建筑力学基础

第1章建筑力学基础1.1力的性质、力在坐标轴上的投影力(Force)是物体间相互的机械作用力对物体作用效应(Effectofanaction)：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。1.1.1力的定义§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]力的大小、力的方向、力的作用点。1.1.3力的图示法1.1.2力的三要素：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，如图1.1所示。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]力的定义力是物体间相互间的机械作用。第1章建筑力学基础力的效应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。使物体的形状发生改变，叫做力的变形效应或内效应。力的三要素力的大小、方向、作用点称为力的三要素。力的表示法力是一个矢量，用带箭头的直线段来表示，如右图所示（虚线为力的作用线）。§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]力的单位力的国际单位是牛顿(N)或千牛顿（kN）。第1章建筑力学基础力系的定义作用于同一个物体上的一组力。力系(Systemofforces)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。§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]平面力偶系：若干个力偶(Couple)（一对大小相等、指向相反、作用线平行的两个力称为一个力偶）组成的力系。第1章建筑力学基础平面力系的分类平面汇交力系：各力作用线都汇交于同一点的力系。§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]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。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]等效力系(Equivalentforcesystem)指两个力(系)对物体的作用效果完全相同。平衡力系(Equilibriumforcesystem)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。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]刚体(Rigidbody)在任何外力的作用下，大小和形状始终保持不变的物体。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——刚体第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]cosXPFFsinYPFF力在坐标轴上的投影22PXYFFFtanYXFF已知合力求分力公式：已知分力求合力公式：第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]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。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]11cos451000.70770.7XFFN11sin451000.70770.7YFFN22cos601000.550XFFN22sin601000.86686.6YFFN33cos301000.86686.6XFFN33sin301000.550YFFN例1.1题解：第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]55sin901001100YFFN55cos9010000XFF66sin010000YFF66cos01001100XFFN44sin601000.86686.6YFFN44cos601000.550XFFN第1章建筑力学基础例1.1题解：§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]12RXXXXnXiFFFFF12RYYYYnYiFFFFF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。第1章建筑力学基础合力投影定理：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：§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]二力平衡公理作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是，这两个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]上述的二力平衡公理对于刚体是充分的也是必要的，而对于变形体只是必要的，而不是充分的。如图1.5所示的绳索的两端若受到一对大小相等、方向相反的拉力作用可以平衡，但若是压力就不能平衡。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]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。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]加减平衡力系公理在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。第1章建筑力学基础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应。§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]力的平行四边形法则(Parallelogramofforces)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。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]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。第1章建筑力学基础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。§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]任何建筑物在施工过程中以及建成后的使用过程中，都要受到各种各样的作用，这种作用造成建筑物整体或局部发生变形、位移甚至破坏。例如，建筑物各部分的自重、人和设备的重力、风力、地震，温度变化等等。其中建筑物的自重、人和设备的重力、风力等作用称为直接作用，在工程上称为荷载(Load)；而地震，温度变化等作用称为间接作用。工程中，有时不严格区分直接作用或间接作用，对引起建筑物变形、位移甚至破坏的作用一概称之为荷载。第1章建筑力学基础§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]在工程中，作用在结构上的荷载是多种多样的。为了便于力学分析，需要从不同的角度，将它们进行分类。1、荷载按其作用时间的长短分为永久荷载(Deadload)、可变荷载(Imposedload)和偶然荷载。3、荷载按作用位置是否变化分为移动荷载和固定荷载。2、荷载按作用在结构上的性质分为静力荷载(Steadyload)和动力荷载(Dynamicload)第1章建筑力学基础荷载的分类§0绪论§1力学基础§2力矩与力偶§3平面力系§4轴向拉压§5扭转§6几何组成§7静定结构§8梁弯曲应力§9组合变形§10压杆稳定§11位移计算§12力法§13位移法及力矩分配法§14影响线[练习][思考][返回]4、荷载按其作用在结构上的分布情况分为分布荷载(Uniformload)和集中荷载(Concentratedload)。集中荷载分布范围很小，可近似认为作用在一点的荷载；线分布荷载沿直线或曲线分布的荷载（单位：KN/m）；面分布荷载沿平面或曲面分布的荷载（单位：KN/m2）；体分布荷载沿物