建筑力學(xué)預(yù)備知識(已修改)
2025-01-10 09:07 本頁面
【正文】 1 建筑力學(xué)預(yù)備知識 本章主要介紹力的基本性質(zhì)、力矩與力偶、平面一般力系的平衡方程及其應(yīng)用、變形固體及其假設(shè)和幾何圖形的性質(zhì)。要求掌握幾種常見約束的約束反力，受力圖的畫法，平面力系的平衡方程及其應(yīng)用；理解力的性質(zhì)和投影、力矩的計(jì)算、力偶的概念；了解變形固體及其假設(shè)，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的概念，平面幾何圖形的性質(zhì)。 本章提要 本 章 內(nèi) 容 力的概念 靜力學(xué)公理 約束與約束反力 物體的受力分析及受力圖 力的合成與分解 力矩和力偶 平面力系的平衡 變形固體基本概念 力的概念 人們在長期的生產(chǎn)勞動(dòng)和日常生活中逐漸形成并建立了力的概念。 力可定義為： 力是物體之間相互的機(jī)械作用，這種作用的效果是使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，或者使物體發(fā)生變形。 既然力是物體與物體之間的相互作用，那么，力不可能脫離物體而單獨(dú)存在。有受力物體，必定有施力物體。 力的定義 實(shí)踐證明，力對物體的作用效果取決于三個(gè)要素： 力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn) 。這三個(gè)要素通常稱為 力的三要素 描述一個(gè)力時(shí)，要全面表明力的三要素，因?yàn)槿我灰匕l(fā)生改變時(shí)，都會對物體產(chǎn)生不同的效果。 在國際單位制中，力的單位為牛頓（ N）或千牛頓（ kN）。 1kN=1000N 力的三要素 力是一個(gè)既有大小又有方向的物理量，所以 力是矢量 。力用一段帶箭頭的線段來表示。線段的長度表示力的大??；線段與某定直線的夾角表示力的方位，箭頭表示力的指向；線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)表示 用外文字母表示力時(shí)，用黑體字 F或加一箭線的細(xì)體字。而普通字母 F只表示力的大小。 靜力學(xué)公理 兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，總是大小相等，方向相反，沿同一直線，并分別作用在這兩個(gè)物體上。 作用力與反作用力的性質(zhì)應(yīng)相同。作用力與反作用力公理概括了兩個(gè)物體之間相互作用力之間的關(guān)系，在分析物體受力時(shí)將有重要的作用。 作用力與反作用力公理 作用在同一物體上的兩個(gè)力，使物體平衡的必要和充分條件是，這兩個(gè)力大小相等，方向相反，且作用在同一直線上。 這個(gè)公理說明了作用在同一物體上兩個(gè)力的平衡條件。當(dāng)一個(gè)物體只受兩個(gè)力而保持平衡時(shí)，這兩個(gè)力一定滿足二力平衡公理。若一根桿件只在兩點(diǎn)受力作用而處于平衡，則作用在此兩點(diǎn)的二力的方向必在這兩點(diǎn)的連線上。 二力平衡公理 作用于剛體的任意力系中，加上或減去任意平衡力系，并不改變原力系的作用效應(yīng)。 推論：力的可傳性原理 作用在剛體上的力可沿其作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)的任意點(diǎn)，而不改變原力對剛體的作用效應(yīng)。 根據(jù)力的可傳性原理，力對剛體的作用效應(yīng)與 加減平衡力系公理和力的可傳性原理都只適用于剛體。 加減平衡力系公理 作用于物體上的同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為一個(gè)合力，合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線來表示。 如圖 。 一剛體受共面不平行的三個(gè)力作用而平衡時(shí)，這三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)。 三力平衡匯交定理常常用來確定物體在共面不平行的三個(gè)力作用下平衡時(shí)其中未知力的方向。 力的平行四邊形法則 圖 力平行四邊形 約束與約束反力 一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)受到周圍物體的限制時(shí)，這些周圍物體就稱為 該物體的約束 物體受到的力一般可以 分為兩類：一類是 使物體運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢，稱為 主動(dòng)力 ，如重力、水壓力等，主動(dòng)力在工程上稱為 荷載 ； 另一類是 對物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢起限制作用的力，稱為 被動(dòng)力 。 約束與約束反力的概念 約束對物體運(yùn)動(dòng)的限制作用是通過約束對物體的作用力實(shí)現(xiàn)的，通常將約束對物體的作用力稱為約束反力 ，簡稱 反力 ，約束反力的方向總是與約束 通常主動(dòng)力是已知的，約束反力是未知的。 由柔軟的繩子、鏈條或膠帶所構(gòu)成的約束稱為柔體約束 。由于柔體約束只能限制物體沿柔體約束的中心線離開約束的運(yùn)動(dòng)，所以柔體約束的約束反力必然沿柔體的中心線而背離物體，即拉力，通常用 FT 如圖 (a)所示的起重裝置中，桅桿和重物一起所受繩子的拉力分別是 FT FT2和 FT3(圖 (b))，而重物單獨(dú)受繩子的拉力則為 FT4(圖 (c)) 柔體約束 圖 柔體約束及其約束反力 當(dāng)兩個(gè)物體直接接觸，而接觸面處的摩擦力可以忽略不計(jì)時(shí)，兩物體彼此的約束稱為 光滑接觸面約束 。 光滑接觸面對物體的約束反力一定通過接觸點(diǎn)，沿該點(diǎn)的公法線方向指向被約束物體，即為壓力或支持力，通常用 FN表示， 如圖 光滑接觸面約束 圖 光滑接觸面約束及其約束反力 圓柱鉸鏈約束是由圓柱形銷釘插入兩個(gè)物體的圓孔構(gòu)成， 如圖 （ a）、（ b）所示 ，且認(rèn)為銷釘與圓孔的表面是完全光滑的，這種約束通常 如圖 （ c）所示 。 圓柱鉸鏈約束只能限制物體在垂直于銷釘軸線平面內(nèi)的任何移動(dòng)，而不能限制物體繞銷釘軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。 如圖 所示 圓柱鉸鏈約束 圖 圓柱鉸鏈約束 圖 圓柱鉸鏈約束的約束反力 兩端用鉸鏈與不同的兩個(gè)物體分別相連且中間不受力的直桿稱為鏈桿， 圖 （ a）、（ b） 中 AB、BC 桿都屬于鏈桿約束。這種約束只能限制物體沿鏈 鏈桿約束的約束反力沿鏈桿中心線，指向未定。鏈桿約束的簡圖及其反力 如圖 （ c）、（ d）所示 。 鏈桿約束 圖 鏈桿約束及其約束反力 用光滑圓柱鉸鏈將物體與支承面或固定機(jī)架連接起來，稱為固定鉸支座， 如圖 （ a）所示 ，計(jì)算簡圖 如圖 （ b）所示 。其約束反力在垂直于鉸鏈軸線的平面內(nèi)，過銷釘中心，方向不定（ 圖 （ a）） 。一般情況下可用 圖 （ c）所示 的兩個(gè)正交分力表示。 固定鉸支座 圖 固定鉸支座及其約束反力 在固定鉸支座的座體與支承面之間加輥軸就成為可動(dòng)鉸支座，其簡圖可用 圖 （ a）、（ b）表示 ，其約束反力必垂直于支承面， 如圖 （ c）所示 在房屋建筑中，梁通過混凝土墊塊支承在磚柱上， 如圖 （ d）所示 ,不計(jì)摩擦?xí)r可視為可動(dòng)鉸支座。 可動(dòng)鉸支座 圖 可動(dòng)鉸支座
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1