土木工程力學(xué)基礎(chǔ)力和受力圖

1、土木工程力學(xué)基礎(chǔ)（多學(xué)時(shí)）一單元 力和受力圖2022/9/261單元一. 力和受力圖單元學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能解釋力、力的兩種效應(yīng)等概念2.能敘述靜力學(xué)的基本公理3.會(huì)根據(jù)約束的類型確定約束反力4.能畫出單個(gè)物體的受力圖5.能完成小組學(xué)習(xí)項(xiàng)目中的1個(gè)任務(wù)2022/9/262一力的基本知識(shí)1.力力是物體間相互的機(jī)械作用。力的外效應(yīng)使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化力的內(nèi)效應(yīng)使物體產(chǎn)生變形 力的三要素力的大小、方向（方位與指向 ）、作用點(diǎn) 2022/9/263力的圖示力是矢量。通常用一個(gè)帶箭頭的線段表示力的三要素。力的大小線段的長度（按選定的比例）表示力的方向線段的方位和箭頭表示力的作用點(diǎn)帶箭頭線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)表示

2、力的作用線通過力的作用點(diǎn)并沿著力的方位的直線。力的單位牛頓（N） 或千牛頓（kN）一力的基本知識(shí)力的圖示2022/9/2642.力系力系作用在同一物體上的一組力。等效力系對(duì)物體作用效果相同的力系。合力如果一個(gè)力與一個(gè)力系等效，則此力稱為該力系的合力，而力系中的各個(gè)力都是其合力的分力。平衡力系使物體保持平衡的力系。一力的基本知識(shí)2022/9/2653.荷載類型荷載使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的主動(dòng)力集中力或集中荷載 作用于一點(diǎn)的力 分布力 力的作用面積較大的力線分布力或線荷載當(dāng)物體所受的力，是沿著某條線連續(xù)分布且相互平行的力系一力的基本知識(shí)2022/9/266例1.梁的自重，可以簡(jiǎn)化為沿梁的

3、軸線分布的線荷載如圖示。單位長度上所受的力，稱為分布力在該處的荷載集度，通常用 q 表示，其單位是 N/m或kN/m 線分布荷載的大小用合力表示合力的大小Q=ql合力的作用點(diǎn)為分布長度的中點(diǎn)2022/9/267二.靜力學(xué)公理1.二力平衡公理 剛體在兩個(gè)力作用下保持平衡的必要和充分條件是：此兩力大小相等，方向相反，作用在一條直線上。 2022/9/268二力平衡公理的應(yīng)用 二力構(gòu)件對(duì)于只受兩個(gè)力作用而處于平衡的剛體。 二力構(gòu)件不論其形狀如何，所受兩個(gè)力的作用線必沿二力作用點(diǎn)的連線。 2022/9/2692作用與反作用公理 兩個(gè)物體間的相互作用的一對(duì)力總是大小相等，方向相反，沿同一直線且分別作用在

4、兩個(gè)相互作用的物體上。 二.靜力學(xué)公理2022/9/26103.平行四邊形公理作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為作用于該點(diǎn)一個(gè)合力。合力的大小和方向可用這兩個(gè)已知力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線表示。二.靜力學(xué)公理2022/9/26114.加減平衡力系公理在作用于剛體的力系中，加上或去掉一個(gè)任何平衡力系，并不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。 二.靜力學(xué)公理力的可傳性作用在剛體上的力可沿其作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效果。2022/9/2612三.常見約束類型及其反力1.約束與約束反力主動(dòng)力 使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。約束限制物體運(yùn)動(dòng)的其他物體。約束反力約束對(duì)于被約

5、束物體的運(yùn)動(dòng)起限制作用的力。2022/9/26132.幾種常見的約束類型及其反力柔索約束由繩索、鏈條、膠帶等柔體構(gòu)成的約束，都稱為柔索約束。約束特征：只能限制物體沿著柔索的中心線離開柔索的運(yùn)動(dòng)。反力特征：柔索對(duì)物體的約束反力T 通過接觸點(diǎn)，其方向沿著柔索的中心線而背離物體，是拉力。 三.常見約束類型及其反力2022/9/2614光滑面約束當(dāng)物體在接觸處的摩擦力很小，即可以忽略不計(jì)時(shí)，兩物體彼此形成的約束就是光滑面約束。約束特征：只能限制物體沿著接觸面的公法線指向接觸面的運(yùn)動(dòng)，而不能限制物體沿著接觸面的公切線或離開接觸面的運(yùn)動(dòng)。反力特征：通過接觸點(diǎn)，沿公法線方向指向被約束物體，是一個(gè)壓力，常用字

6、母N 表示。 三.常見約束類型及其反力2022/9/2615三.常見約束類型及其反力圓柱形鉸鏈約束兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘連接起來，在不計(jì)摩擦?xí)r，即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡(jiǎn)稱鉸鏈約束。約束特點(diǎn)：約束的本質(zhì)為光滑接觸面約束，因其接觸點(diǎn)位置未定，無法預(yù)先確定的未知力。通常用兩個(gè)大小未知的正交分力來表示。鉸鏈約束分類：連接鉸鏈、鏈桿支座、固定鉸鏈支座、活動(dòng)鉸鏈支座2022/9/2616鉸鏈約束的分類鏈桿約束兩端用銷釘與物體相連且中間不受力（自重忽略不計(jì)）的直桿。反力特征：只能限制物體沿著鏈桿中心線，指向未定。 2022/9/2617固定鉸支座用圓柱鉸鏈連接的兩個(gè)構(gòu)件中，如果

7、有一個(gè)固定不動(dòng)，就構(gòu)成固定鉸支座。這種支座能限制構(gòu)件沿圓柱銷半徑方向的移動(dòng)，而不能限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，其約束反力與圓柱鉸鏈相同。 鉸鏈約束的分類2022/9/2618可動(dòng)鉸支座將鉸鏈支座用幾個(gè)輥軸在水平面上即構(gòu)成可動(dòng)鉸支座。約束特征：不能限制被支承構(gòu)件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)和沿支承面方向的運(yùn)動(dòng)，而只能阻止構(gòu)件在垂直于支承面方向向下運(yùn)動(dòng)。反力特征：可動(dòng)鉸支座的約束反力垂直于支承面且通過銷釘中心，其大小和方向待定。 鉸鏈約束的分類2022/9/2619固定端支座既限制被約束物體沿任何方向移動(dòng)，又限制它的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的約束稱為固定端支座。反力特征：由兩個(gè)未知的約束反力和一個(gè)約束反力偶組成。 三.常見約束類型及其反力YA

8、MAXAPq2022/9/2620四.受力圖受力圖的畫法：1.確定研究對(duì)象2.單獨(dú)畫出物體的輪廓圖形3.先畫主動(dòng)力4.再畫約束反力5.檢查TANBG受力圖在研究對(duì)象上標(biāo)出其所受的全部主動(dòng)力、約束反力的圖形。2022/9/2621例2.畫出AB桿的受力圖。桿重為G 。GTCNBNA2022/9/2622例3.三角支架各桿自重不計(jì)。已知受力如圖所示，試畫出銷B、AB桿、BC桿的受力圖。 ABPBNABCBNBANCBNBCNBCNBA2022/9/2623例3. 簡(jiǎn)支梁自重不計(jì)。已知受力如圖所示，試畫出AB梁的受力圖。2022/9/2624受力圖的畫法及步驟1.根據(jù)題意選取研究對(duì)象，用盡可能簡(jiǎn)明的

9、輪廓單獨(dú)畫出，即取分離體。2.畫出該研究對(duì)象所受的全部主動(dòng)力。3.在研究對(duì)象上所有原來存在約束的地方，根據(jù)約束的性質(zhì)畫出約束反力。對(duì)于方向不能預(yù)先獨(dú)立確定的約束反力（例如圓柱鉸鏈的約束反力），可用互相垂直的兩個(gè)分力表示，指向可以假設(shè)。4.有時(shí)可根據(jù)作用在分離體上的力系特點(diǎn)，如利用二力平衡時(shí)共線等理論，確定某些約束反力的方向，簡(jiǎn)化受力圖。2022/9/2625【 受力分析的方法口訣】受力分析并不難，掌握方法是關(guān)鍵。確定對(duì)象先分離，已知外力畫上面。接觸點(diǎn)、面要找全，二力桿件定正確。柔體約束是拉力，光滑面約束壓力顯。鉸鏈約束正交力，特殊情形要記住。鉸鏈支座有兩種，鏈桿反力沿桿線。固定端反力有三，反力

10、偶加正交力。分離體上力畫全，踏過門檻笑開顏。 2022/9/2626自我檢測(cè)一1.力對(duì)物體的作用效果取決于力的 ， 和 三個(gè)因素。2.荷載按作用的范圍大小分為 和 。3.在兩個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件稱為 ，此兩力的作用線必過這兩力作用點(diǎn)的 。4.工程中常見的約束有柔體約束， 約束，光滑圓柱鉸鏈約束， 約束，固定鉸鏈約束， 約束和 約束。5.畫受力圖的一般步驟是，先確定 ，然后畫主動(dòng)力和約束反力。2022/9/26271由繩索、鏈條、膠帶等柔體構(gòu)成的約束稱為（ ）約束。 A.光滑面約束；B.柔索約束；C.鏈桿約束；D.固定端約束2光滑面對(duì)物體的約束反力，作用在接觸點(diǎn)處，其方向沿接觸面的公法線(

11、) A指向受力物體，為壓力； B指向受力物體，為拉力； C背離受力物體，為拉力； D背離受力物體，為壓力3在兩個(gè)力作用下處于平衡的構(gòu)件稱為（ ），此兩力的作用線必過這兩力作用點(diǎn)的（ ）。 A平衡桿件；直線； B剛體；中點(diǎn)； C二力構(gòu)件；連線； D直桿；連線4固定端支座不僅可以限制物體的（ ），還能限制物體的（ ）。 A運(yùn)動(dòng)；移動(dòng)； B移動(dòng)；活動(dòng)； C轉(zhuǎn)動(dòng)；活動(dòng)； D移動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)自我檢測(cè)一2022/9/2628試指出圖1-30各結(jié)構(gòu)中的二力構(gòu)件。2022/9/2629學(xué)習(xí)項(xiàng)目一以小組為單位，選取某座斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象，介紹該橋的結(jié)構(gòu)組成并對(duì)斜拉橋的索塔和拉索進(jìn)行受力分析。填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單，完成一篇自擬題目的報(bào)告。斜拉橋的簡(jiǎn)圖和照片見圖1-29，供參考。要求：利用課余時(shí)間，2周內(nèi)完成。2022/9/2630學(xué)習(xí)任務(wù)單一主 題自擬：小組成員與分工組 長: 網(wǎng)絡(luò)信息收集: 圖書資料查找: 撰寫論文報(bào)告: 實(shí)地考察記錄: 實(shí)地拍照: 資料整理: 咨詢導(dǎo)師: 其 他: 研究目的了解斜拉橋的歷史與發(fā)展 明確斜拉橋的受力特點(diǎn) 欣賞斜拉橋的藝術(shù)美 激發(fā)專業(yè)興趣 增加學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣2022/9/2631學(xué)習(xí)任務(wù)單一研究?jī)?nèi)容斜拉橋的類型與結(jié)構(gòu)組成 世界上十座著名的斜拉橋斜拉橋的發(fā)展趨勢(shì) 長江上的斜拉橋統(tǒng)計(jì)斜拉橋的受力特點(diǎn) 索