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

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; 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。;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：; 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??非常重要。 作用与作用效应的基本概念 作用分为直接; 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。; （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。; 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;W;风载;第18页/共51页; 均匀分布荷载作用 三角形 分布荷载作用; （3） 偶然荷载 在使用期间不一定出现，一旦 出现，其值很大且持续时间很短的 荷载。如地震作用、爆炸力、台风、 船只或漂流物等。; 震源、地震波、 震中、震中距的关系; 2 间接作用（间接荷载） 除直接施加在结构上的外力（即荷载）外，还有一种因间接 施加影响引起结构受力的作用。作用也使结构内部产生内力和变 形。它们也以三类形式出现。 ⑴ 约束变形作用 这种作用以温差作用; 土木工程中的构件因昼夜 温差、季节性温差，每时每刻 都在改变着形状和尺寸，当这 种改变受到约束时，就会使结 构受到内力效应。 建筑物的温度裂缝;内外柱 高差达 几十毫 米; ⑵ 外加变形作用 这种作用以地基不均匀 沉陷为典型。 土木工程结构构筑在地基 上，地基土受力后总会产生不 均匀沉陷，过大的不均匀沉陷 会引起结构产生不小的内力， 甚至可使结构开裂或倒塌。 比萨斜塔就是 由于地基不均 匀沉陷而成为 世界著名建筑！;震施加给结构的力，即地震作用。;原因统称为“荷载”。 按照国际通行做法和现行国家 标准，“作用”泛指使结构产生内 力、变形的所有原因，包括直接作 用和间接作用；而“荷载”仅等同 于施加于结构上的直接作用。;荷载和作用的分类; 3 应力、应变、弹性模量 土木工程结构受力后，其构件将产生内力（平衡状态）和变形 （其长度、形状将发生改变）。在产生拉力、压力、剪力、弯矩和 扭矩内力的同时结构构件会出现5种基本变形的形式。; ⑴ 应力 为度量结构构件所发生内力的大小，我们将作用于单 位面积上的内力强度称之为应力：;ε =;成正比。; 当结构材料继续承受更大荷载时，移去荷载，有残余变形，变 形不能恢复原状。称结构材料进入塑性阶段。;结构承受荷载为0→P2时，结构构件处于弹性状态； 结构承受荷载为P2→P3时，结构构件处于塑性状态；; 4.4、结构和结构失效 4.1 结构的定义和要求 ⑴ 结构