1、建筑力学一组房屋破坏的图片一组房屋破坏的图片第 一 篇静力学静力学的任务静力学的任务力系简化力系简化力系的平衡条件力系的平衡条件建筑力学建筑力学第一篇第一篇 静力学静力学第一章第一章 静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析第二章第二章 平面力系的简化和平衡平面力系的简化和平衡第三章第三章 空间力系的简化和平衡空间力系的简化和平衡第四章第四章 摩擦摩擦建筑力学建筑力学1-1 1-1 基本概念基本概念 1-2 1-2 静力学公理静力学公理 1-3 1-3 力系的等效力系的等效1-1-4 4 平面力矩和平面力偶平面力矩和平面力偶1-1-5 5 约束与约束力约束与约束力 1-1-6 6
2、受力分析与受力图受力分析与受力图 第一章第一章静力学公理和物体的受力分析静力学公理和物体的受力分析 建筑力学建筑力学静力学静力学:研究物体在力系作用下平衡规律的科学。研究物体在力系作用下平衡规律的科学。平衡平衡:物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动。物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动。力系：作用于物体上的一群力。力系：作用于物体上的一群力。平衡力系：使物体保持平衡的力系。平衡力系：使物体保持平衡的力系。刚体：在力的作用下不变形的物体。（理想化的力学模型）刚体：在力的作用下不变形的物体。（理想化的力学模型）1-1 1-1 基本概念基本概念 建筑力学建筑力学力的概念力的概念1-1 1-1 基
3、本概念基本概念 力力物体间的相互机械作用物体间的相互机械作用力的两种作用效应力的两种作用效应使物体使物体运动状态发生改变运动状态发生改变（外效应）（外效应）使物体使物体变形变形（内效应）（内效应）2.力的三要素力的三要素作用点作用点（线）（线）大小大小（单位：牛（单位：牛【顿顿】（N）或千牛）或千牛【顿顿】（KN）1KN=1000N）方向方向建筑力学建筑力学1.力和力的两种作用效应力和力的两种作用效应3.力的表示法力的表示法是一个有大小有方向的矢量是一个有大小有方向的矢量1-1 1-1 基本概念基本概念 FA 10KN建筑力学建筑力学公理公理1:1:力的平行四边形法则力的平行四边形法则公理公理
4、2:2:二力平衡条件二力平衡条件公理公理3:3:加减平衡力系原理加减平衡力系原理公理公理4:4:作用和反作用定律作用和反作用定律1-2 1-2 静力学公理静力学公理建筑力学建筑力学公理公理1:1: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，可以合成为一作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由这两个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由这两个力矢为边所构成的平行四边形的对角线确定。个力矢为边所构成的平行四边形的对角线确定。1-2 1-2 静力学公理静力学公理21FFFR建筑力学建筑力学合力矢也可用力三角形求得合力矢也可用力三角形求得,
5、此公理表明了最简单力此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。系的简化规律，是复杂力系简化的基础。21FFFRo2F1FRFo1F2FRFo1F2FRF建筑力学建筑力学公理公理2:2:二力平衡条件二力平衡条件 作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上且作用在同一直线上.最简单力系的平衡条件最简单力系的平衡条件21FF021 FF建筑力学建筑力学2F1F在两个力作用下平衡的刚体在两个力作用下平衡的刚体二力构件二力构件二力构件受力沿力作用点
6、连线方向二力构件受力沿力作用点连线方向ABAB二力构件承受外力与本身形状无关二力构件承受外力与本身形状无关建筑力学建筑力学公理公理3:3:加减平衡力系原理加减平衡力系原理 建筑力学建筑力学 在作用于刚体上的已知力系中，加上或去掉任意在作用于刚体上的已知力系中，加上或去掉任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。ABF2F1F推理推理1 1 力的可传性力的可传性 作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为大小、方向和作用线。大小、方向和作用线。FFF21ABF建筑力学建筑力学作用于刚体上某点的力，可以沿其作用
7、线移至刚作用于刚体上某点的力，可以沿其作用线移至刚体内任一点，而不改变它对于刚体的作用。体内任一点，而不改变它对于刚体的作用。当刚体受三个力作用当刚体受三个力作用,且这三个力构成平衡力系，且这三个力构成平衡力系，若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力作用线若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力作用线必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面内。必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面内。推理推理2 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理建筑力学建筑力学公理公理4:4:作用和反作用定律作用和反作用定律 作用力和反作用力总是同时存在，同时消失作用力和反作用力总是同时存在，同时消失,等值、反向、共线
8、，作用在相互作用的两个物体上等值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上 (在画物体受力图时要注意此公理的应用在画物体受力图时要注意此公理的应用)。ABFFAB建筑力学建筑力学如果两个力系使刚体产生相同的运动状态变化，如果两个力系使刚体产生相同的运动状态变化，这两个力系互为等效力系。这两个力系互为等效力系。一个力系用其等效力系来代替，称为力系的一个力系用其等效力系来代替，称为力系的等效替换。等效替换。用一个简单力系等效替换一个复杂力系称为用一个简单力系等效替换一个复杂力系称为力系的简化。力系的简化。如果一个力与一个力系等效，称该力是这个如果一个力与一个力系等效，称该力是这个力系的合力！力系的合
9、力！1-3 1-3 力系的等效力系的等效建筑力学建筑力学OFABd力对点之矩力对点之矩(力矩力矩)矩心矩心o，力臂，力臂d，单位：，单位：N.m从平面的角度研究力对刚从平面的角度研究力对刚体的转动体的转动(趋势趋势)效应，用效应，用力矩来度量。力矩来度量。1-1-4 4 平面力矩和平面力偶平面力矩和平面力偶)(FMOFdABOS 2建筑力学建筑力学力偶力偶:作用于同一物体上的大小相等作用于同一物体上的大小相等,方向方向 相反且不共线的两个平行力组成的特殊力系相反且不共线的两个平行力组成的特殊力系.平面力偶平面力偶建筑力学建筑力学两力作用线之间的垂直距离两力作用线之间的垂直距离d d 称为力偶臂
10、称为力偶臂.力偶力偶(F F,F F)两个力所在平面称力偶作用面两个力所在平面称力偶作用面.力偶矩力偶矩是力偶作用是力偶作用的唯一量度。的唯一量度。FABFd建筑力学建筑力学平面力偶对刚体的转动效应（大小和转向）用平面力偶对刚体的转动效应（大小和转向）用力偶矩来度量。力偶矩来度量。FdMFFM,M)(FMMoFABFdo建筑力学建筑力学力偶的性质力偶的性质1.1.力偶在任意坐标轴上的投影等于零。力偶在任意坐标轴上的投影等于零。建筑力学建筑力学2.2.只要保持力偶矩不变，力偶可在其作用面内任只要保持力偶矩不变，力偶可在其作用面内任意移转，且可以同时改变力偶中力的大小与力臂意移转，且可以同时改变力
11、偶中力的大小与力臂的长短，对刚体的作用效果不变的长短，对刚体的作用效果不变.1122dFdF转向不变建筑力学建筑力学2d2F2F1d1F1F3 力偶对任意点之矩恒为力偶矩力偶对任意点之矩恒为力偶矩建筑力学建筑力学FdM M自由体：位移不受限制的物体叫自由体。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。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起限制作用的条件称为约束：对非自由体的某些位移起限制作用的条件称为 约束约束.(.(即构成限制条件的物体即构成限制条件的物体.).)1-1-5 5 约束与约束力约束与约束力建筑力学建筑力学约束约束(反反)
12、力特点力特点:1.1.大小常常是未知的大小常常是未知的;2.2.方向总是与约束限制的物体的方向总是与约束限制的物体的(相对相对)位移方向相反位移方向相反;3.3.作用点在物体与约束相接触的那一点。作用点在物体与约束相接触的那一点。主动力：促使物体运动或有运动趋势的力，在静力学主动力：促使物体运动或有运动趋势的力，在静力学中它作为已知条件给出。中它作为已知条件给出。1-1-5 5 约束与约束力约束与约束力建筑力学建筑力学 1 1.柔索约束柔索约束(由柔软无重的绳索由柔软无重的绳索,胶带或链条等构胶带或链条等构成的约束成的约束):):工程常见的约束及相应的约束力工程常见的约束及相应的约束力建筑力学
13、建筑力学物体受到约束（柔索）的约束力物体受到约束（柔索）的约束力:作用在接触作用在接触 点，方向沿着柔索背离物体。点，方向沿着柔索背离物体。柔索只能受拉力，又称张力柔索只能受拉力，又称张力.胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向.建筑力学建筑力学物体受到约束物体受到约束(光滑面光滑面)的约束力的约束力:作用在接触点处，作用在接触点处，其方向沿接触面在该其方向沿接触面在该 点的公法线上，并指向物体。点的公法线上，并指向物体。2.2.光滑面约束光滑面约束(具有光滑接触面（线、点）的约束具有光滑接触面（线、点）的约束)建筑力学建筑力学建筑力学建筑力学 圆柱铰链物体之间的约束
14、力圆柱铰链物体之间的约束力:通过铰链中心。通过铰链中心。3.3.光滑铰链约束光滑铰链约束 销钉销钉 建筑力学建筑力学4.4.固定铰链支座约束固定铰链支座约束建筑力学建筑力学物体受到约束物体受到约束(固定铰链支座固定铰链支座)的约束力的约束力:通过铰链中心。通过铰链中心。RFxFyF建筑力学建筑力学力偶:作用于同一物体上的大小相等,方向活动铰支座(辊轴支座)约束使物体运动状态发生改变（外效应）根据问题的要求，研究对象可以是一个物体，或几个相联系的物体组成的物体系统。当刚体受三个力作用,且这三个力构成平衡力系，若其中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力作用线必交于同一点，且三个力的作用线在同一平面
15、内。力偶(F,F)两个力所在平面称力偶作用面.物体受到约束(光滑面)的约束力:作用在接触点处，其方向沿接触面在该 点的公法线上，并指向物体。公理2:二力平衡条件作用点在物体与约束相接触的那一点。合力矢也可用力三角形求得,此公理表明了最简单力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。在明确研究对象之后，必须将其周围的约束全部解除，单独画出它的简单图形。1-1 基本概念公理4:作用和反作用定律矩心o，力臂d，单位：N.作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上.5.5.活动铰支座活动铰支座(辊轴支座辊轴支座)约束约束建筑力学建筑力学 物体受到的
16、物体受到的约束力约束力:只能沿光滑支撑面的法只能沿光滑支撑面的法线方向，并通过铰链中心。线方向，并通过铰链中心。建筑力学建筑力学6.6.固定端约束固定端约束 物体受到的物体受到的约束力约束力:任意力系，简化结果如图任意力系，简化结果如图,大小未知。大小未知。建筑力学建筑力学w解除约束定理解除约束定理：当受约束的物体受到某些主动力的作用时，当受约束的物体受到某些主动力的作用时，若将其部分或全部的约束除去，代之以相应的约若将其部分或全部的约束除去，代之以相应的约束力，则物体的运动状态不受影响。束力，则物体的运动状态不受影响。1-1-6 6 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图建筑力学建筑力
17、学研究对象：需要研究的物体研究对象：需要研究的物体分离体分离体 设想把研究对象从周围的约束中分离出来，单独画其简图，设想把研究对象从周围的约束中分离出来，单独画其简图，称为取分离体。称为取分离体。受力分析受力分析 考察分离体受了几个外力，每个力的作用位置和方向。考察分离体受了几个外力，每个力的作用位置和方向。受力图受力图 在分离体上画上其所受的全部外力在分离体上画上其所受的全部外力-主动力和约束力。主动力和约束力。1-1-6 6 物体的受力分析和受力图物体的受力分析和受力图建筑力学建筑力学NEFGFNDFAxFNDFTBFAyFTBFNDFRAF建筑力学建筑力学结论结论1 1：有些约束力。根据
18、约束性质，只能确定其作用点和有些约束力。根据约束性质，只能确定其作用点和作用线的方位，至于指向，可先任意假设，以后可作用线的方位，至于指向，可先任意假设，以后可通过计算验证。通过计算验证。建筑力学建筑力学说明：三力平衡必汇交说明：三力平衡必汇交一点一点,当三力平行时，在当三力平行时，在无限远处汇交，它是一无限远处汇交，它是一种特殊情况。种特殊情况。AFBFNDFQFNEFBFNDFCF建筑力学建筑力学TFTFBxFByFDFCFTFCFAxFAyFByFBxFAxFAyFDFTFTF建筑力学建筑力学结论结论2 2：内外力的区分不是绝对的，只有相对内外力的区分不是绝对的，只有相对于某一确定的研究
19、对象才有意义。于某一确定的研究对象才有意义。建筑力学建筑力学（1 1）对象明确，分离彻底。）对象明确，分离彻底。a.a.根据问题的要求，研究对象可以是一个物体，根据问题的要求，研究对象可以是一个物体，或几个相联系的物体组成的物体系统。或几个相联系的物体组成的物体系统。b.b.在明确研究对象之后，必须将其周围的约束全在明确研究对象之后，必须将其周围的约束全部解除，单独画出它的简单图形。部解除，单独画出它的简单图形。（2 2）力不能凭空产生，有力必有施力物体）力不能凭空产生，有力必有施力物体 注意事项注意事项（3 3）根据每个约束单独作用时，由该约束本身的特）根据每个约束单独作用时，由该约束本身的特 性确定约束的方向。性确定约束的方向。建筑力学建筑力学（4 4）不画内力，只画外力。）不画内力，只画外力。（5 5）物体之间的相互作用力应满足作用与反作用定）物体之间的相互作用力应满足作用与反作用定 律。律。内力是所取研究对象内部各物体间的相互作用内力是所取研究对象内部各物体间的相互作用力；外力是研究对象以外的物体对研究对象的作用力；外力是研究对象以外的物体对研究对象的作用力。力。建筑力学建筑力学谢 谢
