土木工程专业概论罗福午4土木工程中的力学和结构概念.pptxVIP

第4章 土木工程中的 力学和结构概念4.1、力、力矩、平衡4.2、外力、内力和反力4.3、荷载、作用和效应4.4、结构和结构失效4.5、土木工程结构的设计方法 土木工程要解决的问题之一是建造抵御 自然或人为作用力的空间和通道，就必然会 遇到大量的力学和结构问题。本章阐述土木 工程中一些最基本的力学与结构概念。结构模型大赛 建筑结构计算机建模4.1 力、力矩和平衡力（Force）是一种物体间有方向的作用，有大小方向。可用矢量表示。重力：物体重量产生的作用力，方向指向地球中心，作用点在该物体的中心。力矩和平衡的概念Alexander Calder提出的装置力矩（Moment，土木中称弯矩）：力×距离转动平衡：对同一点所有力矩之和为0，即转动效应之和为0。移动平衡：对同一物体所有力之和为0，即处于不移动的静止状态。 力：是一种物体间有方向的相互作用；这种相互作用有使物体改变原来形状或改变运动方向的效应；力是既有量值又有方向的矢量。 力矩：是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量，其大小等于力与力臂（力的作用线到该轴的垂直距离）的乘积；力矩在土木工程中习称弯矩。 平衡：力矩既可顺时针方向转动，也可按逆时针方向转动，当两个方向转动效应之和为零时，称物体处于平衡状态。4.2、外力、内力和反力 对任何一个土木工程的结构而言，力有外力、内力和反力之分。 人体、重物的重力 和木桥自重是外力思考：全桥弯曲下垂，说明桥身承有内力，桥身的上下承受什么力桥身两端固定处 承受反力 倘若桥的两端曾可能被锯过又接了起来，当人拿着重物走上去，桥身必然像被剪切般地下落。现在桥身没有被锯，受力后完好无损，说明桥身还承受有剪切力。 桥身承受剪切 再如果将重物放在桥 的一侧，全桥还将受到扭曲。桥身承受扭曲 这些拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭曲就是桥身承受内力的结果。人和重物能静止地位于桥上，说明它的外力、反力和内力作用处于平衡状态。 独木桥是最简单的例子，所有土木工程设施的结构， 无论大小、重轻、厚薄（大如大桥、小如小木屋）都 处于外力、内力和内力作用下的平衡状态。它承受的 内力无非是下列5种以及它们的组合 土木工程结构的5种内力特征： 受剪 发生剪切变形在土木工程中：拉力以＋N表示；压力以－N表示；弯矩以M 表示；剪力以V 表示；扭矩以MT 表示。 土木工程结构就是通过 5种内力的基本作用，将施加在结构上的力传递给地球（基础下的土层），基础给予结构的则是作用在结构基础上的反力。 4.3、荷载、作用和效应 直接施加在土木工程结构上的外力是由荷载引起的。 如果地球没有引力，自然界没有风吹、雨雪，荷载就不会存在，土木工程也就不需要结构。土木工程结构要有能抵御自然或人为的作用力的能力，因此，了解作用在结构上的荷载有那些，其性质如何非常重要。 作用与作用效应的基本概念 作用分为直接 作用：是指能使结构产生效应的各种原因的总称。作用和间接作用。 作用效应：作用在结构上产生的内力和变形的总称。 能使结构产生作用效应的原因有两种：一种是施加在结构上集中力和分布力，如结构自重，作用于楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构上（直接作用），工程界习称为“荷载”；另一种是施加于结构上的外加变形或约束变形，如地震、基础沉降、材料收缩和徐变、温度变化引起结构产生作用效应，它们都是间接作用于结构（间接作用） 。荷载是指直接作用在结构上的外加力。 1 荷载（直接作用） 荷载是直接以力的形式作用于结构，如结构自重、行人或车辆的重量、风压力、土压力、水压力等。 ⑴ 恒载（永久荷载） 指使用期间永久施加在结构上,其值不随时间变化的荷载。内隔断窗墙体及内装饰作用在工程结构上的恒载类型主要有：结构自重、墙面、地面、屋面、桥面以及楼面门 建筑物内的固定 装置等。楼板 大梁 （2） 活载（可变荷载）： 指在使用期间施加在结构上、其值可随时间变化或移动的荷载。① 使用活载：包括楼面活载、屋面活载。可移动 设备作用在工程结构上的活载有多种类型，如：使用活载、移动的设人群家具备及车辆活载、风载、雪载等。 可移动 设施 家具家具 ② 车辆活载：主要是铁路或公路车辆的荷载，包括工业厂房的行车（俗称天车）。 工业厂房的行车车辆活载是一种移动式荷载 桥梁上的汽车荷载T1、T2、T3、T4——汽车轴重；a、a1、b1、b2、c——车轴间距离 ③ 风载：风是由大气压力不等引起的空气运动。W由风的运动而施加在墙面或结构上的压力称为风载。风载有三个“不一样”：不同地区不一样（沿海、内陆）；同一地区不同时间不一样；同一房屋不同高度、不同部位不一样。 同处一区 的18层高 层建筑 0.7kN m 2北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载0.22kN m 2 均匀