建筑力学全讲解
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建筑力学总结介绍建筑力学是研究建筑结构中力的作用与分析的学科,它对于建筑设计和工程施工具有重要意义。
本文旨在全面、详细、完整地探讨建筑力学的相关知识和应用。
引力与支持力重力的概念与作用重力是地球吸引物体的力,它是存在于自然界中的基本力之一。
对于建筑结构而言,重力起着支持和稳定的作用。
支持力的原理与应用支持力是建筑结构中的一种力,它通过支撑结构的构件来分担重力并保持结构的平衡。
有效的支持力能够保证建筑结构的稳定性和安全性。
受力与应力分析受力分析方法受力分析是建筑力学中的重要内容,通过分析建筑结构所受的各种力的大小和作用方向,可以确定结构的受力状态和稳定性。
1.全局受力分析2.局部受力分析3.弹性受力分析应力分析方法应力分析是对结构受力状态的具体描述,通过确定结构中各点的应力大小和方向,可以评估结构的强度和稳定性。
1.线性应力分析2.非线性应力分析3.动力应力分析结构稳定性分析刚度与稳定性的关系结构的稳定性与其刚度有密切的关系,刚度越大,结构越稳定。
屈曲与扭曲分析屈曲与扭曲是结构在受外力作用下发生的一种力学现象,对于稳定性分析具有重要意义。
1.单轴屈曲2.多轴屈曲3.扭曲分析稳定性分析方法稳定性分析是评估结构在外力作用下是否具有稳定性的方法,常用的方法包括:1.刚度矩阵分析法2.有限元分析法3.统计分析法结构设计与优化设计原则结构设计应遵循的原则包括安全性、经济性、美观性、实用性等。
结构类型与选择根据建筑功能和形式的不同,选择合适的结构类型对于保证结构稳定性和效果优化至关重要。
1.框架结构2.钢结构3.混凝土结构4.砖木结构结构优化方法为了实现结构的优化设计,可以采取以下方法:1.优化设计算法2.材料性能优化3.结构形式优化结论建筑力学作为建筑设计和工程施工中不可或缺的学科,为我们理解建筑结构力学特性和稳定性提供了重要的理论支持。
通过受力与应力分析、结构稳定性分析和结构设计与优化等方面的研究,我们能够更好地设计、建造出更加安全、稳定和美观的建筑结构。
建筑力学知识点总结高中一、引言建筑力学是研究建筑结构受力及变形规律的学科,它是建筑工程中的基础学科,对于理解建筑结构的工作原理,设计合理的建筑结构具有重要的意义。
本文将对建筑力学的知识点进行总结,包括静力学、弹性力学、塑性力学、结构分析等内容,以期对建筑力学有一个全面的理解。
二、静力学1. 受力分析静力学是研究物体在静止状态下受力及力的作用规律的学科,其主要内容包括受力分析、力的合成、平衡条件等。
在建筑力学中,受力分析是非常重要的,它可以帮助工程师理解建筑结构的力学特性,为设计提供依据。
受力分析中的主要内容包括悬臂梁的受力分析、梁的受力分析、梁的内力分析等。
通过这些内容的学习,我们可以了解建筑结构中不同部位受到的力的大小和方向,为后续的结构分析和设计工作提供了基础。
2. 力的合成力的合成是静力学中的一个重要内容,它是指若干个力对物体的综合作用效果。
在建筑力学中,力的合成可以帮助我们理解建筑结构中复杂的受力情况,为结构设计提供便利。
力的合成涉及到几何图形中的向量相加、力的三角形法则、力的多边形法则等内容。
这些内容的学习对于我们理解建筑结构中力的作用方式非常重要。
3. 平衡条件平衡条件是指物体在受力作用下保持静止或匀速直线运动的条件。
在建筑力学中,平衡条件是非常重要的,它可以帮助我们理解建筑结构在受力作用下的变形规律。
平衡条件包括物体的平衡条件、物体的平衡方程等内容。
通过学习这些内容,我们可以了解建筑结构受力变形的规律,为后续的结构分析和设计工作提供依据。
三、弹性力学1. 弹性体的应力与应变弹性体的应力与应变是弹性力学中的重要内容,它是指弹性体在受力作用下产生的应力与应变的关系。
在建筑力学中,弹性体的应力与应变对于理解建筑结构受力变形规律具有重要意义。
弹性体的应力与应变包括应力的概念,应力的分类、应力与应变的关系等内容。
这些知识对于我们理解建筑结构在受力作用下的变形规律具有重要意义。
2. 弹性体的变形与刚度弹性体的变形与刚度是弹性力学中的重要内容,它是指弹性体在受力作用下产生的变形及其刚度的研究。
建筑力学第一章绪论1. 工程中习惯把主动作用于建筑物上的外力称为荷载。
例如自重,风压力,水压力,土压力等。
(主要讨论集中荷载、均匀荷载)2. 在建筑物中,承受并传递荷载而起骨架作用的部分称为结构。
3. 结构按几何特征分:一,杆件结构。
可分为:平面和空间结构。
它的轴线长度远大于横截面的宽度和高度。
二,板壳结构。
(薄壁结构)三,实体结构。
4. 建筑力学要进行静力分析即由作用于物体上的已知力求出未知力。
5. 强度指结构和构件抵抗破坏的能力,刚度指结构和构件抵抗变形的能力。
稳定性指结构和构件保持原有平衡状态的能力。
6. 建筑力学的基本任务是研究结构的强度,刚度,稳定性问题。
为此提供相关的计算方法和实验技术。
为构件选择合适的材料,合理的截面形式及尺寸,以及研究结构的组成规律和合理形式。
第二章刚体静力分析基础1. 静力学公理。
一,二力平衡。
(只适应于刚体,对刚体系统、变形体不适应。
)二,加减平衡力系。
(只适应于刚体,对刚体系统、变形体不适应。
)三,三力平衡汇交。
2. 平面内力对点之矩。
一,合力矩定理3. 力偶。
性质:一,力偶对物体不产生移动效应,故力偶没有合力。
它既不能与一个力等效或平衡。
二,任一力偶可在其作用面内任意移动。
4. 约束:施加在非自由体上使其位移受到限制的条件。
一般所说的支座或支承为约束。
一物体(如一刚性杆)在平面内确定其位置需要两个垂直方向的坐标和杆件的转角。
因此,对应的约束力是相对的。
约束类型:1、一个位移的约束及约束力。
a)柔索约束。
b)理想光滑面约束。
C)活动(滚动)铰支座。
D)链杆约束。
2、两个位移的约束及约束力。
A) 光滑圆柱形铰链约束。
B)固定铰支座约束。
3、三个位移的约束及约束力。
A )固定端。
4、一个位移及一个转角的约束及约束力。
A)定向支座(将杆件用两根相邻的等长、平行链杆与地面相连接的支座)。
第五章弹性变形体静力分析基础1.变性固体的基本假设。
连续性假设:固体材料的整个体积内毫无空隙的充满物体。
大一建筑力学的知识点建筑力学是一门研究建筑物在力学作用下的力、应力、变形等问题的学科。
在大一学习建筑力学时,我们需要掌握一些基础的知识点。
本文将介绍大一建筑力学的一些重要知识点,以帮助读者全面了解该学科。
一、力与力的平衡力是物体之间相互作用的结果。
在建筑力学中,我们需要掌握力的基本概念和性质,包括向量的表示方法、力的合成与分解等。
此外,力的平衡是建筑物稳定的基础,我们需要学会判断力的平衡条件,并进行力的图解法分析。
二、刚体力学刚体力学是研究刚体受力后的平衡、运动和受力分析的学科。
在建筑力学中,我们需要了解刚体的基本性质和刚体受力分析方法。
这包括应用牛顿运动定律、等效力系统的原理和应用、刚体在平衡条件下的问题解答等。
三、静力学静力学是研究物体处于静止状态下受力平衡条件和受力分析的学科。
在建筑力学中,我们需要学会应用受力平衡条件解决悬臂梁、简支梁、斜杆等静力学问题,包括计算支持反力、应力和变形等。
此外,还需要学习应用静力学原理解决各类静力学图解问题。
四、杆件受力分析杆件受力分析是建筑力学的重要内容之一,包括悬臂梁、简支梁、斜杆等。
在学习杆件受力分析时,我们需要掌握正确的受力分析方法,包括杆件受力的图解法、解析法等。
此外,还需要学习计算杆件的内力、剪力和弯矩等。
五、梁的受力分析梁是建筑结构中最常见的构件之一。
在建筑力学中,我们需要学会梁的受力分析方法,包括计算梁的内力、剪力和弯矩等。
此外,还需要了解梁的受力规律,包括正应力、最大正应力位置、剪力和弯矩图等。
六、变形分析变形分析是研究物体在受力条件下的变形情况的学科。
在建筑力学中,我们需要学会计算物体的变形量和变形形状,包括拉伸、压缩和弯曲等。
此外,还需要了解材料的应力-应变关系,包括胡克定律等。
七、矩形截面梁受力分析矩形截面梁是建筑结构中常见的构件之一。
在学习矩形截面梁受力分析时,我们需要了解梁的截面特性、受力特点和计算方法。
此外,还需要学会计算梁的弯矩、剪力和挠度等。
建筑知识:解析建筑力学的基本原理建筑力学是研究建筑物的静力学和动力学问题的一门学科,其基本原理是力学的基础知识。
建筑力学主要研究建筑物在不同的荷载作用下的受力情况、变形和破坏机理,以及建筑物安全可靠性的评估方法等。
建筑物的受力情况与力的平衡有关。
按照牛顿第一定律的原理,物体不受外力作用时保持静止或匀速直线运动。
因此,当建筑物受到各种载荷时,如自重、风荷载、地震荷载等,其受力平衡状态将会发生改变。
建筑物中各构件之间存在的内部受力关系也必须满足力的平衡条件。
因此,建筑力学中对受力平衡的分析是十分重要的,能够帮助我们了解建筑物受力的基本规律和特点。
建筑物变形行为与力的弹性理论有关。
弹性是物体在受到外力作用后,能够恢复到原来形态的性质,称为物体的弹性。
建筑物结构变形行为的研究一般都是基于弹性理论进行,即假定建筑物结构在受力作用时是一个弹性体。
弹性体变形时遵循胡克定律,即变形量与外力成正比。
根据弹性理论,建筑物变形的计算是建筑力学中的重要内容,设计者需要对建筑物变形进行合理预测和控制。
建筑物的破坏机理与力的破坏理论有关。
当建筑物承受外界荷载时,如果荷载强度超过了结构材料的强度极限,就会发生结构破坏。
破坏理论可以帮助我们研究建筑物结构在不同荷载下的破坏机理,预测和评估建筑物受荷能力,以及优化建筑物结构的设计。
目前,常用的破坏理论有强度理论、变形能理论和极限分析法等。
建筑物安全可靠性评估与概率论有关。
建筑物的安全可靠性评估是建筑力学中的重要课题之一,通常采用概率统计方法进行分析。
概率论可以帮助我们了解建筑物设计中的不确定性因素,分析建筑物结构在不同条件下的安全可靠性指标,为建筑物使用、维修和管理等提供科学依据。
总之,建筑力学的基本原理是力学基础知识的应用,涉及受力平衡、弹性理论、破坏理论和概率论等方面。
它可以帮助我们更好地了解建筑物的受荷行为和变形行为,预测和评估建筑物的安全可靠性,指导建筑物设计和维护管理。
一、《建筑力学》的任务设计出既经济合理又安全可靠的结构二、《建筑力学》研究的对象静力学:构件、结构——外力材料:构件——内力1-1力和平衡的概念一、力的概念。
1、定义2、三要素:①大小。
②方向。
③作用点。
3、单位:国际单位制N、KN。
二、刚体和平衡的概念。
1、刚体:2、平衡:公理4:作用力与反作用力.中学讲过,略讲1-3、约束与约束力一、约束反力表示:T。
解:q 1’=97.549.1100011⨯⨯=1237N/m 2;q 2’=300N/m 2;q 3’=97.549.1100020)02.097.549.1(⨯⨯⨯⨯⨯=400N/m 2q 4’=300N/m 2(总)q ’=q 1’+q 2’+q 3’+q 4’=1237+300+400+300=2237N/m 2线载:'作法:2 讲例题讲书例题12 讲例题。
3、如果FX F12、P 1 p 3P 1X+P 2即:P 1 即:∑X ∑Y2——三、合成:大小:方向:tg XYF 合力所在象限由∑y 、∑x 的正负号确定。
讲书中例题。
四、平衡条件R=0,即:∑x=0;∑y=0 则:∑x=0∑y=0五、平衡条件的应用:讲书中例题3—1、力对点之矩一、力矩1、什么叫力矩:一力p 使物体饶某点O 作用线到O 点的垂直距离d 叫力臂,力p p 对矩心O 点之矩,简称力矩,以M 0(p M 0(p )=pd ±2、力矩的正负:逆时针为正,顺时针为负。
力矩是代数量。
3—3力偶及其基本性质2、正负规定:逆时针为正,顺时针为负。
3、单位:N.M KN.M4、力偶的性质:(1)、不能用一个力代替力偶的作用(即:它没有合力,不能用一个力代替,不能与一个力平衡)(2)、力偶在任意轴上的投影为零。
(3)、力偶对所在平面上任意一点之矩恒等于力偶矩,而与矩心的位置无关。
如图:已知:力偶d p M ⋅=O 在M 所在平面内任意一点, M 对O 点之矩为:=0M —PX+P (X+d )=-Px+Px+Pd332211321)(d p d p d p d p p p d R M -+=++=⋅==∑=++m m m m 321结论:平面力偶系可合成为一个合力偶,其力偶矩等于各分力偶矩的代数和。
讲例题二、平面力偶系的平衡条件:因此,作用于A点的力P可用作用于O点的力p'和力偶矩d=来代替。
M⋅F定理:作用在物体上的力P,可以平行移到同一物体上的任一点O,但必须同时附加一个力偶,其力偶矩等于原力P对于新作用点O的矩。
反之,一个力和一个力偶可以合成一个力。
4—1 平面一般力系向作用面内任意一点简化一、主矢、主矩1、简化原理据“力平移法则”,可将平面一般力系中的各力平行与自身的作用线移到同一点O,从而把原力系分解成平面力系汇交力系和平面力偶系,以达到简化。
2、简化内容:(1)将作用与物体上的一般力系n p p p ⋯⋯21,向任一点O平移,得到一个汇交力系和一个对应的力偶系。
(2)其合力R通过简化中心,并等于力系中原有各力的矢量和:∑=⋯⋯++='x x p x p x p R n 21∑=⋯⋯++=''y y p y p y p R n y 21 ∑∑+='+'='2222)()(y x y R x R Rtg θ=∑∑x y θ是R ’和X 轴夹角,R ’称主矢,其指向由R X ’和R Y ’的正负确定。
3、将各附加力偶合为一个合力偶。
∑=+⋯⋯++=)()()()(0020100p M p M p M p M M nR ’—主矢;M 0’—主矩;注:R ’并非原力系的合力,而只是作用在简化中心的平面汇交力系的合力,其大小和方向与简化中心无关;M 0’的大小和转向与简化中心有关,所以主矩必须明确简化中心。
二、合力。
力的平移定理又 d F M ⋅=M d '=∴0即可确定出R的位置(作用点R方向)3.R 0,0''≠≠M 主矩、主矢可进一步合成为一个力R ,R 为原力系的合力。
4.R,0''==M 五、平衡条件: R 0'=,即: M 0'0=或 000===∑∑∑m y x1、基本形式2、二矩式: 合力R 。
合力既要通过A 点又要通过B 点,那么只有在A ,B 的连线上。
3、三矩式:若A ,B ,C 不共线。
则:000===∑∑∑CB A mm m这时,力偶不存在,也不可能有通过三个点,A ,B ,C 的力存在。
5-1变形固体及其基本假设一、变形固体a 、弹性变形b 、塑性变形αδαδαα2cos cos ⋅=⋅=pαδααδαταα2sin 21sin cos sin =⋅⋅=⋅=p(2)横向变形:a a a -=∆1 纵向线应变L∆=ε 二、 纵向变形及虎克定律实验:pL ∞∆ ,引入比例系数:→⋅==∆LN pL 虎克定律式中:N —轴力;A —截面积; E —材料弹性模量; ∆—变形; —原长;EA —抗拉、压刚度虎克定律的另一种形式:将代入;δε==∆AN得:A E ⋅=δ注:虎克定律适用条件:杆截面应力不超过比例极限。
三 、 横纵向变形及泊松比1、 横向变形:a a a a a -=∆='1ε;纵向变形:lll -=∆=1 ε说明:1、O 1G//(OB);2、OO 1——属塑性变形;3、01g ——为弹性变形。
3、变形发展的四个阶段:(1)弹性阶段:(O ——B )材料完全处于弹性阶段,最高应力在B 点,称弹性极限(σe )。
其中OA 段表示应力与应变成正比。
A 点是其段最高值,称 为比例极限(σp ),在O ——A 段标出tg α=εσ=E 。
因为σe 与σp s 数据相近。
可近似为弹性范围内材料服从虎克定理。
(2)屈服阶段:(B ——D )材料暂时失去了抵抗外力的能力。
此段最低应力值叫屈服极限(σs )。
钢材的最大工作应力不得达到σs(3)强化阶段:(D ——E )材料抵抗外力的能力又开始增加。
此段最大应力叫强度极限σb (4)颈缩阶段:(E ——F )材料某截面突然变细,出现“颈缩”现象。
荷载急剧下降。
总结四个阶段:Ⅰ、弹性阶段:虎克定理σ=E ε成立,测出tg α=εσ=EⅡ、屈服阶段:材料抵抗变形能力暂时消失。
Ⅲ、强化阶段:材料抵抗变形的能力增加。
Ⅳ、颈缩阶段:材料抵抗弯形的能力完全消失。
4、塑性指标: (1)延伸率:-=1δ%100⨯ 如果属塑性材料。
%,5>δ属脆性材料。
%,5<δ(2)截面收缩率:%1001⨯-=AA A ϕ 。
愈大说明材料塑性越好ϕ5、冷作硬化:将屈服极限提高到了G 点,此工艺可提高钢材的抗拉强度,但并不提高钢材抗压强度,故对受压筋不需冷拉。
1、近似视为σ=E ε在OA 段成立;2、只有σb四、低碳钢压缩时力学性质:1、强度极限无法测定。
2、S P E δδδ、、、与拉伸相同。
五、铸铁压缩试验。
1、没有屈服极限,只有强度极限。
2、在低应力区(0——A ),近似符合εδ⋅=E3、强度极限高出拉伸4—5倍。
六、塑性材料力脆性材料的比较(自学内容) 七、许用应力与安全系数:[]δ=K 0δ ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-==-==35.27.14.10K K b S ,脆性材料,塑性材料δδδδδ6-4 轴向拉(压)杆强度计算一、强度条件: []δδ≤=ANmax二、强度三类问题: 1、强度校核:[]δδ≤=ANmax 2、选择截面尺寸:A []δN≥如果:槽钢、角钢查附表确定面积,实A 理A ≥3、确定最大外载:说明:最大外载有两种确定形式:1、N=P2、P 必须据题意,通过间接途径求得,如:7—1、圆轴扭转时内力一、扭转1、力的特点、外力偶矩计算、扭矩和扭矩图a. 力的特点:力偶的作用平面垂直于杆轴线b. 外力偶矩计算M k =9549N k /n (N ·M ) Mk=7024N p /n (N ·Mc. 扭矩、扭矩图右手螺旋法: 拇指背离为正,反之为负2看图:(1(2)各纵向平行线都倾斜了同一微小的角度γ,矩形成了平行四边形。
说明:(1)横截面没有正压力,(2)两截面发生错动 υ是剪力变,则必τ有存在,并∑垂直于半径τx =τy 大小相等,方向相反,互相垂直证明:τy ·A=τy3、应力公式推导: 三个方面:a 、变形几何关系; b 、物理关系 ;c 、平衡关系 a 、变形几何关系 看图 d x ·ργ=ρd ϕργ——剪切角 d ϕ——扭转角ργ=ρ·d ϕ/dx 说明: ργ垂直于半径 b 、物理关系:实验所得: ρτ= G ·ργ G=E/(1+ εε/') G ——剪切弹性模量 'ε——横向线应变 由前式 :ρ·(d ϕ/dx )·G=ρτ说明:ρτ与c 微面积d A 整个截面: =A⎰⋅ρ =G ϕd ⋅/( 即: M n = I 上式写成: ρτ I ρ=πD 4 I ρ=π(D 4-d 4)τρ(最大) τmax =M n ·R/I ρ4、强度条件:τmax =(M n /W5、薄壁圆环:M k =MnM n =2τπt r 2 得 t r M n 22/πτ=强度条件: τmax =M max /2t r2π≤[τ]6、圆扭转的变形计算由前式 :d ϕ=(M n /GI ρ)d x 两边积分d ϕ——相距为dx 两横截面的相对转角ϕ=ϕd l ⎰=x ln d GI M )/(0ρ⎰=M n L/GI ρ7—2 轴扭转时的强度计算一、扭转时横截面上的m ax τ1、实心同轴及空心轴 ρτW M n /max =M n ——扭矩(N ·m )(KN ·m ) W ρ——扭转截面系数(m 3)二、强度条件: ρτW M n /m ax =≤[τ] 三、强度“三类问题”;1、强度校核: ρτW M n /m ax =≤[τ]2、选择截面尺寸: W ]/[τρn M ≥a 、实心轴 W 16/3D πρ=, D 3])[/16(τπN M ≥b 、空心轴:W ρ=3D π(1-4α)/16 D 34]))[1(/16(ταπ-≥N M3、许用荷载: [M ρ]≤[τ]W ρ。
再确定外载讲例题7—3、圆轴扭转时的刚度计算一、同轴扭转时的变形:ρϕGI L M n /=式中:M n ——某截面扭矩 (N ·m ) (KN ·m ) l ——同轴长(m )G ——剪切弹性模量 P a MP a GP aI ρ ——极惯性矩。
(m 4) GI ρ——截面抗扭刚度二、刚度条件:单位长度扭转角:πϕρρρGI M GI M l GI vl M l n n n /180///0=== (弧度/米) 即:πϕθρGI M l n /180/0==][]/[θϕ=≤l [θ]——许用单位长度扭转角,——查规范讲例题!8—1、静矩一、静矩、形心图形A 对Z 轴的静矩:S z =A yd ⎰图形A 对y 轴的静矩: S y =A zd ⎰ 据合力矩定理形心: y c =S z /A=i i A y A A yd ∑⎰=/Z c =S y /A=i i Az A A zd∑⎰=//S z,S y 的用途: 1求形心。