【正文】 授課教師：回修杰 《 建筑力學(xué) 》 介紹 一 、 課程的性質(zhì)和任務(wù) 《 建筑力學(xué) 》 建筑工程專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。 它包含理論力學(xué)（靜力學(xué)部分）、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)三部分內(nèi)容。 通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具有初步對工程問題的簡化能力，一定的分析與計算能力，是學(xué)習(xí)有關(guān)后繼課程和從事專業(yè)技術(shù)工作的基礎(chǔ)。 通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握物體的受力分析、平衡條件及熟練掌握平衡方程的應(yīng)用；掌握基本構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題的分析和計算；掌握平面桿件結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的計算方法。 二．建筑力學(xué)的內(nèi)容和任務(wù) （ 1）結(jié)構(gòu)由桿件組成，如何組成才能成為一個結(jié)構(gòu)是我們首先要研究的問題； （ 2）結(jié)構(gòu)是要承受荷載的，這里討論最簡單的結(jié)構(gòu)（靜定結(jié)構(gòu)）在荷載作用下的內(nèi)力計算（桿件視為剛體） （ 3） 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求 （ 4）研究單個桿件在基本變形形式下的受力情況，及其相應(yīng)的變形以及受力與變形之間關(guān)系（變形體） （ 5）靜定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形與位移 （ 6）超定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力（位移）三個經(jīng)典方法 （ 7）直桿受壓的穩(wěn)定問題 (8)．集中荷載、均布荷載 主要討論集中荷載、均布荷載問題，其它荷載在其他課程討論。 荷載的概念 集 中 荷 載 汽車通過輪胎作用在橋面上的力 分 布 荷 載 橋面板作用在鋼梁的力 該課程實踐性較強 ， 需要同學(xué)多作練習(xí) 。 充分利用多種媒體 ， 重點復(fù)習(xí) 。 三、教學(xué)方法和教學(xué)形式建議 學(xué)習(xí)方法 ? 建筑力學(xué)是建筑專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課 。 課堂只能講解重點內(nèi)容 ， 并布置一些重點習(xí)題 。 同學(xué)們應(yīng)在系統(tǒng)學(xué)習(xí)教材的基礎(chǔ)上盡可能作較多習(xí)題 ，才能熟練掌握本課程的知識 。 ? 希望同學(xué)們應(yīng)以學(xué)習(xí)教材為主，作簡單筆記，在學(xué)習(xí)理論、概念的同時，一定要作相當(dāng)數(shù)量的習(xí)題，通過手算的方法和技巧來掌握力學(xué)的概念以及分析和計算的方法。 理論力學(xué) 第一章 靜力學(xué)基本概念 確定力的必要因素 力的 三要素 大小 方向 作用點 力的效應(yīng) 外效應(yīng) —改變物體運動狀態(tài)的效應(yīng) 內(nèi)效應(yīng) —引起物體變形的效應(yīng) 力的表示法 ——力是一矢量 ，用數(shù)學(xué)上的矢量記號來表示，如圖。 F 力的單位 —— 在國際單位制中，力的單位是牛頓 (N) 1N= 1公斤 ?米 /秒 2 （ kg ?m/s2 )。 167。 1–1 靜力學(xué)的基本概念 ? 基本概念 力 系 ——作用于同一物體或物體系上的一群力。 等效力系 ——對物體的作用效果相同的兩個力系。 平衡力系 ——能使物體維持平衡的力系。 合 力 ——在特殊情況下，能和一個力系等效 的一個力。 167。 1–2 靜力學(xué)公理 公理一 (二力平衡公理 ) 要使剛體在兩個力作用下維持平衡狀態(tài)，必須也只須這兩個力大小相等、方向相反、沿同一直線作用。 公理二 (加減平衡力系公理 ) 可以在作用于剛體的任何一個力系上加上或去掉幾個互成平衡的力，而不改變原力系對剛體的作用。 167。 1–2 靜力學(xué)公理 推論 (力在剛體上的可傳性 ) 作用于剛體的力，其作用點可以沿作用線在該剛體內(nèi)前后任意移動，而不改變它對該剛體的作用 = = F A F2 F1 F A B F1 A B 167。 1–2 靜力學(xué)公理 A 公理三 (力平行四邊形公理 ) 作用于物體上任一點的兩個力可合成為作用于同一點的一個力，即合力。合力的矢由原兩力的矢為鄰邊而作出的力平行四邊形的對角矢來表示。 F1 F2 R 矢量表達(dá)式： R= F1+F2 即，合力為原兩力的矢量和。 167。 1–2 靜力學(xué)公理 推論 (三力匯交定理 ) 當(dāng)剛體在三個力作用下平衡時，設(shè)其中兩力的作用線相交于某點，則第三力的作用線必定也通過這個點。 F1 F3 R1 F2 A = 證明： A3 F1 F2 F3 A3 A A2 A1 167。 1–2 靜力學(xué)公理 公理四 (作用和反作用公理 ) 任何兩個物體間的相互作用的力，總是大小相等，作用線相同，但指向相反，并同時分別作用于這兩個物體上。 公理五 (剛化公理 ) 設(shè)變形體在已知力系作用下維持平衡狀態(tài)，則如將這個已變形但平衡的物體變成剛體（剛化），其平衡不受影響。 167。 1–2 靜力學(xué)公理 167。 1–3 約束和約束反力 自由體 ： 非自由體 ： 約束 ： 約束反力 ： 主動力： 可以任意運動（獲得任意位移）的物體。 不可能產(chǎn)生某方向的位移的物體。 約束對被約束體的反作用力。 由周圍物體所構(gòu)成的、限制非自由體 位移的條件。 約束力以外的力。 ? 基本概念： 167。 1–3 約束和約束反力 自由體 ： 非自由體 ： 約束 ： 約束反力 ： 主動力： 可以任意運動（獲得任意位移）的物體。 不可能產(chǎn)生某方向的位移的物體。 約束對被約束體的反作用力。 由周圍物體所構(gòu)成的、限制非自由體 位移的條件。 約束力以外的力。 ? 基本概念： 理想光滑接觸面約束 167。 1–3 約束和約束反力 ?常見的幾種類型的約束 光滑接觸面約束實例 167。 1–3 約束和約束反力 ?常見的幾種類型的約束 光滑圓柱鉸鏈約束 A B N A B 167。 1–3 約束和約束反力 ?常見的幾種類型的約束 Ny Nx (1) 固定鉸鏈支座： N ? 167。 1–3 約束和約束反力 ?常見的幾種類型的約束 (2) 活動鉸鏈支座： N N ?常見的幾種類型的約束 167。 1–3 約束和約束反力 光滑圓柱鉸鏈約束實例 ?常見的幾種類型的約束 167。 1–3 約束和約束反力 ?常見的幾種類型的約束 167。 1–3 約束和約束反力 光滑球鉸鏈約束： A B N ?常見的幾種類型的約束 167。 1–3 約束和約束反力 A B NA NB A C B 雙鉸鏈剛桿約束： ?常見的幾種類型的約束 167。 1–3 約束和約束反力 ?常見的幾種類型的約束 167。 1–3 約束和約束反力 插入端約束： 167。 1–4 受力分析和受力圖 畫受力圖的方法與步驟： 取分離體（研究對象） 畫出研究對象所受的全部主動力（使物體產(chǎn)生 運動或運動趨勢的力） 在存在約束的地方，按約束類型逐一畫出約束 反力（研究對象與周圍物體的連接關(guān)系） A P NF TE ? C G B E P A F D 解： (1) 物體 B 受兩個力作用： (2) 球 A 受三個力作用： (3) 作用于滑輪 C 的力： C NG TG TG 167。 1–4 受力分析和受力圖 TD Q B 例題 141 在圖示的平面系統(tǒng)中，勻質(zhì)球 A重為 P，借本身重量和摩擦不計的理想滑輪 C 和柔繩維持在仰角是 ? 的光滑斜面上，繩的一端掛著重為 Q 的物體 B。試分析物體 B、球 A 和滑輪 C 的受力情況，并分別畫出平衡時各物體的受力圖。 E C A B F D B C NB NC 解： 桿 BC 所受的力： 桿 AB 所受的力： 表示法一： 表示法二： B D A F NAx NAy NB B A F D NA H NB 例題 12 等腰三角形構(gòu)架 ABC 的頂點 A、 B、 C 都用鉸鏈連接，底邊 AC 固定，而 AB 邊的中點 D 作用有平行于固定邊 AC 的力 F，如圖 1–13(a)所示。不計各桿自重，試畫出 AB 和 BC 的受力圖。 167。 1–4 受力分析和受力圖 例題 13 如圖所示壓榨機中 ， 桿 AB 和 BC 的長度相等 ， 自重忽略不計 。A ， B， C ， E 處為鉸鏈連接 。 已知活塞 D上受到油缸內(nèi)的總壓力為 F = 3kN， h = 200 mm， l =1500 mm。 試畫出桿 AB ， 活塞和連桿以及壓塊 C 的受力圖 。 D E A B C l l ?167。 1–4 受力分析和受力圖 FA BAFB A 解： AB 的受力圖。 2. 活塞和連桿的受力圖。 3. 壓塊 C 的受力圖。 C B ?x y FCx FCy FCB y x F ?FBC ?FAB 167。 1–4 受力分析和受力圖 D E A B C l l ?? A P B Q A B C P ? 思考題 167。 1–4 受力分析和受力圖 ? P Q NAx NAy NBy NC NB P NB NA 小結(jié) 理解力、剛體、平衡和約束等重要概念 理解靜力學(xué)公理及力的基本性質(zhì) 明確各類約束對應(yīng)的約束力的特征 能正確對物體進行受力分析 第二章 平面匯交力系 167。 2–1 力系的基本類型 167。 2–2 共點力系合成與平衡的幾何法 167。 2–3 力的投影 .力沿坐標(biāo)軸的分解 167。 2–4 平面匯交力系合成與平衡的 解析法 第二章 平面匯交力系 共點力系 力偶系 共點力系 —— 各力均作用于同一點的力系。 力 偶 ——作用線平行、指向相反而大小相等的 兩個力。 力 偶 系 —— 若干個力偶組成的力系。 平面力系 —— 各力的作用線都在同一平面內(nèi)的力系。 否則為空間力系。 167。 2–1 力系的基本類型 平面匯交力系 力偶系 167。 2– 1 力系的基本類型 平面匯交力系 —— 各力均作用于同一點的力系。 力 偶 ——作用線平行、指向相反而大小相等的兩個力。 力 偶 系 —— 若干個力偶組成的力系。 平面力系 —— 各力的作用線都在同一平面內(nèi)的力系。 否則為空間力系。 167。 2– 2 平面匯交力系合成與平衡的幾何法 合成的幾何法 ： A F2 F1 F4 F3 表達(dá)式： R F1 B F2 C F3 D F4 E A F F F F4 為平面共點力系： 4321 FFFFR ???? 把各力矢首尾相接，形成一條有向折線段（稱為力鏈）。 加上一封閉邊，就得到一個多邊形，稱為力多邊形。 力的多邊形規(guī)則： 167。 2– 2 平面匯交力系合成與平衡的幾何法 R F1 B F2 C F3 D F4 E A 空間共點力系和平面情形類似，在理論上也可以用力多邊形來合成。但空間力系的力多邊形為空間圖形。 給實際作圖帶來困難。 167。 2– 2 平面匯交力系合成與平衡的幾何法 R F1 B F2 C F3 D F4 E A 共點力系的合成結(jié)果 ? ? 0F 該力系的力多邊形自行閉合，即力系中各力的矢量和等于零。 共點力系可以合成為一個力，合力作用在力系的公共作用點，它 等于這些力的矢量和，并可由這力系的力多邊形的封閉邊表示。 ???nii1F矢量的表達(dá)式 ： R = F1+ F2+ F3+ + Fn 共點力系平衡的充要幾何條件： 167。 2– 2 平面匯交力系合成與平衡的幾何法 A B 30186。 a a C (a) (b) 60186。 30186。 60186。 30186。 解： (1) 取梁 AB 作為研究對象。 (4) 解出： NA=Pcos30?=， NB=Psin30?=10kN (2) 畫出受力圖。 (3) 應(yīng)用平衡條件畫出 P、 NA 和 NB 的閉合力三角形。 例題 221 水平梁 AB 中點 C 作用著力 P，其大小等于 20kN，方向與梁的軸線成 60186。角，支承情況如圖 (a)所示，試求固定鉸鏈支座 A 和活動鉸鏈支座 B 的反力。梁的自重不計。 167。 2– 2 平面匯交力系合成與平衡的幾何法 O