中职土木工程力学基础4.1
土木工程力学基础--绪论
作业 阅读：绪论
习题：1.思考与练习第1题 2.成立学习小组，确定小组长 3.制定小组学习计划 预习：1.单元一【读一读】 2.学习项目一
2012-9-23
土木工程力学基础
2012-9-23 土木工程力学基础
建筑物中的结构和构件在施工和 使用过程中应满足两个要求
1.保证结构安全能正常使用。 组成建筑物的结构和构件在荷载作用下不能破坏。 同时也不能产生过大的形状改变。承受荷载作用时构 件在其原有形状下的平衡应保持稳定的平衡。
2.保证建筑物的坚固安全和经济适用。 要考虑结构和构件所用的材料应尽可能少，以 便降低工程造价。
职业 技能 目标 简单结构受力分析能力 力系平衡条件的运用能力 梁、柱的内力、强度计算能力 细长压杆稳定性分析能力 工程实际问题的分析判断能力
——就业能力
课程目标
学习能力 工作能力 数字逻辑应用能力 合作协调能力 信息技术能力 语言文字能力 创新能力 安全环保质量意识
土木工程力学基础
关键
能力 目标
2012-9-23
2012-9-23 土木工程力学基础
1．土木工程力学的研究任务
土木工程力学的任务就是研 究物体的受力分析、力系简化与平 衡的理论基础；研究构件的强度、 刚度和稳定性问题。使结构既能安 全、正常地工作又经济实用。
2012-9-23 土木工程力学基础
1．土木工程力学的研究任务
平衡——是指物体相对于地球保持静止或 做匀速直线运动的状态。 强度——是指构件抵抗永久变形和断裂的 能力。 刚度——是指结构或构件抵抗变形的能力。 稳定性——是指结构或构件的保持原有形 状的稳定平衡状态的能力。
土木工程力学基础
土木工程力学基础课程标准
一．课程性质与任务土木工程力学是建筑工程施工专业的专业基础课程。
其任务是：培养学生运用力学的基本原理，研究结构.构件在荷载等因素作用下的平衡规律与承载能力，分析.解决土木工程中简单的力学问题，为力学专业课程和继续深造提供必要的基础。
二.课程教学目标知识目标:1.理解静力学公理；2.掌握平面一般力系的平衡条件3.掌握轴向拉压杆和直粱内力计算方法及内力图规律4.熟悉轴向拉压及直粱弯曲在工程中的应用5.熟悉提高拉压杆稳定的措施能力目标1.能画出单个物体、简单物体系统的受力图，并利用平衡方程求解约束力；2.能运用平衡方程进行单个构节的受力分析及平衡问题的计算；3.能对简单结构或构节进行承载能力的计算4.能计算轴向拉压杆及梁的强度5.能运用基本的力学原理、方法分析和解决土木工程中简单的力学问题。
情感目标：1.具备良好的职业道德，养成吃苦耐劳、严谨求实的工作作风；2.树立安全生产、节能环保和产品质量等职业意识。
三.参考学时108学时。
四、课程学分6学分。
五.课程内容和要求土木工程力学基础课程内容和要求见表7。
注；1.表中未标注（*）的内容是个专业学生必修的基础性内容和应该达到的基本要求；2.表中标注（*）的内容和选学模块为较高要求及适应不同专业、地域、学校差异的选修内容。
六、教学建议（一）教学方法1.教学中应以学生为主体，建议充分利用生活实例、多媒体等教学手段，引导学生对生活及工程实例进行观察和思考，是学生通过小组实验、讨论、训练的实践活动，掌握力学基础知识和基本技能。
2.教学应贴近工程实际，通过工程案例分析，提高学生的安全意识、责任意识并提高分析问题、解决问题能力。
（二）评价方法1.考核与评价应重点考核学生运用所学知识分析和解决土木工程简单结构、基本构建受力问题的能力，并关注良好的职业到底以及安全、环保、合作、创新等职业意识养成等。
2.考核与评价的主题应多元化，坚持教师评建与学生互评、自评相结合，过程性评价与结果性评价相结合，定量考核与定性描述相结合。
《土力学与基础工程》教材基本内容
《土力学与基础工程》教材基本内容一、封面待出版（土建类“十二五”规划教材，中国水利水电出版社）昆明理工大学津桥学院，刘鹏（副主编）二、课程基本信息1、课程英文名称：Soil mechanics and foundation engineering2、课程类别：专业基础课程3、课程学时：总学时56，实验学时124、学分：3.55、先修课程：结构力学、材料力学、房屋建筑学6、适用专业：土木工程专业三、课程的目的与任务该课程是土木工程专业的一门重要技术基础课，任务是使学生掌握以地基强度和变形为核心的土力学基本原理，为进一步学习基础工程知识打下了基础。
基础工程的任务是使学生掌握一般地基基础的设计原则和方法，培养学生初步具备解决一般的地基基础工程问题的能力，并为进一步学习和应用较复杂和较先进的地基基础知识打下了基础。
四、课程的基本要求通过对本课程的学习，要求熟悉土的物理性质，掌握土的三项指标及其换算方法，明确地基土中各种应力的概念，会计算基底压力和附加应力；会确定土的压缩性指标，掌握土的抗剪强度和极限平衡理论，明确三种土压力的概念，掌握朗金、库仑土压力理论，会计算常见情况下的几种土压力,会确定地基的临界荷载及极限承载力，会进行土坡稳定性分析，能进行挡土墙设计；熟悉各类基础的特点及适应范围，掌握地基基础的设计原则，方法和步骤，会用常规方法确定地基的承载力，熟悉地基处理的原则和方法。
五、教学内容、要求、学时分配及本书目录（一）理论教学0.绪论（2学时）国内外地基基础工程成败实例、本课程的任务和作用、本课程的内容与学习要求、本学科发展简介。
1.土的物理性质及工程分类（4学时）1.1 土的形成与特征。
实验：含水量、塑限、液限。
1.2 土的组成、结构、构造1.3 土的物理性质指标土的物理性质指标及三项比例指标计算。
1.4 土的物理状态指标1.5 地基土的工程分类重点：土的物理性质指标、土的物理特征。
难点：土的三项比例指标的换算。
中职土木工程力学基础
随着交通运输特别是高等级公路的迅速发展，对行车平顺舒适提出了更高的要 求。而多伸缩缝的悬臂梁和 T 形刚构桥均难以满足这个要求，超静定结构连续 梁桥以其整体性好、结构刚度大、变形小、抗震性能好、主梁变形挠曲线平缓、 伸缩缝少和行车平衡舒适等突出优点而得到迅速的发展。普通钢筋混凝土连续 梁桥当跨度超过20~25 m时，跨中恒载弯矩和活载弯矩将迅速增大，致使梁的 截面尺寸和自重显著增大，耗用大量材料，不经济，而且难免会有裂缝产生， 于是预应力混凝土连续梁桥得到广泛采用。预应力结构通过高强钢筋对混凝土 预压，不仅充分发挥了高强材料的性能，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结 构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力， 其适用跨度在60~150 m。
杭州湾跨海大桥如图所示。该桥按双向六 车道高速公路设计，设计时速 100 km/h， 设计使用年限 100 年，总投资约 118 亿 元大桥设南、北两个航道，其中北航道桥 为主跨 448 m 的钻石型双塔双索面钢箱 梁斜拉桥，通航标准 35 000 t；南航道桥 为主跨318 m 的 A形单塔双索面钢箱梁斜 拉桥，通航标准 3 000 t。除南、北航道 桥外其余引桥采用30~80 m不等的预应力 混凝土连续箱梁结构。
在建筑物中常设伸缩缝以减小温度变化引起的内力。这里需要注意的是如果在施工 中不清除掉入伸缩缝内的碎砖、石、混凝土等杂物，就失去了“缝”的作用，巨大 的温度应力仍将会导致建筑物破坏。
超静定结构对支座移动（或沉陷）是十分敏感的。不大的支座移动可引起相当数值 的内力。如果地基承载能力不足、建筑物基础不均匀沉降等，都会引起超静定结构 产生很大的内力，导致房屋开裂、倾
北京体育大学田径房如图 6-40 所示。北京体育大学田径房面积 6 200 m 2 ，内设 100 m 直跑道及跳跃场地。田径房结构采用钢筋混凝土落地无 铰拱，由基础直接承受拱推力，基底呈斜面，更有利于抵抗推力。并将落 地拱暴露出来，以强烈的结构自身的韵律来美化室内环境。室内利用高侧 窗采光。
解读新颁中职土木工程力学基础、土木工程识图课程教学大纲
作者： 傅刚斌 梁建超
作者机构： 教育部土建类专业基础课程教学大纲修订工作组
出版物刊名： 中国职业技术教育
页码： 29-31页
年卷期： 2010年 第7期
主题词： 土木工程力学 专业基础课程 教学大纲 中职 识图 中等职业学校 解读 工科类专业
摘要：土木工程力学基础、土木工程识图是中等职业学校土木水利工程、交通运输、农林、资源与环境、能源等5个专业大类中的几十个工科类专业的重要专业基础课程。
教育部2000年颁布的《中等职业学校土木工程力学教学大纲》和《中等职业学校土木建筑制图教学大纲》对深化中职课程改革，规范中职教学，提高教学质量，起到了积极的推进和保障作用。
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练习：求下图中所示各力对O点的力矩。
三、平面一般力系的平衡
1、力的平移定理
将作用于刚体上的力，平移到刚体上任意一点，必须附 加一个力偶才能与原力等效，附加力偶的力偶矩等于原力对 平移点之矩，此即为力的平移定理。
三、平面一般力系的平衡
2、平面一般力系的平衡方程
平衡
R＝0 ， MO＝0
满足这一条件的力系称为“ 平衡力系”。
外效应：使物体的运动状态发生改变； 内效应：使物体的形状发生改变 力是矢量 力的三要素：力的大小、方向、作用线 力的单位：牛[顿]（N）或千牛（kN） 分布力和集中力
一、力的概念
刚体——是指在外力的作用下不发生变 形（形状和尺寸均不改变）的物体
这是一个理想化的力学模型。 客观世界 中物体在受到外力作用时其变形是必然发 生的。
TA
G
NB
例2.画出AB杆的受力图。杆重为G 。
NA G
TC NB
例3.三角支架各杆自重不计。已知受力如图所示， 试画出销B、AB杆、BC杆的受力图。
NAB A
B NBA
NAB
B
NBC
NBC
P
B
C NCB
例3. 简支梁自重不计。已知受力如图所示，试画出 AB梁的受力图。
例4.重量为G的均质杆AB，其B端靠在光滑铅垂墙的顶角 处，A端放在光滑的水平面上，在点D处用一水平绳索拉 住，试画出杆AB的受力图。
想一想
已知：冰面上放一物体受水平力F作用。 作用点在点A,力的大小300kN指向水平向右. 思考：如果保持该力大小和方向不变.作用线平行移动到B点。 问该力F对物体的作用效果是否改变?
一、力的概念
1、力与刚体的概念
力是物体之间的相互机械作用。 这种作用使物体 的运动状态发生变化（运动效应）或者使物体的形 状发生改变（变形效应）
中职土木工程力学基础
对结构的几何组成进行分析，以判定体系是几何 不变体系还是几何可变体系，称为几何组成分析。
二、铰接三角形规则及其表达方式 在体系的几何分析中，将几何不变的部分称为刚
片。一根柱可视为一个刚片；一个几何不变体系可视 为一个刚片；整个地球也可视为一个刚片。
1.铰接三角形规则
实践证明，铰接三角形是几何不变体系。如果将图a所示铰接三 角形ABC中的铰A拆开：杆AB可绕点B转动，杆AB上点A的轨迹 是弧线①；杆AC可绕点C转动，杆AC上点A的轨迹是弧线②。 这两个弧线只有一个交点，所以点A的位置是唯一的，三角形 ABC的位置是不可改变的。这个几何不变体系的基本规则称为 铰接三角形规则。 如果在铰接三角形中再增加一根链杆 AD（图 b），体系 ABCD 仍然是几何不变的，从维持体系几何不变的角度看，
结论：体系是几何不变的，且有一个多余约束
解：设基础为刚片I，刚片ABC与刚片I用铰A和不通过铰A的链杆B相连，符合两 刚片规则，是几何不变体系；将刚片 ABC和刚片 I 看成为一扩大的刚片再与刚片 CDE 用铰 C 和不通过铰 C 的链杆 D 相连，又组成一扩大的几何不变体系，该 扩大了的刚片与刚片 FGH 用 EF、G、H 三根链杆相连且三链杆不全平行也不汇 交于一点，故满足二刚片规则。因此，整个体系是几何不变体系且无多余约束。
记住：建筑结构必须是几何不变体系。
在某一瞬间可以发生微小位移的体系称为瞬变体系，如图 所示。虽然瞬变 体系经微小位移位后不再运动，但是有时瞬变体系在受力时会对杆件产生 巨大的内力，使构件发生破坏，因此瞬变体系不能作为建筑结构使用。
[做一做] 用长约30cm且两端有孔的竹片若干根、钉子若干，把它们组成图所示的体系，试 比较在力的作用下其几何组成情况。 显然，建筑结构必须是几何不变体系。
中职土木工程力学基础
例：组合梁的支承及荷载情况如图（a） 所示。已知F1 = 10 kN， F2 = 20 kN，试求支座A、B、D 的约束力及铰C 处的相互作用力。
解：组合梁由梁AC 和CD 两段组成，每段梁上的力 系都是平面一般力系，因 此可列六个独立的平衡方 程。未知量也有六个：A、 C 处各二个，B、D 处各 一个。
如抗倾覆力矩太小，应增加雨篷梁压在墙体内的长度，以增 加压在梁上的墙体重量，或使雨篷梁与周围的构件相连接。 工程中发生的雨篷、阳台等结构的倒塌事故中，属抗倾覆安 全因数太小造成倒塌的较多见；另外，如受力钢筋放到下部 或被踩到下部、漏放钢筋、钢筋长度不足或未按要求连接好、 拆模时间过早等，也易使悬臂结构断裂倒塌，这里不再详述。 总之，由于悬臂结构受力情况的特殊性，在设计和施工时要 特别注意。
例2：有一个简支刚架如下图a 所示，承受水平荷载F = 50 kN，
求支座反力。
解 ：（ 1） 画受力图如图b 所示。 （ 2） 列平衡方程求解支座反力。
由Σ Fx = 0，FAx + F = 0 得FAx = -F = -50 kM （←）
（a）
由M A (F) 0得 F a F ND l 0
梁CD、梁AC 及整体梁的受力图如图b、c、d 所示。各约束力的指向 都是假定的，但约束力F'Cx、F'Cy 必须分别与FCx、FCy 等值、反向、共 线。由三个受力图可看出，在梁CD 上只有三个未知力，而在梁AC上 由五个未知力、整体梁上有四个未知力。因此，应先取梁CD 为研究 对象， 求出FCx、FCy、FND，然后再考虑梁AC 或整体梁平衡，就能解出其余未 知力。
板上的荷载，可能使整个雨篷绕梁底外缘A 轴转动而倾覆。雨 篷板上的荷载对A 的力矩，称为倾覆力矩，用M倾表示。但作
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2. 外伸梁 梁身的一端或两端伸出支座的简支梁称为外伸梁。 前面 所示火车轮轴的计算简图如图(b) 所示，属于 外伸梁。
3. 悬臂梁 一端是固定端，另一端是自由端的梁称为悬臂梁。 阳台挑梁的计算简图如图(c)所示，属于悬臂梁。
4.1 弯曲变形和梁的形式
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一、 弯曲变形
[ 观察与思考] 图(a) 所示的跳板承受跳水运动员的荷载，图(b) 所 示的火车轮轴承受车厢的荷载，图(c)所示的挑梁 承受阳台的荷载，这些构件在荷载作用下产生怎样 的变形？它们所受荷载的作用方向
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二、 梁的形式 以弯曲变形为主的构件称为受弯构件，梁是土木工程中最常见 的受弯构件之一。轴线是直线的梁称为直梁。土木工程中的梁 结构很复杂，完全根据实际结构进行计算很困难，有时甚至不 可能。工程中常将实际结构进行简化，抓住基本特点，略去次 要细节，用一个简化的图形来代替实际结构，这种图形称为力 学计算简图。力学计算简图既能反映实际结构的主要性能，又 便于计算，是一种很实用的力学模型。根据支座的约束情况， 工程中常见的简单梁有以下三种形式。
前面的图(a) ~ 图(c)中的构件受垂直于其轴线方向的荷载作用， 构件轴线由直线变成曲线，这种变形叫做弯曲变形框架梁和 桥梁等等在荷载作用下也都会产生弯曲变形。
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1. 简支梁 一端是固定铰支座，另一端是可动铰支座的梁称为 简支梁。 桥梁支承在桥墩上，其两端均不能产生垂直向下的 移动，但在桥梁弯曲变形时两端能够产生转动；整 个桥梁不能在水平方向移动，但在温度变化时梁能 够产生热胀冷缩。所以桥梁一端设置为固定铰支座， 另一端设置为可动铰支座。桥梁用其轴线代替，从 而得到如下图 (a)所示的力学计算简图。