南京大学出版社-土木工程力学-项目一-课-件课件.pptx

1、 南京大学出版社 土木工程力学土木工程力学 课课 件件主主 编编河南建筑职业技术学院 金金 舜舜 卿卿 20182018年年0101月月1212日日 南京大学出版社 土木工程力学土木工程力学 课课 件件目录012345678绪论物体的受力分析平面力系的计算杆件内部效应研究之基础轴向拉压杆压杆的稳定性平面弯曲梁平面杆件结构简介附录河南建筑职业技术学院河南建筑职业技术学院金舜卿金舜卿制作制作南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 哪些专业需要学习土木工程力学？哪些专业需要学习土木工程力学？凡是与凡是与土木工程土木工程相关的专业的学生都应该学相关的专业的学生都应该学习习土木工程力学土木工程

2、力学。学习学习土木工程力学课程土木工程力学课程的意义是什么？的意义是什么？建筑施工人员的主要任务就是把设计人员设建筑施工人员的主要任务就是把设计人员设计的建筑物由图纸变成实物。计的建筑物由图纸变成实物。从事土木工程施工从事土木工程施工的一线工作人员，只有掌握了土木工程力学的基的一线工作人员，只有掌握了土木工程力学的基本知识，才能正确理解设计人员的设计意图、确本知识，才能正确理解设计人员的设计意图、确保工程质量，才能很好地了解建筑物中每个构件保工程质量，才能很好地了解建筑物中每个构件的功能以及构件承受荷载、传递荷载的情况，根的功能以及构件承受荷载、传递荷载的情况，根据施工现场的具体情况做出正确的

3、判断和决策，据施工现场的具体情况做出正确的判断和决策，把安全隐患消灭在萌芽状态，避免事故的发生。把安全隐患消灭在萌芽状态，避免事故的发生。为什么要学习为什么要学习土木工程力土木工程力学呢学呢？南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件项目1：物体的受力分析物体的受力分析河南建筑职业技术学院河南建筑职业技术学院金舜卿金舜卿制作制作南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件怎样才能学好怎样才能学好“物物体的受力分析体的受力分析”呢呢？上课认真听讲上课认真听讲课下仔细练习课下仔细练习南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件物体的受力分析物体的受力分析项目导语项目导语 通过项目一的

4、学习，同学们要了解力通过项目一的学习，同学们要了解力的定义及力的三要素；理解静力学公理及其的定义及力的三要素；理解静力学公理及其推论；了解结构的力学计算简图的简化过程；推论；了解结构的力学计算简图的简化过程；熟悉工程中常用的约束类型；掌握单个物体熟悉工程中常用的约束类型；掌握单个物体的受力分析；掌握物体系统的受力分析；了的受力分析；掌握物体系统的受力分析；了解平面杆件结构的分类情况。解平面杆件结构的分类情况。项目1：南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件项目一子目录：认知静力学基本概念任务任务1静力学基本公理任务任务21.1 1.1 力力1.2 1.2 刚体刚体 1.3 1.3 平衡

5、平衡1.4 1.4 力系力系2.1 2.1 二力平衡公理二力平衡公理 2.2 2.2 作用与反作用公理作用与反作用公理2.3 2.3 加减平衡力系公理加减平衡力系公理2.4 2.4 力的平行四边形公理力的平行四边形公理南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件常见的约束类型任务任务44.1 4.1 约束和约束反力的概念约束和约束反力的概念 4.2 4.2 工程中常见的约束及其约束反力工程中常见的约束及其约束反力3.1 3.1 力在轴上的投影力在轴上的投影 3.2 3.2 力对点之矩力对点之矩3.3 3.3 力偶力偶3.4 3.4 力的平移定理力的平移定理静力学计算基础任务任务3南京大学出

6、版社土木工程力学土木工程力学 课件课件5.1 5.1 荷载的分类荷载的分类 5.2 5.2 结构的计算简图结构的计算简图结构的计算简图任务任务5受力分析与受力图任务任务66.1 6.1 单个物体的受力分析单个物体的受力分析 6.2 6.2 物体系统的受力分析物体系统的受力分析6.3 6.3 荷载的传递路径荷载的传递路径南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件任务一 认知静力学基本概念1.1 力1、力的定义 力是物体间相互的机械作用。2、力的作用效应 力对物体的作用效果称为力的作用效应，力的作用效应有两种，分别是内效应和外效应。力使物体的形状和尺寸发生改变的效应称为力的变形效应或内效应。

7、例如：桥梁长期受到上面车辆的作用而产生弯曲变形。力使物体的机械运动状态发生变化的效应称为力的运动效应或外效应。运动效应又分为移动效应和转动效应。南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件3、力的三要素 力对物体的作用效应取决于力的三个要素：大小 方向 作用点4、力的分类 力的分类方式有很多种，这里介绍的是依据力的作用范围大小把力分为两种：集中力和分布力。（1）集中力当力的作用范围相对于物体很小以至于可以忽略不计时，就可以把力近似的看作是作用在一个点上，这样的力称为集中力。集中力的单位是牛顿（N）或千牛顿（kN）。任务一 认知静力学基本概念南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件任

8、务一 认知静力学基本概念（2）分布力 当力的作用范围较大而不能忽略的作用力称为分布力，分布力又分为线分布力、面分布力和体分布力。连续作用在狭长范围内的力称为线分布力，其分布集度通常用字母表示，单位为N/m或kN/m；作用在一定面积上的分布力称为面分布力，其分布集度通常用p表示，单位是N/m2或kN/m2。体分布力是指在构成物体的空间里（或者说物体体积内）每一个点都受到力作用的情况，体分布力的分布集度的单位是N/m3或kN/m3。如果在作用范围内每个点受到的力大小不一样，这样的分布力称为非均布力；当作用范围内每个点受到的力大小相同，这样的分布力称为均布力。南京大学出版社土木工程力学土木工程力学

9、课件课件任务一 认知静力学基本概念q(x)qFp(x)v(x)南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件5、力的图示法 力是一个有大小和方向的量，所以力是矢量，力矢量所在的直线称为力的作用线。通常用一个带箭头的有向线段来表示集中力的三要素，其中线段的长度按一定的比例表示力的大小，线段与某定直线的夹角表示力的方位，箭头表示力的指向，有向线段的起点或终点表示力的作用点。任务一 认知静力学基本概念南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件1.2 刚体 刚体是指在任何外力作用下，其形状和大小始终保持不变的物体，即物体内任意两点的距离都不会改变的物体。事实上，刚体并不存在，它只是力学研究中的

10、一个理想的力学模型。1.3 平衡 物体相对于地球处于静止或匀速直线运动的状态称为平衡。任务一 认知静力学基本概念南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件1.4力系 同时作用在同一研究对象上的两个或者两个以上的力称为力系。若一个刚体在两个力系分别作用下其效果相同，则称这两个力系互为等效力系。如果一个力与一个力系等效，则称此力为该力系的合力，而该力系中的各力称为此力的分力。在不改变作用效果的前提下，用一个简单力系等效替代一个复杂力系的过程，称为力系的简化。把两个力会成为一个力称为力的合成，把一个力分解成两个力称为力的分解。要使物体处于平衡状态，就必须使作用于物体上的力系满足一定的条件，使一

11、个力系成为平衡力系的条件称为力系的平衡条件。使物体处于平衡状态的力系叫做平衡力系。任务一 认知静力学基本概念南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件2.1二力平衡公理 作用于同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反且作用于同一直线上（简称二力等值、反向、共线）。只受两个力作用而平衡的杆件，称为二力杆。任务二 静力学基本公理南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件2.2作用与反作用公理 两个物体之间的作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，沿同一直线，并分别作用在这两个物体上。2.3加减平衡力系公理 在作用于刚体上的已知力系中，加上或去掉

12、任意一个平衡力系，并不会改变原力系对刚体的作用效应。推论：力的可传性原理 作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点，而不改变该力对刚体的作用效应。任务二 静力学基本公理南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件2.4力的平行四边形公理 作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的作用点也在该点，合力的大小和方向可以用以两分力为邻边所构成的平行四边形的对角线表示。任务二 静力学基本公理FRF2F1A南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件推论：三力平衡汇交定理 若刚体在互不平行的三个力作用下处于平衡状态时，则此三个力的作用线必在同一平面内且汇交于一点。任务二 静力学

13、基本公理A2A1A3RAF2F1F3F南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件3.1力在轴上的投影（一）力在坐标轴上的投影 在物体上的点受到集中力作用，用带箭头的有向线段表示，在力所在的平面内建立平面直角坐标系，过力的起点和终点分别向轴引垂线，两垂足连线的长短再加上适当的正负号称为力在轴上的投影，用表示；同理，可画出力在轴上的投影，用表示，如图所示。力的投影是代数量，规定：当力的起点投影到终点投影的指向与坐标轴正向一致时，投影取正号；反之投影取负号。任务三 静力学计算基础南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件若已知力F的大小及其与x轴所夹的锐角，由图中的几何关系可以得到力F在

14、坐标轴上的投影X、Y可按下式计算：任务三 静力学计算基础ABB2A2B1A1OXYxyFC1122cossinXABFYA BF 南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 投影的计算过程是一找二算三判断，一找是在图上找到投影的位置，二算是利用数学知识计算出投影的大小，三判断是根据投影的正负号规定正确判断出投影的正负号。需要指出的是力在坐标轴上的投影大小，与力和坐标轴之间的关系有关。显然当力与坐标轴之间有特殊关系时则有结论：（1）当力与坐标轴垂直时，力在该轴上的投影为零；（2）当力与坐标轴平行或重合时，力在该坐标轴上的投影大小等于力的大小，正负号是同正异负。已知力可以求投影，反过来已知力

15、在轴和轴上的投影也可以确定力的大小和方向，用公式表示为：任务三 静力学计算基础22tanFXYYX南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件力的方向与其投影的正负号任务三 静力学计算基础南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件任务三 静力学计算基础已知 ，各力方向如图所示，请分别计算出各力在x轴和y轴上的投影。12100NFF3200NF480NF120OxyA4F4A3F345A1F1A2F26011112222333333cos45100 0.70770.7Nsin45100 0.70770.7Ncos30100 0.86686.6Nsin30100 0.550Ncos(18

16、0120)cos60200 0.5100Nsin(180120)sin60200 0.866173.2N XFYFXFYFXFFYFF444080N XYF南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（二）合力投影定理 根据力在坐标轴上的投影概念，可以推出合力投影定理：合力在任一坐标轴上的投影等于各分力在同一坐标轴上投影的代数和。任务三 静力学计算基础R12ni1R12ni1niniXXXXXXYYYYYY合力F FR R 的大小和方向为XYYXFRtan22南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件3.2力对点之矩（一）力矩的概念 力对某点的力矩等于该力的大小与该点到力作用线垂直距

17、离的乘积。用符号 表示。点O称为转动中心，又叫矩心，矩心O到力F作用线的距离d称为力臂，如图所示。力矩是代数量，一般规定：力使物体绕矩心作逆时针转动的力矩为正；反之为负。任务三 静力学计算基础O()MFO()MFFd 南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 利用力矩的定义公式计算力矩的过程可归纳为一找二算三判断，一找是找力臂，二算是算出力矩的大小，三判断是按力矩的正负号规定正确判断出力矩的正负号。由以上力对某点力矩的定义，可以得出以下结论：（1）当力的作用线通过矩心时，则力对该点的力矩等于零（力臂d=0）。（2）当力沿作用线移动时，不改变力对某点之矩，这是因为力的大小、方向和力臂的大

18、小均未改变。任务三 静力学计算基础南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（二）合力矩定理 平面汇交力系的合力对平面内任一点的力矩，等于力系中各分力对同一点力矩的代数和，这就是合力矩定理。任务三 静力学计算基础oRo1o2onoi1()()()()()niMFMFMFMFMF南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件任务三 静力学计算基础3.3力偶（一）力偶的概念大小相等、方向相反、作用线互相平行但不重合的两个力组成的力系，称为力偶，如图所示，用符号（、）表示。力偶中的两个力作用线之间的垂直距离称为力偶臂，用d表示；力偶所在的平面称为力偶的作用面。FF南京大学出版社土木工程力学土

19、木工程力学 课件课件（二）力偶矩 力偶中的力与其力偶臂的乘积再加上适当的正负号称为力偶矩，并用m（F、F）表示，通常简记为m，即 一般规定：若力偶的转向是逆时针时取正号；反之，取负号。力偶矩的单位与力矩相同，为“牛米”（Nm）或“千牛米”（kNm）。任务三 静力学计算基础 mF d南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（三）力偶的性质 力偶作为一种特殊力系，具有如下主要性质：性质1：力偶在任意坐标轴上的投影等于零。性质2：力偶没有合力，既不能与一个力等效，也不能用一个力来平衡，力偶只能用力偶平衡。性质3：力偶对其作用面内的任一点之矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关。性质4：在同一平面内的

20、两个力偶，如果它们的力偶矩大小相等、转向相同，则称这两个力偶是等效的。这就是力偶的等效性。根据力偶的等效性，可得到下面两个推论：推论1：力偶可在其作用面内任意移动和转动，而不改变它对物体的转动效应。推论2：只要保持力偶矩的大小不变、转向不变，可以相应地改变组成力偶的力的大小和力偶臂的长短，而不改变它对物体的转动效应。任务三 静力学计算基础南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 实践证明，力偶对物体的作用效果取决于力偶的三要素，即力偶矩的大小、力偶的转向、力偶的作用面。通常用带箭头的弧线来表示力偶，如图1-26所示，其中弧线表示力偶的作用面，m表示力偶矩的大小，箭头表示力偶的转向。任务

21、三 静力学计算基础【特别注意】对力偶进行有关计算，只须牢记两句话：（1）力偶在任一坐标轴上的投影恒等于零；（2）力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，与矩心的位置无关。南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件3.4力的平移定理 如图所示，设一个力作用于平面的A点，我们来讨论如何将该力平移到同一平面的O点。根据加减平衡力系公理，在O点添加一对平衡力，且使三个力大小相等。这样，并不影响原力对刚体的作用效应。显然，力和构成了一个力偶，其力偶矩等于原力对O点的矩，称为附加力偶。于是，作用于点O的力和附加力偶与原力等效。任务三 静力学计算基础南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 由

22、此可得：作用于刚体上的力，可平移到刚体上任一指定点O，但必须同时附加一个力偶，附加力偶的力偶矩等于原力对指定点O的矩。这就是力的平移定理。由力的平移定理可知，一个力可以分解为一个力和一个力偶；反之，力的平移定理的逆定理也是成立的，即平面内的一个力和一个力偶也可以合成为一个合力。任务三 静力学计算基础南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 工业厂房里常见一种柱子，俗称牛腿柱，如图所示。在支承吊车梁的牛腿柱子的A点受有吊车梁传来的荷载F=100kN，它的作用线偏离柱子轴线的距离e=400mm(e称为偏心距）。因设计时计算的需要，欲将力向柱子轴线上B点平移，应如何进行移动？任务三 静力学计

23、算基础解：根据力的平移定理，将作用于A点的力平移到轴线上的B点得力，同时还必须附加一个力偶，如图1-29(b)所示，它的力偶矩等于原力F对B点之矩，即：404.0100)(FeFMmBkNm负号表示附加力偶的转向是顺时针方向。南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件4.1约束和约束反力的概念 限制一个物体运动的其它物体，就称为该物体的约束。例如，柱子就是梁的约束，基础就是柱子的约束，合页是门和窗的约束。由于约束限制了被约束物体的运动，因此，约束必然对被约束物体有力的作用，这种限制物体运动或运动趋势的力称为约束反力，简称反力。约束反力的方向总是与被约束物体的运动或运动趋势方向相反。任务四

24、 常见的约束类型南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件4.2工程中常见的约束及其约束反力1、柔体约束 由绳索、链条、皮带、钢丝等柔软物体所构成的约束称为柔体约束。由于柔体只能受拉，不能受压，因此柔体约束的约束反力一定是通过接触点，沿着柔体约束的中心线背离受力物体的方向，且只能是拉力，用FT表示。任务四 常见的约束类型FTFGFGAA(a)(b)南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件2、光滑接触面约束 光滑接触面约束只能限制物体沿着接触面的公法线并指向接触面的运动，而不能限制物体沿着接触面的公切线或离开接触面的运动。所以，光滑接触面的约束反力必通过接触点，并沿着接触面的公法线

25、方向指向被约束的物体，且只能是压力，用FN表示。任务四 常见的约束类型被约束物体FN南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件3、光滑圆柱铰链约束 光滑圆柱铰链简称铰链，是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成，并且认为销钉和圆孔的表面都是光滑的，如图所示，如门窗上的合页、机器上的轴承、剪刀、钳子等。这种约束只能限制物体在垂直于销钉轴线的平面内沿任意方向的相对移动，但是它不能限制物体绕销钉作相对转动，其力学简图如图所示。故铰链的约束反力在垂直于销钉轴线的平面内，通过销钉中心，但方向待定。任务四 常见的约束类型南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件4、链杆约束 链杆约束是由两个

26、光滑圆柱铰链组成的，其受力特征显示：链杆就是二力杆，其约束作用是只能限制物体沿着两铰心连线方向趋向或离开链杆的运动，而不能限制其他方向的运动。所以链杆约束的约束反力沿着链杆轴线，指向待定，需根据物体的受力情况确定，如图所示，图中反力的指向是假设的。任务四 常见的约束类型ABAAFA(a)(b)(c)南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件5、支座 在日常生活和工程实际中，经常需要把物体与地基、基础或其它固定不动的物体连接在一起，力学中把这样的约束统称为支座。依据支座的构造和约束功能不同，通常把支座分为固定铰支座、可动铰支座、固定端支座和链杆支座等。任务四 常见的约束类型南京大学出版社土

27、木工程力学土木工程力学 课件课件（1）固定铰支座 固定铰支座的构造简图如图所示，其力学简图用图表示。它可以限制结构或构件沿任意方向的移动，而不能限制其转动。其约束性能与圆柱铰链相同，支座反力与圆柱铰链的约束反力也相同。固定铰支座对构件的支座反力通过铰链中心，而方向不定。通常用一对正交分解的分力FAx和FAy来表示，指向假设。任务四 常见的约束类型南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（2）可动铰支座 可动铰支座的构造简图如图所示，可动铰支座的力学简图如图表示。可动铰支座的支座反力垂直于支承面，通过铰链中心，但指向待定。任务四 常见的约束类型南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件

28、课件（3）固定端支座 工程实际中，一个物体牢固地嵌在地基、墙或其它固定不动的另一物体内，使之既不能移动，也不能转动。这种支座称为固定端支座。例如，工程中嵌入基础中的钢筋砼柱，房屋建筑中的嵌入墙身用于支承外阳台、雨篷的钢筋砼挑梁的嵌入端等，它们都是固定端约束的典型例子。固定端支座的力学简图如图表示，它既能限制其移动，又能限制其转动。固定端支座的支座反力常用两个互相垂直的分力FAx和FAy，及一个阻止转动的力偶矩为的mA反力偶共三个约束反力来表示，指向待定。任务四 常见的约束类型FAxFAymAA南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（4）链杆支座 当链杆约束所连接的两个物体中有一个为固

29、定不动的物体时，我们称这样的约束为链杆支座。这种约束只能限制构件沿着链杆中心线趋向或离开链杆的运动，而不能限制其它方向的运动。所以，链杆支座的约束反力沿着链杆中心线，指向待定。任务四 常见的约束类型F南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件5.1荷载的分类 工程上把主动作用于结构或构件上的外力称为荷载。荷载有多种形式，从不同的角度看荷载就会得出不同的分类结果。常见的荷载分类方式有：1.按作用的范围分类 按荷载作用的范围大小情况把荷载分为集中荷载和分布荷载。2.按作用的时间分类 建筑结构荷载规范（GB5000092012）将结构上的荷载按随时间的变异分为三类：（1）永久荷载（2）可变荷载

30、（3）偶然荷载任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件3.按作用的性质分类 按荷载作用的性质把荷载分为静荷载和动荷载。4.按作用的位置分类 按作用的位置变化情况把荷载分为固定荷载和移动荷载。5.2结构的计算简图 在对实际工程结构进行力学分析和计算时，必须先对实际结构及其受力情况进行分析并加以简化，略去一些次要因素，抓住结构的主要特征，用一个简化了的结构模型来代替实际结构，这种力学模型称为结构的力学计算简图，简称计算简图。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件1.计算简图的简化原则 对实际结构进行简化时，必须遵循如下两个原则：（1）从

31、实际出发，反映结构实质；（2）分清主次，便于进行力学计算。选取结构计算简图的细则有：对重要的结构应采用比较精确的结构计算简图，以提高计算的可靠性，对非重要结构可以使用较为简单的结构计算简图；在初步设计阶段可使用较粗略的结构计算简图，在技术设计阶段再使用比较精确的结构计算简图；通常对于结构的静力计算，可以使用比较复杂的结构计算简图，对结构作动力计算或稳定性计算时，可以采用比较简单的结构计算简图；使用的计算工具愈先进，采用的结构计算简图就可以愈精确。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件2.结构计算简图的简化内容 在从实际结构到结构计算简图的简化过程中，需要做很多工

32、作，其简化内容主要包括结构体系的简化、构件的简化、结点的简化、支座的简化和荷载的简化。（1）结构体系的简化 工程实际中的大多数结构都是空间结构，各个构件相互连接在一起成为一个空间整体，以便于抵抗各个方向可能出现的荷载。为了使研究计算方便，通常要设法一个空间结构分解为若干个平面结构来研究，这种简化称为结构体系的平面简化。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（2）构件的简化构件的截面尺寸（宽度、高度）通常比其长度尺寸小得多，在计算截面内力时，其实与截面形状及尺寸并无关系，既然如此，在结构计算简图中构件用其轴线来代替，并把构件统称为杆件。结构中两个或两个以上杆件之间

33、的连接处称为结点，杆件长度用结点间的距离来表示。（3）结点的简化 实际结构中，杆件与杆件之间的连接方式有很多种，在结构的计算简图中通常把杆件之间的连接方式分为铰链连接和刚性连接两种类型。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件 结构中杆件之间相互连接的地方称为结点，在结构的计算简图中通常把结点分为铰结点、刚结点和混合结点三种类型。铰结点 铰结点是指连接在一起的所有杆件之间全部采用铰链连接的地方。铰结点处各杆间的夹角在外力的作用下可以发生改变，在各杆的铰结点处不产生弯矩。任务五 结构的计算简图圆木钢拉杆南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件刚结点 刚结点是

34、指连接在一起的所有杆件之间全部采用刚性连接的地方。刚结点的刚意味着构件连接处具有刚性，在外力的作用下刚结点处各杆间的夹角保持不变，在结构变形时同一刚结点处的各杆旋转相同的角度，在各杆的刚结点处一般产生弯矩。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件混合结点 混合结点是指在一个结点所连接的各杆中，有些杆件之间为刚性连接，有些杆件之间为铰链连接。（4）支座的简化 支座是将结构与地基基础或其它固定不动物体相连接的装置。其作用是将结构固定，并将结构受到的荷载传递给支撑结构的物体上。支座对结构的反作用力称为支座反力。平面杆系结构的结构计算简图中常见的支座主要有以下三种：可动铰

35、支座：这种支座只限制被约束物体沿垂直支承面方向的位移，而不限制物体的其它运动。固定铰支座：这种支座只限制被约束物体铰心处的移动，而不限制被约束物体绕铰心的转动。固定端支座：这种支座不允许约束处有任何的运动，即不能有任何的移动和转动。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（5）荷载的简化 在工程实际中，荷载的作用方式是多种多样的，前面已经介绍过。在结构计算简图中通常把荷载简化为集中荷载、线分布荷载和集中力偶三种作用方式。3.结构计算简图的选取举例 一根钢筋混凝土梁搁置在砌筑好的砖墙上，已知砖墙厚度为a、梁的净跨为l0、梁在砖墙上的支撑长度为a，如图所示，如何建立这

36、根钢筋混凝土梁的力学计算简图呢？任务五 结构的计算简图墙梁aa南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件分析：梁受力作用之后的位移及变形有三个特点：整个梁在水平方向上不可能发生整体移动；搁置在砖墙上的梁的两端在竖直方向上不可能有上下移动，但是在梁发生弯曲变形时梁的两端会发生转动；当梁受到温度变化（热胀冷缩）影响时可以在水平方向自由伸缩。根据以上梁的位移及变形特点，可以对梁及其支撑做如下处理：用梁轴线代替梁，把梁上承受的荷载简化为均布荷载，让荷载直接作用在梁的轴线上；把梁左端的支撑简化为固定铰支座，作用在梁下砖墙宽度的中点；把梁右端的支撑简化为可动铰支座，作用在梁下砖墙宽度的中点。于是，就

37、得到了梁的结构计算简图如图所示。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件4.平面杆系结构的分类 在建筑物中承受荷载、传递荷载起骨架作用的构件或由其组成的整体称为建筑结构，简称结构。结构按照其组成元件的几何特征通常分为三大类：杆系结构、板壳结构和块体结构。杆件的几何特点是一个方向的尺寸远大于另外两个方向的尺寸。由杆件组成的结构称为杆系结构。当组成结构的各杆轴线都在同一平面内，且荷载也作用于该平面内时，这样的结构称为平面杆系结构。本书主要研究的是平面杆系结构。平面杆系结构分类方式很多，在建筑力学中通常根据其受力特点和变形特征把平面杆系结构分为五种类型，分别是梁、拱、平

38、面刚架、平面桁架、平面组合结构。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（1）梁 在荷载作用下以弯曲变形为主要变形的非竖直杆件称为梁。梁在两支座之间的部分称为跨，两支座之间的距离称为跨度。梁的分类方式很多，力学中梁的分类情况主要有：根据跨数通常把梁分为单跨梁和多跨梁；根据梁轴线的曲直把梁分为曲梁、折梁和直梁；根据梁轴线的方位把梁分为水平梁和斜梁；根据计算方法把梁分为静定梁和超静定梁；根据梁结构中杆件数量把梁分为连续梁和组合梁。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件

39、（2）拱 拱结构的轴线为曲线，在竖向荷载作用下，会产生水平支座反力（推力）。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（3）平面刚架 平面刚架是由梁、柱等共面直杆组成的具有刚结点的平面杆系结构。刚架中杆件的内力有弯矩、剪力和轴力，以弯矩为主。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（4）平面桁架 杆件均为直杆，且各杆连接点均为铰结点的平面杆系结构称为平面桁架。任务五 结构的计算简图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（5）平面组合结构 平面组合结构是由以上梁式杆（梁）和链杆（桁架杆）组成的平面杆系结构，平面组合结构内部一定包

40、含有混合结点。任务五 结构的计算简图A B A BA 南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件6.1单个物体的受力分析 在解决力学问题时，首先需要确定物体系统或者系统中的某个物体都受到那些力的作用，以及每个力的作用位置和方向，然后再用图的形式形象、直观、正确地表达出物体的受力情况。前者称为受力分析，后者叫做画受力图。正确地受力分析是画受力图的关键，也是进行力学计算的依据。对于非自由体，其上所承受的力分为两大类：一类是主动力，另一类是约束反力。主动力一般情况下都是已知的，约束反力的大小都是未知的、方向有的已知有的未知。任务六 受力分析与受力图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课

41、件 在工程实际中，一般都是几个构件或杆件相互联系在一起。因此，需要首先明确对哪一个物体进行受力分析，即明确研究对象。为了准确地反映物体的受力情况，必须把需要研究的物体（即受力体，又叫研究对象）从与它相联系的周围物体（即施力体）中分离出来，单独画出它的简图，这个被分离出来的研究对象称为脱离体，这个过程称为选取研究对象或取分离体。在脱离体上画出周围物体对它的全部作用力包括主动力和约束反力，所得到的图形，称为物体的受力图。通常画受力图有以下几个基本步骤：第一步：选取研究对象（又叫取隔离体）即将所研究的物体在解除约束后从物体系统中分离出来，单独画出这个物体的结构简图或轮廓图。第二步：画主动力 画出作用

42、于研究对象上的全部主动力，通常主动力是已知的。第三步：画约束反力 根据相应的约束类型画出作用于研究对象上的全部约束反力。任务六 受力分析与受力图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件【例1-4】重力为FG的小球，用绳索AB系住并靠在光滑的斜面上，接触点为D，试画出小球的受力图。任务六 受力分析与受力图BCAD解：（1）取小球为研究对象，把它单独画出来。（2）先画主动力 作用在小球上的主动力是已知的重力FG，作用于球心、竖直向下。（3）再根据约束性质画约束反力 绳索AB对小球构成柔体约束，它对小球的约束反力是通过接触点A，沿着绳索方向背离小球为拉力FTA。墙对小球构成光滑接触面约束，它

43、对小球的约束反力作用于接触点D，沿接触面公法线指向球心C为压力FND。从而画出小球的受力图。DACFTAFGFND南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件【例1-5】简支梁AB所示，梁的自重不计，试画出梁AB的受力图。任务六 受力分析与受力图解：（1）取隔离体 选取梁为研究对象，画出梁的轮廓图；（2）画主动力 梁受到的主动力只有已知力F，在C点画上力F；（3）画约束反力 梁的A端为固定铰支座，其约束反力方向未知，用两个互相垂直的分力来表示；B端为可动铰支座，其约束反力垂直于支撑面、指向假设。画出梁AB的受力图。FFFFAxFAyFBFAFB南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课

44、件此题还有另一种画法。因为梁AB是在三个力的作用下处于平衡状态，所以可以利用前面所学的三力平衡汇交定理画出其受力图。主动力F的方向和可动铰支座的约束反力的方位是确定的，两者的作用线延长汇交于点D，那么固定铰支座A处的约束反力的作用线一定通过D点。任务六 受力分析与受力图FFFFA xFA yFBFAFBFFFFA xFA yFBFAFB南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件6.2物体系统的受力分析 由两个或两个以上的物体通过一定的约束连接在一起所组成的组合体称为物体系统，简称物系。物体系统受力图的画法与单个物体受力图的画法基本相同。画物体系统受力图的过程称为物体系统的受力分析。两者的

45、区别在于画物体系统受力图时所选取的研究对象，可以是物系中的某一个物体、也可以是物系中两个或两个以上的物体组成的联合体乃至物系整体。任务六 受力分析与受力图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件画物体系统受力图时的注意事项有如下几点：（1）若物体系统中有二力杆时，应首先画出二力杆的受力图，我们称之为二力杆优先；（2）物体系统内物体间的作用力和反作用力，必须遵循作用与反作用公理；（3）在受力图上只画研究对象所受的外力，不画内力；（4）同一个约束反力在不同的受力图上必须保持前后一致，不能自相矛盾。任务六 受力分析与受力图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件【例1-6】如图所示的

46、物体提升装置，杆件和滑轮A的自重均不计，提升的物体自重为FG,试分别画出AC、AB、物体及滑轮A的受力图。任务六 受力分析与受力图DBCFGA解：（1）二力杆 提升装置中AB、AC是二力杆，其力作用线的位置是确定的，故A、C两处的约束反力沿AC的连线，且等值、反向，画出AC受力图，A、B两处的约束反力沿AB的连线，且等值、反向，画出AB受力图。CAF1F1F2F2AB南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（2）物体 选取物体为研究对象，受的力有重力FG，绳子为柔体约束，约束反力为拉力，画出重物的受力图。（3）滑轮A 选取滑轮A为研究对象，根据物体系统内物体间的作用力和反作用力的关系，

47、画出滑轮A的受力图。任务六 受力分析与受力图FTFGFFF2F1A南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件【例1-7】人字梯如图所示。梯子的两部分AB和AC在A处铰接，又在D、E两点用水平绳连接。梯子放在光滑的水平面上，梯子自重忽略不计，在AB上的H点站一人，其自重为F。试分别画出梯子的AB、AC部分以及整个物体系统的受力图。任务六 受力分析与受力图解：（1）画梯子AB部分的受力图：取AB杆为研究对象，其上受有主动力作用，A处为铰链约束；在D处是绳子对它的柔体约束；在B处是地面对它的光滑接触面约束。画出梯子AB部分的受力图。南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（2）画梯子A

48、C部分的受力图：取AC杆为研究对象，A处为铰链约束，注意互为作用力反作用力的关系；在E处是绳子对它的柔体约束，；在C处是地面对它的光滑接触面约束。画出梯子AC部分的受力图。（3）画人字梯整体的受力图：取整体为研究对象，约束反力与、与，与都属于系统的内力。画出梯子整体的受力图。任务六 受力分析与受力图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件6.3荷载的传递路径 建筑结构的主要功能之一就是能够抵抗并传递荷载。而一个建筑结构通常是由很多建筑构件联系在一起组合而成的，因此，研究作用在结构上的荷载的传递路径是很有必要的。在相互连接的构件之间，一个构件的约束反力正是另一个构件的荷载。这是我们理解荷载传递路径的关键，也是我们顺藤摸瓜计算未知约束反力的重要思路。任务六 受力分析与受力图南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件（2）画梯子AC部分的受力图：取AC杆为研究对象，A处为铰链约束，注意互为作用力反作用力的关系；在E处是绳子对它的柔体约束，；在C处是地面对它的光滑接触面约束。画出梯子AC部分的受力图。（3）画人字梯整体的受力图：取整体为研究对象，约束反力与、与，与都属于系统的内力。画出梯子整体的受力图。任务六 受力分析与受力图河南建筑职业技术学院河南建筑职业技术学院金舜卿金舜卿制作制作南京大学出版社土木工程力学土木工程力学 课件课件感谢你的聆听！祝你学有所成！