建筑力学基础知识完全.ppt

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1、第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图建筑力学基础知识 第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图平面力系平面力系的分类的分类(图图1-2所示所示)平面汇交力系：各力作用线都平面汇交力系：各力作用线都汇交于同一点汇交于同一点的力系的力系平面力偶系：若干个平面力偶系：若干个力偶力偶组成的力系组成的力系平面平行力系：各力作用线平面平行力系：各力作用线平行平行的力系的力系平面一般力系：各力作用线平面一般力系：各力作用线既不汇交又不平行既不汇交又不平行的平面力系的平面力系 平面汇交力系平面汇交力系 平面力偶系平面力偶系

2、 平面平行力系平面平行力系 平面一般力系平面一般力系图图1-2 平面力系的分类平面力系的分类第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图等效力系等效力系指两个力指两个力(系系)对物体的作用效果完全相同。对物体的作用效果完全相同。平衡力系平衡力系力系作用下使物体平衡的力系。力系作用下使物体平衡的力系。合力与分力合力与分力若一个力与一个力系等效。则该力称为若一个力与一个力系等效。则该力称为此力系的合力，而力系中的各个力称为该合力的一个此力系的合力，而力系中的各个力称为该合力的一个分力。分力。刚体刚体在力作用下不产生变形或变形可以忽略的物体。在力作用下不产生变形

3、或变形可以忽略的物体。绝对的刚体实际并不存在。绝对的刚体实际并不存在。平衡平衡 一般是指物体相对于地球保持静止或作匀速直一般是指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。线运动的状态。第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图二、静力学公理二、静力学公理 二力平衡公理二力平衡公理 作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡的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。反，作用在同一条直线上。F1F2F2F1 (a)(b)图图1-3 二力平衡公理二力平衡公理

4、第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图 受二力作用而处于平衡的杆件或构件称为受二力作用而处于平衡的杆件或构件称为二力杆件二力杆件（简（简称为称为二力杆二力杆）或）或二力构件二力构件。第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图加减平衡力系公理加减平衡力系公理 在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，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。并不改变原力系对刚体的作用效果。力的可传性原理力的可传性原理 作用于刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任意一点，作用于刚体

5、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。而不会改变该力对刚体的作用效应。=F FA AF F2 2F F1 1F FA AB BF F1 1A AB B第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图力的平行四边形法则力的平行四边形法则 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。的对角线矢量来表示。力的平行四边形法则力

6、的平行四边形法则 力的三角形法则力的三角形法则第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 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。于一点。证明：证明：F F1 1F F3 3F F2 2A A=A A3 3F F1 1F F2 2F F3 3A A3 3A AA A2 2A A1 1作用与反作用定律作用与反作用定律 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，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

7、线且分别作用在这两个物体上。沿同一直线且分别作用在这两个物体上。第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图三、约束与约束反力三、约束与约束反力 约束约束阻碍物体运动的限制条件，约束总是通过物体间的直阻碍物体运动的限制条件，约束总是通过物体间的直接接触而形成。接接触而形成。约束对物体必然作用一定的力，这种力称为约束对物体必然作用一定的力，这种力称为约束反力约束反力或或约束约束力力，简称，简称反力反力。约束反力的方向总是与物体的运动或运动趋。约束反力的方向总是与物体的运动或运动趋势的方向相反，它的作用点就在约束与被约束物体的接触点。势的方向相反，它的作用点就

8、在约束与被约束物体的接触点。运用这个准则，可确定约束反力的方向和作用点的位置。运用这个准则，可确定约束反力的方向和作用点的位置。第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图1.1.柔体约束柔体约束 由柔软且不计自重的绳由柔软且不计自重的绳索、胶带、链条等构成的约束索、胶带、链条等构成的约束统称为柔体约束。柔体约束的统称为柔体约束。柔体约束的约束反力为拉力，沿着柔体的约束反力为拉力，沿着柔体的中心线背离被约束的物体，用中心线背离被约束的物体，用符号符号FT表示，如图表示，如图1-10所示所示。图图1-10 柔体约束柔体约束(a)(b)(c)第一章第一章 建筑

9、力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图 (a)(b)(c)(a)(b)(c)图图1-11 1-11 光滑接触面约束光滑接触面约束2.2.光滑接触面约束光滑接触面约束 物体之间光滑接触，只限制物体沿接触面的公法线方向并指向物体之间光滑接触，只限制物体沿接触面的公法线方向并指向物体的运动。光滑接触面约束的反力为压力，通过接触点，方向沿物体的运动。光滑接触面约束的反力为压力，通过接触点，方向沿着接触面的公法线指向被约束物体，通常用着接触面的公法线指向被约束物体，通常用FN表示，如图表示，如图1-11所示。所示。第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图

10、建筑结构基础与识图 两端各以铰链与其他物两端各以铰链与其他物体相连接且中间不受力体相连接且中间不受力(包括包括物体本身的自重物体本身的自重)的直杆称为的直杆称为链杆，如图链杆，如图1-12 所示。所示。链杆链杆可以受拉或者是受压，但不可以受拉或者是受压，但不能限制物体沿其他方向的运能限制物体沿其他方向的运动和转动，所以，动和转动，所以，链杆的约链杆的约束反力总是沿着链杆的轴线束反力总是沿着链杆的轴线方向，指向不定，常用符号方向，指向不定，常用符号F表示。表示。3.3.链杆约束链杆约束 (c)图图1-12 1-12 链杆约束链杆约束(a)(b)第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结

11、构基础与识图建筑结构基础与识图 光滑圆柱铰链约束的约束性质是限制物体平面移动光滑圆柱铰链约束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（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），指向任意假设。上是一个力），指向任意假设。4.4.光滑圆柱铰链约束（简称铰约束）光滑圆柱铰链约束（简称铰约束）图图1-13 1-13 圆柱铰链约束圆柱铰链约束 FAXFAYFA第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图5.5.固定铰支座固定铰支座 将构件或结构连接在支将构件或结构连接在支承物上的装置称为支座。用承物上的装置称

12、为支座。用光滑圆柱铰链把构件或结构光滑圆柱铰链把构件或结构与支承底板相连接，并将支与支承底板相连接，并将支承底板固定在支承物上而构承底板固定在支承物上而构成的支座，称为固定铰支座成的支座，称为固定铰支座,如图如图1-14所示。固定铰支座所示。固定铰支座的约束反力与圆柱铰链相同，的约束反力与圆柱铰链相同，其约束反力也应通过铰链中其约束反力也应通过铰链中心，但方向待定。为方便起心，但方向待定。为方便起见，常用两个相互垂直的分见，常用两个相互垂直的分力力FAx,FAy表示表示。图图1-14 固定铰支座固定铰支座(a)(b)(c)FAXFAyFA第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基

13、础与识图建筑结构基础与识图 6.6.可动铰支座可动铰支座 如果在固定铰支座的底座与固定物体之间安装若干辊如果在固定铰支座的底座与固定物体之间安装若干辊轴，就构成可动铰支座，如图轴，就构成可动铰支座，如图1-15所示。可动铰支座的约所示。可动铰支座的约束反力垂直于支承面，且通过铰链中心，但指向不定，常束反力垂直于支承面，且通过铰链中心，但指向不定，常用用R(或或F)表示表示。FA(RA)图图1-15 可动铰支座可动铰支座(a)(b)(d)(c)(e)第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图 7.7.固定端支座固定端支座 如果构件或结构的一端牢牢地插入到支

14、承物里面，就如果构件或结构的一端牢牢地插入到支承物里面，就形成固定端支座，如图形成固定端支座，如图1-16(a)所示。约束的特点是连接处所示。约束的特点是连接处有很大的刚性，不允许被约束物体与约束物体之间发生任有很大的刚性，不允许被约束物体与约束物体之间发生任何相对的何相对的移动移动和和转动转动，约束反力一般用三个反力分量来表，约束反力一般用三个反力分量来表示，两个相互垂直的分力示，两个相互垂直的分力FAx（XA）、）、FAy（YA）和反力偶）和反力偶MA，如图，如图1-16(b)所示，力学计算简图可用图所示，力学计算简图可用图1-16(c)表示。表示。(a)(b)(c)图图1-16 固定端支

15、座固定端支座FAyFAxMA第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图力矩的概念力矩的概念 一个力作用在具有固定的物体上，若力的作用线不通过一个力作用在具有固定的物体上，若力的作用线不通过固定轴时，物体就会产生转动效果。固定轴时，物体就会产生转动效果。如图所示，力如图所示，力F使扳手使扳手绕螺母中心绕螺母中心O转动的效应，转动的效应，不仅与不仅与力力F的大小的大小有关；而有关；而且还与该力且还与该力F的作用线到螺的作用线到螺母中心母中心O的的垂直距离垂直距离d有关。有关。可用两者的乘积来量度力可用两者的乘积来量度力F对扳手的转动效应。转动中对扳手的转动效

16、应。转动中心心O称为力矩中心，简称称为力矩中心，简称矩矩心心。矩心到力作用线的垂直。矩心到力作用线的垂直距离距离d，称为，称为力臂力臂。F.MdO第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图显然，力显然，力F对物体绕对物体绕O点转动的效应，由下列因素决定：点转动的效应，由下列因素决定：(1)力力F的大小与力臂的乘积。的大小与力臂的乘积。(2)力力F使物体绕使物体绕O点的转动方向。点的转动方向。力矩公式：力矩公式：MO(F)=Fd力矩符号规定：力矩符号规定：使物体绕矩心产生逆时针方向转动的力矩使物体绕矩心产生逆时针方向转动的力矩 为正，反之为负。为正，反之为负。单位单位:是力与长度的单位的乘积。是力与长度的单位的乘积。常用常用(Nm)或或(kNm)。第一章第一章 建筑力学基础知识建筑力学基础知识建筑结构基础与识图建筑结构基础与识图 力偶力偶 由两个大小相等、方向相反、不共线的平行力组成的力由两个大小相等、方向相反、不共线的平行力组成的力系，称为力偶。系，称为力偶。用符号用符号（F、F）表示，如图所示表示，如图所示 FFdFdF第一章第一章 建筑力学基