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第三章 摩擦
第三章 滑 动 摩 擦 §3-1 滑动摩擦和摩擦力 一、目的 解决工程地质、重力坝、挡土墙边坡稳定等问题。 二、滑动摩擦和滑动摩擦定律 1、滑动摩擦 当两个物体相互接触做相对滑动或有相对滑动的趋势时,沿接触面发生阻碍这种相对滑动的力,称为滑动摩擦。 2、滑动摩擦定律(库仑定律) 特点:(1)特殊约束;(2)F大小由力学条件确定;(3)摩擦力必须满足F≤Fmax;(4)摩擦力方向总是与物体滑动趋势相反。 — 抗滑动阻力(最大静摩擦力) 引入安全系数(稳定系数)是保证工程建筑物有足够的抗滑稳定性。 2、抗倾倒稳定性问题 例3-1 在某一松散土地区,土的内摩擦角为? ,试求边坡的安全坡度。 这表示松散土边坡的安全倾角等于土的内摩擦角,而它的安全坡度系数就等于 ,为了安全,边坡的倾角应小于其内摩擦角。 例3-2 已知一基础受力图和尺寸如图,其中YE=100KN,XE=15KN,ME=90KN·m,b=2.4m,h=2m,基础与地基的摩擦系数f=0.5,试验算基础稳定性。 解 :此基础的稳定性应包括抗滑稳定性和抗倾稳定性。 由库仑定律和Oy方向的平衡条件,可得 抗倾倒力矩 有摩擦力存在平衡问题习题混凝土坝横截面如图,混凝土容重 ,坝与地基的静摩擦系数f=0.6,试核算此坝的稳定性。(抗滑和抗倾稳定) 知识要点 1、滑动摩擦力是在两个物体相互接触面之间有相对滑动趋势出现的阻碍力。 2、静摩擦力的方向和接触面相对滑动趋势的方向相反,其大小在零与静摩擦力的最大值之间变化,即0<F≤Fmax,具体数值可由平衡条件来确定。最大静摩擦力由静滑动摩擦定律确定,即Fmax=f·N,其中f为静摩擦系数。只有当物体处于平衡的临界状态时,摩擦力才达到最大值。 3、当滑动即将开始时,全反力R与接触的法线间的夹角α达到它的最大值φ,称为摩擦角。 解题指南 1、题目类型 (1)物体平衡,但未达到平衡状态,用平衡方程求未知力(如摩擦力等)。 (2)物体平衡,且处于临界状态,用平衡方程和摩擦定律求未知因素(如摩擦力,主动力或物体的位置等)。 2、有摩擦力时平衡问题的解题步骤 (1)根据题意判明属于哪一类问题,所求的未知量是一个极限值还是一个变化范围。 (2)根据要求选取分离体 (3)画出受力图。首先画出主动力及一般约束反力,再根据假设的平衡状态的相对运动趋势,画出摩擦力的方向。 (4)列出平衡方程,根据摩擦定律用解析法求解;或作出全反力,用几何法求解。 考核要求 了解:滑动摩擦的概念和摩擦力的特征 理解:滑动摩擦定律 掌握:考虑有滑动摩擦时单个物体的平衡问 题。 * * (3-1) 1 摩擦角 物体处于临界平衡状态时, 全约束力和法线间的夹角为摩擦角 三、摩擦角 全约束力和法线间的夹角的 正切等于静滑动摩擦系数. 摩擦锥(角) 全约束力R:正压力N与静摩擦力F的合力 (3-2) 解法:一、列平衡方程; 二、列摩擦方程 特点: 2 严格区分物体处于临界、非临界状态; 3 因 ,问题的解有时在一个范围内. 1 画受力图时,必须考虑摩擦力; 考虑有摩擦力存在的平衡问题,物体处于临界状态 ,注意,摩擦力方向不能假设. §3-2有摩擦力存在的平衡问题 —滑动力(平衡时=静摩擦力) 有要求,K=1.2~1.6 重点解决工程中两大类问题 1、抗滑稳定性问题 (3-3) — 被动力矩 — 主动力矩 — 抗倾倒稳定性系数 1.2-1.6 (3-4) 解 (1)取一土粒为研究对象。为了求边坡的安全坡度,我们取一土体的颗粒来研究,(图a)。设颗粒的重量为w,边坡的倾角为?。显然,此颗粒处于极限平衡状态的倾角? ,就是边坡的安全倾角。 (a) (b) (c) (2)画受力图(b)。一颗土粒在重力的作用下,将产生沿边坡的滑动力T和垂直于边坡的正压力N, (3)抗滑稳定性分析。当土体处于平衡状态时,则颗粒的滑动力必须小于或等于边坡的抗滑阻力,即 将N值代入,得 所以,边坡的稳定条件是 即 当土体处于极限平衡状态时, YE (1)抗滑稳定性,将基础解除约束,画出受力图如图b所示,其中地基对基础的正压力为N,静滑动摩擦力为F。 XE E A B A A F F ME y O b h x ME ME YE YE E E XE XE O O (b) (a) (c) N N 抗滑分力为 基础的抗滑稳定性系数 因为KE=3.331.2-1.6。所以基础抗滑稳定性安全 (2)抗倾倒稳定性。因为基础抗滑稳定性安全,所以基础可能发生只绕A点的转动,如图所示。下面计算对A点的力矩: 倾倒力矩
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