建筑力学 第1章基本力系简化2
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建筑力学第一章完整版关于力的概念是人们在生活和生产实践中,通过长期的观察和分析而逐步形成的。
当人们推动小车时,由于手臂肌肉的紧张和收缩而感受到了力的作用。
这种作用不仅存在于人与物体之间,而且广泛地存在于物体与物体之间,例如机车牵引车辆加速前进时或者制动时,机车与车辆之间、车辆与车辆之间都有力的作用。
大量事实说明,力是物体(指广义上的物体,其中包括人)之间的相互机械作用,离开了物体,力就不可能存在。
力虽然看不见,但它的作用效应完全可以直接观察,或用仪器测量出来。
实际上,人们正是从力的作用效应来认识力本身的。
一、力的定义力是两物体之间的相互机械作用,这种作用使物体的机械运动状态发生变化,同时使物体的形状或尺寸发生改变。
前者称为力的运动效应或外效应,后者称为力的变形效应或内效应。
二、力的三要素力对物体作用的效应,决定于力的大小,方向(包括方位和指向)和作用点,这三个因素称为力的三要素。
在这三个要素中,如果改变其中任何一个,也就改变了力对物体的作用效应。
例如沿水平地面推一个木箱(图1-1),当推力F →较小时,木箱不动,当推力F →增大到某一数值时,木箱开始滑动。
如果推力F →的指向改变了,变为拉力,则木箱将沿相反方向滑动。
如果推力F →不作用在A点而移到B点,则木箱的运动趋势就不仅是滑动,而且可能绕C点转动(倾覆)。
所以要确定一个力,必须说明它的大小、方向和作用点,缺一不可。
图1-1 图1-2(1) 力是矢量。
力是一个既有大小又有方向的量,力的合成与分解需要运用矢量的运算法则,因此它是矢量(或称向量)(vector)。
(2) 力的矢量表示。
力矢量可用一具有方向的线段来表示,如图1-2所示。
用线段的长度(按一定的比例尺)表示力的大小,用线段的方位和箭头指向表示力的方向,用线段的起点或终点表示力的作用点。
通过力的作用点沿力的方向的直线称为力的作用线。
本教材中以白体字母上加一箭头,如F →、AB →等来表示矢量,用同文的白体字母(如F,AB)代表该矢量的模(大小)。
建筑⼒学第1章绪论第⼀章绪论§1-1 结构与构件建筑物中承受荷载⽽起⾻架作⽤的部分称为结构。
图1-1中所⽰的即为⼀单层⼚房结构。
结构受荷载作⽤时,如不考虑建筑材料的变形,其⼏何形状和位置不发⽣改变。
组成结构的各单独部分称为构件。
图1-1中的基础、柱、吊车梁、屋⾯板等均为构件。
结构⼀般叫按其⼏何特征分为三种类型:(1)杆系结构组成杆系结构的构件是杆件。
杆件的⼏何特征是其长度远远⼤于横截⾯的宽度和⾼度。
(2)薄壁结构组成薄壁结构的构件是薄板或薄壳。
薄板、薄壳的⼏何特征是其厚度远远⼩于它的另两个⽅向的尺⼨。
(3)实体结构它是三个⽅向的尺⼨基本为同量级的结构。
建筑⼒学以杆系结构作为研究对象。
§1—2刚体、变形固体及其基本假设结构和构件可统称为物体。
在建筑⼒学中将物体抽象化为两种计算模型:刚体模型、理想变形固体模型。
刚体是受⼒作⽤⽽不变形的物体,实际上,任何物体受⼒作⽤都发⽣或⼤或⼩的变形,但在⼀些⼒学问题中,物体变形这⼀因素与所研究的问题⽆关,或对所研究的问题影响甚微,这时,我们就可以不考虑物体的变形,将物体视为刚体,从⽽使所研究的问题得到简化。
在另⼀些⼒学问题中,物体变形这⼀因素是不可忽略的主要因素,如不予考虑就得不到问题的正确解答。
这时,我们将物体视为理想变形固体。
所谓理想变形固体,是将⼀般变形固体的材料加以理想化,作出以下假设:(1)连续性假设认为物体的材料结构是密实的,物体内材料是⽆空隙的连续分布。
(2)均匀性假设认为材料的⼒学性质是均匀的,从物体上任取或⼤或⼩的⼀部分,材料的⼒学性质均相同。
(3)各向同性假设认为材料的⼒学性质是各向同性的,材料沿不同的⽅向具有相同的⼒学性质。
有些材料沿不同⽅向的⼒学性质是不同的,称为各向异性材料。
本教材中仅研究各项同性材料。
按照连续、均匀、各向同性假设⽽理想化了的⼀般变形固体称为理想变形固体。
采⽤理想变形固体模型不但使理论分析和计算得到简化,且所得结果的精度能满⾜⼯程的要求。