《一绪论力的模型结构的简化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一绪论力的模型结构的简化（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一讲内容绪论一、 土木工程与力学 土木工程：用建筑材料(土、石、砖、木、混凝土、钢、铝、聚合物、钢筋混凝土、复合材料等)建筑房屋、道路、铁路、桥梁、隧道、河、港、市政卫生等建筑物或构筑物的生产活动和工程技术。力与平衡 力学是研究宏观机械运动规律及其应用的学科。机械运动指物体之间或物体内部各部分之间相对位置的变动，包括物体相对于地球的运动、物体的变形、流体的流动等。平衡是机械运动的特殊情况，指物体相对于地球保持静止，或作匀速直线平移。 土木工程是力学最重要的发展源泉和应用园地之一，力学是土木工程重要的理论基础。人类早就会建造房屋了，直到掌握了丰富的力学知识以后，各种各样的摩天大楼、跨海大桥、特
2、大跨度的公共建筑、水下隧道、高速公路才得以建成。力学的分支学：理论力学、材料力学、结构力学、板壳力学、弹性力学、弹塑性力学、塑性力学、断裂力学、流体力学、复合材料力学、实验力学、计算力学、量子力学等。作为高等职业教育的一门课程，“建筑力学”的内容只是力学中最基本的应用广泛的部分。它将静力学、材料力学、结构力学三门课程的主要内容贯通融合成为一体。二、 建筑力学的研究对象 结构：在工业造型及艺术设计中，用以担负预定的任务和支承荷载，由建筑材料按合理的方式组成的构筑物称为结构。通常而言即是建筑物或构筑物中承受外部作用的骨架。可能出现的外部作用包括荷载作用(恒载、活载、风载、水压力、土压力等)、变形作
3、用(地基不均沉降、材料胀缩变形、温度变化引起的变形、地震引起的地面变形等)、环境作用(阳光、风化、环境污染引起的腐蚀、火灾等)。构件：是组成结构的基本部件。按照几何特征，构件可分为杆件、板壳和实体(图)。杆件的几何特征为长条形，长度远大于其他两个尺度(横截面的长度和宽度)。板壳的厚度远小于其他两个尺度(长度和宽度)，板的几何特征为平面形，壳的几何特征为曲面形。实体的几何特征为块状，长、宽、高三个尺度大体相近，内部大多为实体。杆件按照一定的方式连接，形成杆件结构。建筑力学的研究对象是结构。 三、 建筑力学的任务1. 力系的简化和平衡 静力学的基础2. 结构必须具备可靠、适用、耐久的功能，因此必须
4、拥有足够的强度、刚度以及稳定性。强度：结构和构件抵抗破坏的能力称为强度。在使用期内，务必使结构和构件安全可靠，不发生破坏，具有足够的承载能力。刚度：结构或构件抵抗变形的能力称为刚度。在使用期内，务必使结构和构件不发生影响正常使用的变形。稳定性：稳定性是结构或构件保持原有平衡形态的能力。在使用期内，务必使结构和构件平衡形态保持稳定。3. 结构选型 研究建筑结构的组成规律和合理形式。结构分析的目标1)讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简图的合理选择。2)讨论结构内力和变形的计算方法，对结构或构件进行强度和刚度计算。3)讨论结构或构件的稳定性以及动力荷载下的反应。四、 建筑力学的基本方法结
5、构计算简图实验模型理论分析试 验结构量值结构分析的手段包括理论分析、实验研究和数值计算三个方面。过程如下：建筑力学是力学的基础课程，主要讨论理论分析方面，涉及实验，涉及计算机数值计算的应用。在理论分析中应用了力学的许多基本研究方法。比如，分解、合成、简化、等效、平衡、变形协调、能量法等。学习建筑力学最重要是掌握力学概念 作为一门应用学科的课程，在平时要多观察和积累，重视力学分析与实际结构的联系。 第一篇 静力学第1章 力学模型11 力的模型1.1.1 力的运动效应和变形效应力的定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的
6、直接接触的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。力的两种作用效应为：（1） 外效应，也称为运动效应使物体的运动状态发生改变；（2） 内效应，也称为变形效应使物体的形状发生变化。静力学研究物体的外效应。力的三个要素：力的大小、方向和作用点。力的大小反映物体之间相互机械作用的强度，在国际单位制（SI）中，力的单位是牛（N）；在工程单位制中，力的单位是千克力（kgf）。两种单位制之间力的换算关系为：1kgf=9.8N。力的作用线：力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运动（或运动趋势）的方向。沿该方向画出的直线。力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。1.1.2 集中力 分布力力的作用点是
7、指物体承受力作用的部位。实际上，两个物体之间相互作用时，其接触的部位总是占有一定的面积，力总是按照各种不同的方式分布于物体接触面的各点上。当接触面面积很小时，则可以将微小面积抽象为一个点，这个点称为力的作用点，该作用力称为集中力；反之，如果接触面积较大而不能忽略时，则力在整个接触面上分布作用，此时的作用力称为分布力。分布力的大小用单位面积上的力的大小来度量，称为荷载集度，用q（N/m2）来表示。力是矢量，记作F（如图所示），用一段带有箭头的直线（AB）来表示：其中线段（AB）的长度按一定的比例尺表示F力的大小；线段的方向和箭头的指向一致，表示力的方向；线段的起点A或终点B（应在受力物体上），表
8、示力的作用点。线段所沿的直线称为力的作用线。图分布荷载与集中荷载实验力沿线的集度q称为力的线集度：q= (单位：kNm)力在面上的集度p称为力的面集度：p= (单位：kNm)12 结构的计算简图实际结构总是比较复杂的。完全按照结构的实际情况进行力学分析，既繁、难、也不必要。因此，在对实际结构进行力学分析计算之前，必须略去次要的细节，显示基本特点，用一个简化的图形作为模型来代替实际的结构及其承受的作用。这种反映结构的主要特点，代替实际结构进行力学分析计算的简化图形称为结构的计算简图。在选取结构的计算简图时，应当遵循如下两个原则：（1）尽可能正确地反映结构的主要受力情况，使计算的结果接近实际情况，
9、有足够的精确性；（2）要忽略对结构的受力情况影响不大的次要因素，使计算工作尽量简化。 1.2.1 结构的简化1将空间杆件结构简化为平面杆件结构 一般的杆件结构都是空间结构(图13a)。当某一平面内的杆系可以简化为独立承受该平面内的荷载时，则可把这个平面杆系分离出来，按平面杆件结构分析计算(图13b)。2用杆件的轴线代替杆件(见图13c、d)3用符号表示杆件之间理想化的结点 杆件结构中，杆件之间的连接区叫做结点。将实际的结点简化为两种理想化的结点：按杆件的受力、位移特点，经常可以分为：(1) 铰结点 被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动.铰用小圆圈作为符号。装配式钢筋混凝土门式刚架的顶
10、铰就是铰结点(图14a、c)。工程中更多的是，根据被连接杆件的受力特点而将结点抽象为铰结点(图13a、c)。 (2)刚结点 被连接的杆件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动。结点用深色小块作为符号，也可以用线段相接的形状表示(图14d)。 门式刚架的D结点便简化为刚结点(图14a、b)。 4用符号表示理想化的支座 结构与基础或其他支承物的连接区称为支座。按照杆件受力、位移的特点，平面杆件结构实际的支座经常简化为三种理想化的支座，(1) 固定铰支座 被支承的部分在该处可以转动，不能移动。常用两根相交的链杆作为符号(图15)。(2)可动铰支座 被支承的部分在该处可以转动和沿支承面方位做微小移动。
11、常用一根垂直于支承面的链杆作为符号(图16)。(3) 固定端支座 被支承的部分在该处完全被固定。既不产生任何方向的移动、又不产生转动。122 荷载的简化 结构构件的自重、楼面上人群或各种物品的重量、厂房中设备的重量、车轮的轮压、水压、风压、雪压等，都是以力的形式直接作用在结构上的，称为直接作用，习惯上称为荷载。荷载按其作用的范围可以简化为集中荷载和分布荷载。在杆件结构的计算简图中，杆件用轴线代替，分布荷载则表现为沿着一条线分布，荷载集度用力的线集度q表示(图18)。二、荷载的分类在工程实际中，作用在结构上的荷载是多种多样的。为了便于力学分析，需要从不同的角度，将它们进行分类。1、荷载按其作用在
12、结构上的时间久暂分为恒载（永久荷载）和活载（可变荷载）（1）恒载是指作用在结构上的不变荷载，即在结构建成以后，其大小和作用位置都不再发生变化的荷载。例如，构件的自重、土压力等等。构件的自重可根据结构尺寸和材料的容重（即每1m3体积的重量，单位为N/m3）进行计算。例如，截面为20cm50cm的钢筋混凝土梁，总长6m，已知钢筋混凝土容重为 24000N/m3，则该梁的自重为：G=240000.20.56=14400N。如果将总重除以长度，则得到该梁每米长度的重量，单位为N/m，用符号q表示，即q=14400/6=2400N/m。建筑工程上，对于楼板的自重，一般是以1m2面积的重量来表示。例如，1
13、0cm厚的钢筋混凝土楼板，其重量为240000.1=2400N/m2。就是说，10cm厚的钢筋混凝土楼板每1m2的重量为2400N。重量的单位也可以用“kN”来表示，1kN=1000N。例如，上面钢筋混凝土的容重可表示为25kN/m3。（2）活载是指在施工或建成后使用期间可能作用在结构上的可变荷载，这种荷载有时存在，有时不存在，它们的作用位置和作用范围可能是固定的（如风荷载、雪荷载、会议室的人群荷载等），也可能是移动的（如吊车荷载、桥梁上行驶的汽车荷载等）。不同类型的房屋建筑，因其使用情况的不同，活荷载的大小也就不同。在现行工业与民用建筑结构荷载规范中，各种常用的活荷载，都有详细的规定。例如，
14、住宅、办公楼、托儿所、医院病房等一类民用建筑的楼面活荷载，目前规定为2.0kN/m2；而教室、会议室的活荷载，则规定为2.5kN/m2。2、荷载按其作用在结构上的分布情况分为分布荷载和集中荷载（1）分布荷载是指满布在结构某一表面上的荷载，根据其具体作用情况还可以分为均布荷载和非均布荷载。如果分布荷载在一定的范围内连续作用、且其大小在各处都相同，这种荷载称为均布荷载。例如，上面所述梁的自重按每米长度均匀分布，为线均布荷载；又如上面所述的楼面荷载，按每单位面积均匀分布，为面均布荷载。反过来，如果分布荷载不是均布荷载，则称为非均布荷载，如水压力，其大小与水的深度有关（成正比），荷载为按照三角形规律变
15、化的分布荷载，即荷载虽然连续作用，但其各处大小不同。（2）集中荷载是指作用在结构上的荷载总是分布在一定的面积上，且分布的面积远远小于结构的尺寸，则将此荷载认为是作用在结构的某一点上，称为集中荷载。上面所述的吊车轮子对吊车梁的压力、屋架传给砖墙或柱子的压力，即认为是集中荷载。其单位一般用N或kN表示。3、 荷载按作用在结构上的性质分为静力荷载和动力荷载（1）当荷载从零开始，逐渐缓慢地、连续均匀地增加到最后的确定数值后，其大小、作用位置以及方向都不再随时间而变化，这种荷载称为静力荷载。例如，结构的自重，一般的活荷载等。静力荷载的特点是，该荷载作用在结构上时，不会引起结构产生振动这样的效果。（2）如果荷载的大小、作用位置、方向都可以随时间的变化而发生改变，这种荷载称为动力荷载。例如，动力机械产生的荷载、地震力等。这种荷载的特点是，该荷载作用在结构上时，会产生惯性力，从而引起结构产生振动，对结构的破坏效果比静力荷载明显。
