文档介绍：第1章绪论和静力学基本知识
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建筑力学的研究对象和任务
静力学的基本概念和假设
结构的计算简图
力、力矩和力偶理论
平面汇交力系
平面力偶系的合成与平衡
平面一般力系
物体的重心
习题
本章内容
教学要求:了解建筑力学的研究对象和基本任务;了解刚体的概念、建筑力学的基本假设、杆件变形的基本形式、荷载的分类;熟悉各种约束的性质;掌握结构计算简图的概念及绘制受力图的方法。熟悉力、力矩、力偶、力偶矩的基本概念;掌握平面力系的简化、平衡及工程应用;重点掌握应用平面一般力系的平衡方程求解简单刚体系统平衡问题;了解重心的概念、重心位置的确定方法和重心概念在建筑设计中的应用。
本章首先介绍结构的概念和分类,阐述建筑力学的研究对象和基本任务;然后介绍刚体和变形体;建筑力学基本假设;力、力矩、约束和约束反力;荷载及荷载分类等基本概念及各种公理;平面汇交力系和平面力偶系的合成与平衡条件;在此基础上,重点介绍一般力系的简化、平衡条件及在工程中的应用。此外还介绍物体重心的求法及重心的概念在建筑设计中的应用。
建筑力学的研究对象和任务
土木工程中的各类建筑物,从开始建造就承受各种荷载的作用。工程中把主动作用于建筑物上的外力称为荷载,把建筑物中承受并传递荷载而起骨架作用的部分叫做建筑结构,简称结构。组成结构的单个物体叫构件。梁、柱、板、墙和基础等都是常见的构件。构件一般分为三类,即杆件(一个方向的尺寸远大于另外两个方向的尺寸,如梁、柱、墙、板)、薄壁构件(一个方向的尺寸远小于另外两个方向的尺寸,如薄板)和实体构件(三个方向的尺寸相差不大,如水坝)。在建筑结构中应用最广的是由杆件组成的结构,称为杆系结构,(a)(b)所示是由一个梁或柱组成;也可以由几个杆件组合在一起构成刚架结构或桁架结构,(c)所示的屋架是由很多杆件组成的屋盖结构;(d)所示是由一根梁和拉杆组成的雨篷结构。
一、建筑力学的研究对象
杆系结构
建筑力学的主要研究对象就是杆件和杆系结构,其他的如薄壁构件、实体构件是弹性力学的研究内容。
建筑结构构件在规定的荷载作用下能安全工作而不能发生材料破坏。关于结构及构件的安全(或破坏)问题称为强度问题。
在荷载作用下,结构及杆件的形状、尺寸和位置均会发生改变,称为变形。一个结构在荷载作用下,尽管有足够的强度,但如果变形过大,也会影响正常使用。为保证结构的正常工作,必须控制结构在荷载作用下的变形,称为结构的刚度问题。
结构中某些受压的细长杆件,如屋架中的压杆,在外力较小时能维持其直线平衡状态,但当压力超过某一值时(这个值比按强度计算的值小得多),压杆的直线平衡状态已不稳定,稍有扰动很容易突然变弯,从而导致结构的破坏,这种现象称为失稳破坏,属于结构的稳定性问题。
综上所述,建筑力学的研究任务就是研究杆系结构在外荷载及其他因素作用下结构和构件的强度、刚度和稳定性。
二、建筑力学的研究任务
建筑力学的研究对象和任务
静力学的基本概念和假设
刚体是在外力作用下,其内部任意两点之间的距离不发生变化的物体。实际物体在外力作用时,内部各点之间的距离都会发生一定的改变,即物体产生了变形。当物体的变形很小时,可以将变形略去不计,这时,物体可以抽象为刚体,从而使问题的研究大为简化。
但当研究的问题与物体的变形密切相关时,就必须考虑物体的变形,哪怕是极其微小的变形,这时就要把物体抽象为变形体这一力学模型。变形体是在外力作用下内部各点之间距离会发生变化的物体。如研究一个简支梁在外力作用下的内力时,可以把简支梁看做一个刚体,而要研究梁的变形时,就必须把梁看作变形体了。
一、刚体和变形固体的概念
二、建筑力学的基本假设
建筑力学的基本假设有如下两个。
1. 材料的连续、均匀、各向同性假设
连续是指固体内部没有空隙。相应地,固体内出现的物理量(如变形、位移等)也可以看成是连续的,从而可以用坐标的连续函数来描述。
均匀是指固体内各处的力学性质完全相同。从而可以取出物体的任意微小部分来研究,其结果可以推广至整个物体。
各向同性是指固体在各个方向上具有相同的力学性质。
上述假设不仅使力学计算大为简化,依据它们所得出的结论也是可以满足工程所需精度的。
2. 结构及构件的微小变形假设
工程常用的材料,在荷载不超过一定范围时,只有弹性变形没有塑性变形,称为弹性体。
建筑力学中假设结构及构件的变形都是微小的,讨论变形后结构的平衡时,可以忽略这些变形值而按变形前结构及构件的尺寸来进行计算,并且荷载的作用位置也不改变。
三、杆件变形的基本形式
杆件的变形有下列四种基本形式。
l. 轴向拉伸或压缩
当一直杆在两端承受轴向的拉力或压力时,其发生的变形是沿杆轴线方向的伸长或缩短,