土木工程概论第3章课件.ppt

1、 3.1力、力矩、力偶和平衡力、力矩、力偶和平衡 3.2外力、内力和反力外力、内力和反力 3.3荷载和作用荷载和作用 3.4结构和结构失效结构和结构失效3 3.1.1.1.1力力力是一种物体间有方向的相互作用，这种相互作用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者俱有的效应。因此力是矢量。任何矢量都可用一条带箭头的直线段代表，其相对于某固定轴线的方向为矢量方向，按比例画出的长度代表矢量段的量值。譬如任何物体的重量都可用重力表示：重力的方向垂直于地球中心，重力的量值用有方向的直线段表示，重力的作用点在该物体重心处。3 3.1.1.2 2力力矩矩力对物体的外效应除移动效应外，还有转动效应。移动效应

2、可由力矢来度量，而转动效应则取决于力矩。图3-2 力对轴之矩图3-1 对点之矩图3-3 右手法则3 3.1.1.3 3力力偶偶图3-5 水龙头上力偶图3-4 方向盘上力偶图3-6 力偶示意3 3.1.1.4 4平平衡衡在力学系统里，平衡是指惯性参照系内，物体受到几个力的作用，仍保持静止状态，或匀速直线运动状态，或绕轴匀速转动的状态。图3-7 独木桥受力的示意图3-8 土木工程结构的基本内力特征3 3.3 3.1 1荷荷载载图3-9施加在结构上的荷载1风载（压力，+）；2承重结构自重；3墙面、屋面、地面（含顶棚）恒载；4雪载；5楼面活载；6风载（吸力，-）1.永久荷载永久荷载也称恒载，指在使用期

3、间永久施加在结构上，其值不随时间变化的荷载。3 3.3 3.1 1荷荷载载2.可变荷载可变荷载3 3.3 3.1 1荷荷载载图3-10 桥梁上的汽车荷载T1、T2、T3、T4汽车轴重；b1、b2、c不同规范规定的车轴间距离3 3.3 3.1 1荷荷载载3.偶然荷载偶然荷载偶然荷载是指在使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如撞击荷载、爆炸荷载等。3 3.3 3.2 2作作用用1.约束变形作用约束变形作用约束变形作用以温差作用为典型。土木工程中的结构构件因昼夜和季节温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸。当这种改变受到约束时会使结构受到内力，这就是温差作用。图3-11 温差作用

4、3 3.3 3.2 2作作用用2.外加变形作用外加变形作用外加变形作用以地基的沉陷作用最为典型。土木工程的结构是构筑在土层上的，土层受力后总会产生不均匀沉陷，但过大的不均匀沉陷会引起结构产生不小的内力，甚至可使结构开裂或倒塌。图3-12 沉陷作用3 3.3 3.2 2作作用用3.惯性作用惯性作用以地震作用最为典型。地震引起的地面运动会使土木工程结构在水平和竖向产生加速度反应，这种加速度反应值与土木工程设施本身质量的乘积就形成了地震施加给结构的力，即地震作用。图3-13地面运动时建筑物的相应运动3 3.3 3.2 2作作用用图3-14 荷载和作用分类3 3.4 4.1 1结结构构的的构构件件和和

5、类类型型3 3.4 4.1 1结结构构的的构构件件和和类类型型图3-15 结构的基本构件图3-16 房屋结构示意3 3.4 4.2 2结结构构和和材材料料的的关关系系无论什么结构都是由材料做成的。结构的受力、变形状态和它们所采用材料的力学性质密不可分。当一个结构构件受力后，它所采用材料的每个单位面积上也将相应受力，称为应力，以表示。同时该构件还会发生变形，其材料每个单元发生的相应变形，称为应变，以表示。以均匀承受压力F、截面面积为A、长度为l的轴向受压构件为例，其截面压应力=F/A。产生压应力的同时，该构件有l的压缩变形，将l被l相除所得到的压缩率称为压应变=l/l。3 3.4 4.3 3结结

6、构构和和地地基基的的关关系系1.土的分类土的分类3 3.4 4.3 3结结构构和和地地基基的的关关系系2.地基地基地基的土由固体矿物颗粒、水和空气三部分组成，称为土的三相，即固相、液相、气相。3 3.4 4.3 3结结构构和和地地基基的的关关系系3.基础基础基础既是结构和地基的连接件，又是结构的一部分，也称为下部结构，它的设置既要考虑 上部结构的形式、规模、用途、荷载大小与性质，又要考虑下部地质条件、土层分布、土的性质和地下水情况。3 3.4 4.3 3结结构构和和地地基基的的关关系系图3-17 房屋结构的浅基础3 3.4 4.4 4结结构构的的预预定定功功能能和和失失效效1.结构的预定功能结

7、构的预定功能3 3.4 4.4 4结结构构的的预预定定功功能能和和失失效效2.结构的失效结构的失效3 3.4 4.5 5对对土土木木工工程程结结构构的的要要求求一个优质的土木工程结构要求做到以下几点一个优质的土木工程结构要求做到以下几点1.试述并区别下列基本概念：内力、外力、反力和应力，拉力、压力、弯矩、剪切和扭矩；恒载、活载，重力荷载、使用荷载，风载、地震作用，竖向荷载、水平荷载，静载、动载；材料的强度、结构的承载力、结构的失效；材料的应变、变形、弹性模量；结构的受力变形、温差变形和不均匀沉降。2.试述结构和结构构件的异同。区别下列结构构件：板、梁、柱、墙、杆、拱、壳、索、膜。3.在土木工程中，结构所起的作用是什么？4.区别下列基本概念：土、土层、岩石、岩层、土基、岩基、地基；基础、下部结构、上部结构。5.同一横截面、同一长度的钢拉杆和木拉杆，在受拉破坏以前哪一个能够承受的拉力更大一些？在同样的拉力作用下，哪一个被拉伸的长度更长一些？试用本章所述的力学原理加以分析说明。6.为什么不能将房屋、桥梁的墙、柱直接搁置在地面上或土层上而必须通过基础？7.试区别结构失效的五种现象：破坏、失稳、过大变形、倾覆和滑移、丧失耐久性。8.试述一个优秀结构的基本要求。9.观察你所住的住宅楼、所在的教室楼、经常经过的桥梁，试分析它们是由哪些结构构件组成的，它们属于什么结构（按材料分和按结构类型分）。