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1、建 筑 力 学,欢 迎 使 用,工 程 力 学 系 多 媒 体 教 学 课 件 系 列 之 五,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章,静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,2.5 物体的受力分析,2.3 约束和约束反力,2.4 结构计算简图,2.1 力的概念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章,静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,2.5 物体的受力分析,2.3 约束和约束反力,2.4 结构计算简图,2.1 力的概念,水 利
2、土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,静力学是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。,平衡，是指物体相对于惯性参考系保持静止或匀速直线运动。在绝大多数工程问题中，将地球近似为惯性参考系。,静力学主要研究以下问题： 物体的受力分析； 力系的简化； 建立各种力系的平衡条件及应用。,力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的机械运动状态发生变化（运动效应）或使物体产生变形（变形效应）。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,力的三要素,力对物体作用的效应，决定于
3、力的大小、方向和作用点，这称为力的三要素。,力的大小：机械作用强弱（N ）。 力的方向：指向和方位。 力的作用点：力的作用位置。,用按比例有方向的有向线段表示。,力的表示法, 有向线段的长度表示力的大小； 线段的方位和指向表示力的方向； 线段的起点或终点表示力的作用点。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,力的三要素,力对物体作用的效应，决定于力的大小、方向和作用点，这称为力的三要素。,力的名字用大写英文字母 F 表示，并可加上相应的角标表示力的属性，如 FW，FN，F1 等。,通常用细体 F 表示力的大小，在印刷体中
4、用粗体 F 表示力矢量；手写时则用 或 表示力矢量。,力的大小：机械作用强弱（N ）。 力的方向：指向和方位。 力的作用点：力的作用位置。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,按力的作用位置可将力作如下分类：,点,线,面,体积,力的分类,实际上，分布力是指力的作用位置不能简化为一个点，而必须看作是一定范围的力系。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,等效力系：作用于物体上的一个力系可用另一个力系代替，而不改变原力系对物体作用的外效应，则两个力系
5、互为等效力系。,作用在物体上的若干个力总称为力系。,用一个力等效地代替一个力系，称为力系的合成，该力称为合力，原力系中各力称为分力；用一个力系等效地代替一个力，称为力的分解。,力 系 的 概 念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,要使物体处于平衡状态，作用于物体上的力系必须满足一定的条件，这些条件称为力系的平衡条件 ；,物体平衡 是指物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。,作用于物体上正好使之保持平衡的力系则称为平衡力系 。,平衡条件与平衡力系,力 系 的 概 念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力
6、学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.1 力 的 概 念,力 系 的 分 类,根据各力的作用线是否在同一平面内力系可分为平面力系和空间力系。,根据各力的作用线情况，又可将力系分类如下：,以下各章节中我们将按照从简单到复杂、从特殊到一般的原则逐步学习各种力系的简化与平衡。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章,静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,2.5 物体的受力分析,2.3 约束和约束反力,2.4 结构计算简图,2.1 力的概念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理
7、,定律1 力的平行四边形法则,作用于物体上同一点的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向则由以这两个力为边所构成的平行四边形的对角线来表示，而该两个力称为合力的分力。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：这两个力等值、反向、共线。,定律2 二力平衡公理,只有两个力作用下处于平衡的物体。,二力构件：,不是二力构件,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,两物体间相互作用的力，
8、总是大小相等，方向相反，且沿同一直线，并分别作用在两个物体上。,定律3 作用与反作用定律,注意作用力和反作用力 与二平衡力的区别, 等值、反向、共线, 施力物体与受力物体, 力的性质,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,在作用于刚体上的已知力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的效应。,定律4 加减平衡力系公理,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,作用于刚体上的力，可沿其作用线任意移动而不改变它对刚体的作用效应。,原理1：
9、力的可传性原理,【证明】,=,=,作用于刚体上的力的三要素为力的大小、方向和作用线。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,原理2：三力平衡汇交原理,若刚体受三个力作用而平衡，且其中两个力的作用线相交于一点，则三力必共面且三个力的作用线必汇交于一点。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章,静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,2.5 物体的受力分析,2.3 约束和约束反力,2.4 结构计算简图,2.1 力的概念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章
10、 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,1、 自由体与非自由体,自由体 在空间能向一切方向自由运动的物体。,非自由体 当物体受到其他物体的限制，而不能 沿某些方向运动时，即称为非自由体。,2、 主动力与被动力,主动力 能主动改变物体运动运动状态的力。 如重力、水压力、土压力、风压力等。,被动力 在主动力的作用下才能存在的力。 如摩擦力。,约 束 的 概 念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,3、 约束,周围物体对非自由体某些位移的限制作用称为约束，也经常把限制非自由体运动的物体称为约束。,4、 约束反力,约束施
11、加于被约束物体上的力。如右图中的力 ，其大小通常是未知的，方向与约束所能限制的运动方向相反。,约 束 的 概 念,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,1、 柔体约束,工 程 中 常 见 的 约 束,由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束。由于柔索只能承受拉力，所以柔索给予被约束物体的约束力作用于接触点，方向沿柔索中心线而背离物体，对受力物体是拉力。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第
12、2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,1、 柔体约束,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,1、 柔体约束,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,2 、光滑面约束,具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束）。,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,2 、光滑面约束,
13、FNA,FNB,FNC,工 程 中 常 见 的 约 束,光滑接触面约束对非自由体的约束力，作用在接触处，方向沿接触处公法线并指向受力物体，对受力物体是压力，通常用FN表示。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,3、光滑铰链约束,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,3、光滑铰链约束,工 程 中 常 见 的 约 束,只限制物体沿圆柱形径向的运动，不限制其轴向和绕轴线的转动，属光滑面约束，约束反力方位垂直于销钉轴线，指
14、向不定。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,4、固定铰支座,工 程 中 常 见 的 约 束,将构件用圆柱形光滑销钉与固定支座连接，该支座就成为固定铰支座。只限制物体沿圆柱形径向的运动，不限制其轴向和绕轴线的转动。,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,4、,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,工 程 中 常 见 的 约 束,固定铰支座实质
15、是光滑面约束，约束反力方位垂直于销钉轴线，指向不定，可表示为一个未知角度和一个未知大小的力，但常用方法是将其表示为两个互相垂直的力。,4、固定铰支座,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,5、辊轴支座（活动铰支座）,在固定铰支座与光滑固定面之间装有辊轴而成。,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,实际工程中，相当于辊轴支座的约束形式有很多，但是其功能一般是阻止物体与支座连接处向着支承面或离开支承面的运动,其约束力通过
16、销钉中心，垂直于支承面，指向不定(即可能是压力或拉力）。,5、辊轴支座（活动铰支座）,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,连杆的约束力沿着连杆中心线，但指向不定。,6、连杆（链杆）,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,其它约束,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章 静 力 学 基 础,2.3 约束和约束反力,其它约束,工 程 中 常 见 的 约 束,水 利 土 木 工 程 学 院 结 构 力 学 课 程 组,第2章,静 力 学 基 础,2 .2 静力学定律和原理,2.
