 力偶特性二: 力偶只能用力偶来代替(即只能和另一力偶 等效),因而也只能与力偶平衡。
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。
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。 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
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
a´
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
kg m / s
2
或
牛顿(N)
力的三要素: 力的大小 、力的方向 、力的作用点 。
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,
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
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。
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。 只有两个力作用下处于平衡的 物体 其大小相等、方向相反、 作用于同一直线上。
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。
例1.1题解:
FX 1 F1 cos 45 100 0.707 70.7 N FY1 F1 sin 45 100 0.707 70.7N FX 2 F2 cos60 100 0.5 50N
二力构件
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。
公理二 力的平行四边形法则
of forces )
(Parallelogram
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。
FY 2 F2 sin 60 100 0.866 86.6N
FX 3 F3 cos30 100 0.866 86.6N FY 3 F3 sin30 100 0.5 50N
FX 4 F4 cos60 100 0.5 50N
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。
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。
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 )
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
力
力的定义 力(Force)是物体间相互的机械作用 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:
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。
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。
• 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 状态; 态; (2) 使物体产生变形。 (2)使物体产生扭转 或弯曲变形。
1.5力偶 1、力偶——大小相等的反向平行力。( 注意与平衡力的区别 ) ⑴、作用效果:引起物体的转动。
⑵4 F4 sin 60 100 0.866 86.6N FX 5 F5 cos90 100 0 0
FY 5 F5 sin90 100 1 100N
FX 6 F6 cos0 100 1 100N
FY 6 F6 sin 0 100 0 0
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:
FRX FX 1 FX 2 FXn FXi FRY FY1 FY 2 FYn FYi