建筑力学1.力的概念与物体的受力分析

建力1-力的概念与物体的受力分析1建力1-力的概念与物体的受力分析2§1–2静力学公理§1–3约束和约束反力§1–4受力分析和受力图§1–1力的概念本章目录建力1-力的概念与物体的受力分析3力的作用效应：①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。力的单位：牛顿(N)，千牛顿(kN)力的三要素：大小，方向，作用点AF力的表示法：力是一矢量，表示如图。§1–1力的概念1、力：是物体间的相互机械作用。建力1-力的概念与物体的受力分析42、力的分类1）按荷载作用在结构上的分布情况分：分布力：作用在物体体积内（体力）或表面上（面力）的荷载。分布力作用线平行时，称为平行分布力平行分布力沿一狭长范围分布，称线分布力（梁的重力）单位长度或面积上所受的力，称集度。若分布力的集度处处相同，称均布力或均布荷载。集中力：当作用面积相对小到可以忽略时，就抽象为一个点，简化为作用在点上的力。建力1-力的概念与物体的受力分析52、力的分类2）按荷载作用时间的长短分：恒载：长期作用在结构上的不变荷载；活载：临时作用在结构上的可变荷载。3）按荷载作用的性质分：静载：大小、位置和方向不随时间而变化；动载：随时间迅速变化，使结构产生不可忽略加速度。建力1-力的概念与物体的受力分析6——作用在物体上的一群力。3、力系等效力系：对物体的作用效果相同的两个力系。平衡力系：能使物体维持平衡的力系。合力：在特殊情况下，能和一个力系等效的一个力。建力1-力的概念与物体的受力分析7刚体受两个力作用处于平衡的充要条件是：作用于同一个物体上这两个力，大小相等|F1|=|F2|、方向相反、沿一条作用线。公理1二力平衡条件21FF§1–2静力学公理建力1-力的概念与物体的受力分析8①对刚体，上面的条件是充分必要的。③二力体或二力杆——只受两个力作用而平衡的刚体。②对变形体，上述条件充分但非必要。二力杆说明：FF′建力1-力的概念与物体的受力分析9公理2力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成为一个合力。合力的矢，由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢(或三角形)来表示。21FFRAF1F2R合力为原两力的矢量和。AF1F2R建力1-力的概念与物体的受力分析10在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。公理3加减平衡力系原理建力1-力的概念与物体的受力分析11作用于刚体上的力可沿其作用线滑移至刚体内任意点而不改变力对刚体的作用效应。F=－F'FFF'FF对于刚体，力的三要素变为：力的大小、方向和作用线。推论1：力的可传性原理建力1-力的概念与物体的受力分析12刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。推论2：三力平衡汇交定理*证明：F2F1OCF3BF2F1ABF2F1ABF2CF3F1AF12O建力1-力的概念与物体的受力分析13公理4作用力和反作用力定律任何两个物体间相互作用的力，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。作用力与反作用力用同一字母表示，其中之一的右上方加“’”。[例]吊灯建力1-力的概念与物体的受力分析14约束反力：约束对被约束体的反作用力。简称为约束力。§1-3约束与约束反力自由体：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。建力1-力的概念与物体的受力分析15只能受拉，不能受压。约束力的方向沿着柔索中心线并背离物体。二、约束类型和确定约束反力方向的方法：1、柔索建力1-力的概念与物体的受力分析16当两物体在接触处的摩擦力很小而忽略不计时，即可看作光滑接触面。约束反力作用在接触点处，为压力。方向沿接触面公法线，指向受力物体。2、光滑接触面建力1-力的概念与物体的受力分析173、铰连接与铰支座(1)圆柱铰链。两个构件用圆柱形光滑销钉连接起来，称为铰链连接，简称铰连接。建力1-力的概念与物体的受力分析183、铰连接与铰支座(1)圆柱铰链。光滑圆柱铰链的约束性质是限制物体平面移动（不限制转动），其约束反力是互相垂直的两个力（本质上是一个力），指向可先任意假设。A计算简图XAYAA约束力建力1-力的概念与物体的受力分析19建筑结构的支座通常分为固定铰支座，活动铰支座，和固定(端)支座三类。将结构或构件连接在支承物上的装置，称为支座。在工程上常常通过支座将构件支承在基础或另一静止的构件上，支座对构件就是一种约束。支座对它所支承的构件的约束反力也叫支座反力。建力1-力的概念与物体的受力分析20(2)固定铰链支座：简图表示法约束力建力1-力的概念与物体的受力分析21(3)活动铰支座简图约束力建力1-力的概念与物体的受力分析22ABNANBACB4、连杆：两端用光滑销钉连接，中间不受力。连杆只能阻止物体上与连杆连接的一点沿着连杆中心线趋向或背离连杆的运动，故其约束反力方向沿着杆两端点的连线方向。连杆也称二力杆建力1-力的概念与物体的受力分析235、球铰支座ABR6、径向（向心）轴承与止推轴承（1）径向轴承简图约束力建力1-力的概念与物体的受力分析24（2）止推轴承XYZ建力1-力的概念与物体的受力分析25一、受力分析解决力学问题时，首先要选定研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念分析研究对象的受力情况，这个过程称为物体的受力分析。作用在物体上的力有：一类:主动力，如重力、外荷载等，二类:被动力，即约束反力。§1-4物体的受力分析和受力图建力1-力的概念与物体的受力分析26画物体受力图主要步骤：①选研究对象（取分离体）；②画出主动力（自重，荷载等）；③画出约束反力（确定约束类型，再确定约束反力的特性）。注意：画约束反力时，约束本身要解除，不得出现在图中！二、受力图(物体受力的简图)建力1-力的概念与物体的受力分析27【例1-1】画图示圆柱体的受力图建力1-力的概念与物体的受力分析28WAB取圆柱体为分离体画受力图FNAFNB解：建力1-力的概念与物体的受力分析29F2F1F3AB【例1-2】画图示折杆的受力图建力1-力的概念与物体的受力分析30BF2F1F3AFAyFAxFNB取折杆为分离体画主动力判断约束类型画约束反力解：固定铰支座活动铰支座A建力1-力的概念与物体的受力分析31【例1-3】分别画图示体系中圆柱体、杆的受力图。BC为绳索。如果物体系统是平衡的，则组成系统的每一个局部也必然是平衡的。建力1-力的概念与物体的受力分析32解：取圆柱体为分离体，画圆柱体受力图。取杆为分离体，画杆的受力图。用三力平衡汇交定理画杆的受力图。建力1-力的概念与物体的受力分析33【例1-4】画出下图中各构件的受力图建力1-力的概念与物体的受力分析34整体受力图中，B、C处的作用与反作用力成对出现在系统内，称为内力。其对系统的作用效应互相抵消，不影响整个系统的平衡，故内力在受力图中不必画出。受力图上只需画出系统以外物体给系统的作用力，称外力。建力1-力的概念与物体的受力分析35ECABFD【例1-5】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，如图所示。不计各杆自重，试画出AB和BC的受力图。建力1-力的概念与物体的受力分析36ECABFDBCNBNC解：1、杆BC所受的力：2、杆AB所受的力：表示法一表示法二BDAFNAxNAyN’BBAFDNAHN’B建力1-力的概念与物体的受力分析37ABCP思考题:画出AB、BC及整体的受力图。NCNBPN’BNA建力1-力的概念与物体的受力分析38小结1、理解力、刚体、平衡和约束等重要概念2、理解静力学公理及力的基本性质3、明确各类约束对应的约束力的特征4、能正确对物体进行受力分析建力1-力的概念与物体的受力分析39三、画受力图应注意的问题要分清研究对象与周围物体的接触关系，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。2、不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。故受力体所受的每一个力，都有明确的施力体。1、不要漏掉力建力1-力的概念与物体的受力分析40约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，可以先假定作用力的方向，然后按作用力与反作用公理确定反作用力的方向。3、不要错画力的方向（不是指向）4、受力图上一般不带约束。建力1-力的概念与物体的受力分析41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。5、受力图上只画外力，不画内力。6、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，不能相互矛盾。7、正确判断二力构件。建力1-力的概念与物体的受力分析42作业：P171-1(a)、(b)、(e)、(f)1-2(a)、(b)、(d)、(g)、(h)、(i)、(j)注意：能用三力平衡汇交定理，则需给出最终结果。