建筑力学复习知识要点

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1、建筑力学的任务设计出既经济合理又安全可靠的结构建筑力学研究的对象静力学：构件、结构外力材料：构件内力结力：平面构件（杆系结构）外力建筑力学研究内容1、静力学：研究物体外力作用写的平衡规律1柱梁P对梁来说，要设计出合理的截面尺寸和配筋，则是以梁的内力为依据，则内力又是由外力产生, 外力都有哪些呢？外力大小如何？这是属于静力学所研究的内容。,I ,宀图1-12、材力研究单个杆件：a. 强度：构件在外力作用下不出现断裂现象。b. 刚度：构件在外力作用下不出现过大变形。c. 稳定性：不发生突然改变而丧失稳定。3结力研究体系：a. 强度：由于荷载、温度、支座下陷引起的结构各部分的内力，计算其大小。b.

2、刚度：由荷载、温度、支座下陷引起的结构各部分的位移计算。c. 稳定性：结构的几何组成。图1-41 - 1力和平衡的概念、力的概念。1、定义 2、三要素：大小。方向。作用点。 3、单位：国际单位制N、KN。、刚体和平衡的概念。1、刚体： 、力系、等效力系、平衡力系。1、力系：a、汇交力系 b、力偶系2、等效力系：a、受力等效力可 b、变形等效。3、平衡力系：a、汇交力系：工X=0,工丫=02平衡:c、平面力系。（一般）b、力偶系：工M=0c、一般力系：X=0,艺Y=0,艺M=01 2、静力学公理公理1：二力平衡公理一个刚体受到两个力的作用，这两个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，这个刚体则

3、平衡（因 为一对平衡力使物体的运动效果为零）讲例公理2:加减力系平衡公理一个刚体上增加或减去若干对平衡力，则刚体保持其原有运动状态.推理：力的可传递性（注：不适用于求内力）证明：刚体原作用F 1，如沿F 1作用线加一对平衡力（F 2,F3）,使F i = F2 = F3,此Fi与F3 可视为一对平衡力系据公理2减去F 3与Fi,则相当于F 1从A点移至E点.图1-6图1-7公理3:力的平行四边形法则（略讲）推理：三力汇交平衡一个物体受到三个力的作用而处于平衡，则这三个力的作用线必交于一点.证明：刚体受F 1 ,F2,F 3作用而平衡，F 1与F2可传递到交于A点，R是其合力，F必定通过A点 并

4、与R在一条直线上且相等.（形成一对平衡力）.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、约束反力1、约束：限制别的物体朝某一个方向运动的物体。如柱是梁的约束。2、约束反力：由约束来给予被约束物体的作用力，称为约束反力，简称为反力3、如何分析约束反力。（1）根据物体运动的趋势决定是否有约束反力（存在性）。（2）约束反力的方向与物体运动趋势方向相反（方向性）。（3）约束反力的作用点就在约束物和被约束物的接触点（作用点）。(b)图1-8在（a）图中，对球体来看：球体虽在A处与墙体有接触，但球体没有运动趋势，所以没有 （运动）反力。在（b）图中，球体与墙在A点不仅有接触点，球体同时还

5、有向左的运动趋势。 、约束的几种基本类型和约束的性质。1、 柔体约束：方向：指向：背离被约束物体。（拉力）方位：在约束轴线方位。表示：T。2、光滑接触面：方向：指向：指向被约束物体。（压力）方位：不定，故可用在x,y轴分力表示。 方位：沿链杆轴线方位。2、支座反力：支座对构件的作用力叫支座反力方位：沿接触面的法线方位。表示：N3、园柱铰链：方向：指向：假设。4、链杆约束：方向：指向：假设。 、支座和支座力1、支座：建筑物中支承构件的约束。3、支座的类型：(1) 、固定铰支座：受力特性与圆柱铰链相同，形成不同受力图“一简图或r-|简支梁图 1-13(2) 、可动铰支座：受力特性与链杆约束相同，形

6、式不同图 1-14受力图(3) 、固定端支座:方向：指向：假设。方位：不定简图受力图图 1-151 4、受力图、画受力图步骤1、确定研究对象。2、取出研究对象。3、在研究对象上画出所受到的全部主动力。4、分清约束类型，在研究对象上画出所有约束反力。讲例题、画受力图注意的几个问题。1、分析系统各构件受力图，应先找出二力杆分析，再分析其它。2、如何研究对象是物体系统时，系统内任何相联系的物体之间的相互作用力都不能画出3、作用力方位一经确定，不能再随意假设。说明：以上内容通过教科书例题讲解。另外增加例题。例：指出并改正图中示力图的错误。图 1-161 5、何载qI图 1-171分类按作用时间：恒载活

7、载偶然荷载按作用范围：集中荷载分布荷载按作用性质：静力荷载动力荷载按作用时间：固定荷载移动荷载2、简化、计算。(1) 截面梁自重的计算已知：截面尺寸h,b;梁单位体积重丫(KN/ m3) 求：线荷载q.解：此梁总重：Q= 丫(KN)沿梁轴每米长的自重：q=Q = bh|. =b.h. 丫 (KN/m) I I(2) 均布荷载化为均布线荷载。149II.1=5.97L图 1-18已知：板均布面荷载：q(KN/m);板宽b;板跨度L (m)求：q (KN /m)解：板上受到的全部荷载：Q= q .b.L(KN)I沿板跨度方向均匀分布的线荷载：q=Q = q=b.q (KN)L l例如：图中板自重1

8、 1KN;防水层的均布面荷载为：q=300N/m；水泥沙浆找平层厚0 . 02 m, 丫 =20KN/m；雪载：q 4=300N/ni求：将全部荷载化成沿板长的均布线荷载。11 1000 2解：qi =1237N/m；1.49 5.97q 2 =300N/m；(1.49 5.97 0.02) 20 10002q3 =400N/m1.49 5.97中=300N/m(总)q =qi +q?+中=1237+300+400+300=2237N/m线载：4=屮=2237 5； 5切=333亦。2-1、平面汇交力系合成与平衡的几何法一、用图解法求合力。作法：1、平行四边形法则。2、各力首尾相连。注：合力大

9、小和方向与各力相加的次序无关。讲例题二、平面汇交力系平衡的几何条件：必要和充分条件是该力系的力多边形自行闭合。即R=0说明：汇交力系中，未知力数超过两个就不能作出唯一的闭合多边形，故平面力系汇交用图解法 只能求出不超过两个未知力的问题。讲书例题2-2、力在坐标轴上的投影、合力矩定理一、力在坐标轴上的投影1、如何投影：自加两端向x,y轴作垂线，则在轴上两垂线的线段，称为力在该轴上的投影。2、符号规定：力在坐标轴上的投影是代数量,，有正负之分，当力投影与坐标轴一致时，投影为 正，反之为负。如：F x=cos a .F，即：A E段F 丫 = sin a .F，即：AB 段讲例题。1、如果F xFy

10、已知，则合力F的大小和方向也 可确定，据几何关系：F= F x $ FY 2 ; tg a =| 严 IFx其中：aF与x轴的夹角(锐角) F的方向由Fx和Fy的正负确定。二、合力投影定理：1、用平行四边形法求出平面汇交力系 Pi、P2、2、PiX=ab; P2X=bc;p 3x=-dc; RX=abPiX+P2X+P3X=ab+bc-dc=ad=RX即: P1X+p2X+P3X=RX ;同理：P1y+P2y+P3y=Ry由此，得出合力投影定理： 合力在两坐标轴上的投影等于各个分力在同一坐上投影的代数和：即: RX=P1X+P2X+3X=刀 X PY=P1Y+P2Y+P3Y=刀 y刀X各力在X

11、轴上投影的代数和； 刀丫一一各力在丫轴上投影的代数和。23平面汇交力系的合成与平衡的解析法三、合成：大小：R= . ( Rx)2 ( x2y2) =x2方向：tg a =|氐| a R与X轴的夹角F x图2-1BAayBAPa的合力R=图2-2p -I bad图2-3R T：合力所在象限由刀y、刀x的正负号确定。讲书中例题。四、平衡条件R=0,即：刀 x=0;刀y=0贝则：刀x=0刀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0转动，0点叫矩心，力p的作用线到0点的垂直距离d叫力臂，力p的大小与力臂d的乘积叫力p对矩心0点之矩，简称力矩，以

12、M0 ( p)表示，数学表达式为：M0( p)= pd2、力矩的正负：逆时针为正，顺时针为负。力矩是代数量。3、力矩的单位：N.m， KN.mM (P)=-Pdd图3-2讲例题。dPA, 亠M0(P)=-Pd图3-13 2、合力矩定理、合力矩定理。如图：M0 ( P ) a又：将p用两分力R，Py代替，M0 ( Px) =0； M0 ( Py) 即：M0 ( P ) = M0 ( Px) + M0 ( P y)由此得：合力对力系作用平面内某一点的力矩等于各分力对同一点力矩的代数和。 讲例题3 3力偶及其基本性质、力偶和力偶矩力偶：大小相等，方向相反，但不作用在一条直线上的两个相互平行的力叫力偶

13、1、力偶矩：为了描述力偶对刚体的作用，我们引入了一个物理量一一力偶矩。它等于力偶中的一个力与其力偶臂的乘积。即：M= p?d （d两力间垂直距离）4 pOx 丫dtK巾图3-4图3-32、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M p dO在M所在平面内任意一点，M对O点之矩为：Mo PX+P（X+d）=-Px+Px+Pd=Pd3 4平面力偶系的合成与

14、平衡合成dim1=Pd 1Pd2PPm2=P2 d 2P、P2d2、 Pm3=P3 d 3图3-5设 PiP2P3，则 R P1P2P3=m1m2(P1 P2 P3)dPidiP2d2P3d3m3m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1、平面力偶系的平衡条件：平面内所有力偶矩的代数和等于零。即： m 0注：力偶和；力偶矩是两个不同的概念。力偶是力使物体饶矩心转动效应的度量，其大小和转向与 矩心位置有关；力偶矩是力偶使物体转动效应的度量，力偶矩的大小与矩心的位置无关。三、平衡条件的应用：讲书中例题。35、力的平移法则、平移法则:1问题的提出：力平行移动后，和原

15、来作用不等效，如何才能保持等效呢(1)在A点作用一力PRo(2)据加减平衡力系原理，在O点加一对平衡力 p，p，使p / p ,且p p p, O点到p距离为d(3 )力p, p , p组成的力系与原来作用于A点的力p等效 (4 )力系p, p , p组成两个基本单元，一是力p，一是p和p组成的力偶，其力偶矩为因此，作用于A点的力P可用作用于O点的力 p和力偶矩M F d来代替。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、主矢、主矩1、

16、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 Pi, P2Pn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：PiXP2XPnXR .(Rx)L(Ry)2x2y2tg =y B是R和X轴夹角，R称主矢，其指向由Rx和Ry的正负确定。3、将各附加力偶合为一个合力偶。Mo Mo(口)Mo(P2)Mo(Pn)Mo(p)R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

17、系的合力，其大小和方向与简化 中心无关；Mo,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。、合力。M F d又力的平移定理d 皿 即可确定出R的位置(作用点R方向)R讲例题三、合力矩定理：平面一般力系的合力对平面任一点之矩等于各分力对同一点之矩的代数和 证明：由 R d Mo ,而R d Mo(R),Mo M(F)贝 U: M0(R)M0(F)四、简化结果的讨论1. R =0，Mo . 0故原力系等效于一个力偶，合力偶矩为M o;2. R o，M o o主矢R就是原力系的合力，简化中心正好选在原力系的合力作用线上；汇交力系3. R0,M00主矩、主矢可进一步合成为一个力 R，R为原力

18、系的合力4. R0,M00显然原力系处于平衡亍、平衡条件：R o，即： x o, y o,mo 0Mo 0或 y 0mg 0只要是未知力不超过三个的一般力系，都可以用此方程求解。4 2平面一般力系的平衡方程及其应用x01、基本形式y0m0mA02、二矩式：mB0x0、平衡方程的三种形式若平面上有一点A，满足x轴不于A，B连线垂直，则这个力系就不能简化为力偶，此力系 可能平衡，也可能有一个通过 A点的合力R。若平面上有另一点B，且满足 mB P 0,则这个力可能平衡，也可能有一个通过A，B两点的合力Ro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。mA 0

19、贝U:mB 0me 0这时，力偶不存在，也不可能有通过三个点， a，b，e的力存在5- 1变形固体及其基本假设、变形固体a、弹性变形b、塑性变形、基本假设：1、连续性：组成固体的粒子之间毫无空间。2、均匀性：组成固体的粒子之间密集度相同。3、各向同性：在固体的体积内各点力学性质完全相同4、小变形5- 2杆件变性的基本（假设）形式Pm一、四种基本形式:1、轴拉（压）：2、剪切:3、扭转:4、弯曲:5-3材力的任务、任务：1、强度：材料或构件抵抗抗破坏的能力。如:2、刚度：材料或构件抵抗变形的能力。3、稳定性：保持原有平衡状态的能力。6-1轴拉(压)时的内力，应力图5-6二、内力，截面法，轴力，轴

20、力图1、内力：外力作用而构件分子间的互相牵制力。2、截面法，轴力，轴力图(1)(2)(3)(4)三、轴向拉1、轴拉(1)(2)、轴向拉(压)的概念 力作用在杆的轴线上。图6-1向伸长：说明截面有拉力 截面仍然垂直杆轴：说明内力均匀分布。 轴力正负规定：拉(背离截面)为正，压(指向截面)为负。 轴力图：直观反映内力变化规律。(压)应力(压)横截面上的应力 应力：截面某点内力所分布的密集程度单位：Pa,MPa,GPa(1Pa 1N 2,1MPa 106Pa,1GP 109Pa,1MPa 1N/ m/ m(3)应力：正应力(T剪应力Td b轴力dp Nb d Q归Q剪力图6-3剪力垂直于截面的应力：

21、c =，两边同时积分：N=(T AdA平衡于截面的应力：T = ;两边同时积分：Q= T AdA(4) 拉(压)杆横街面上的应力：c =N ;AN 轴力A面积2、轴向拉（压）杆斜截面上的应力。从x轴标起，逆时针往n轴旋转为正，反之为负。说明：斜截面与横截面虽说分布轴力密集程度不一样，但轴力的大小应该一样则：即:PNNcosAAp coscoscos22sin2sincossin斜截面上的正应力（拉应力为正，压应力为负）斜截面上的剪应力（顺时针为正，逆时针为负）3、最大应力。当 0时，max （材料易从横截面拉断）当 45时，max（材料易剪切破坏）26 2、轴拉（压）杆的变形及虎克定律、变形（

22、1）纵向变形:k1k图6-7（2）横向变形：a a图6a4纵向线应变 一L、纵向变形及虎克定律实验：牛，引入比例系数:pL N LEA EA虎克定律变形； 一原长;式中：N轴力；A 截面积；E材料弹性模量;EA抗拉、压刚度虎克定律的另一种形式：将 一 ；N 代入A得： E A注：虎克定律适用条件：杆截面应力不超过比例极限横纵向变形及泊松比1、横向变形:a1 aa；纵向变形:拉伸时：为负，为正；压缩时:为正， 为负2、实验所得:泊松比3横纵向应变的关系6 3材料在拉伸、压缩时的力学性质、概述1、学性质主要研究:2、塑性材料如低碳钢a、强度b、变形 3、脆性材料如铸铁、混凝土、木材等 、在拉伸时的

23、力学性质：E标距1、试件取样：试长件：l=10d短试件:l=5d2、拉伸图 应力一一应变图拉伸图强度极限屈服极限弹性极限比例极限p应力一应变图说明：1、OiG/(OB) ； 2、OO1属塑性变形；3、0ig为弹性变形3、变形发展的四个阶段：（1）弹性阶段：（0 B）材料完全处于弹性阶段，最高应力在 B点，称弹性极限（c e）0其 中0A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（c p），在0A段标出tga = =E。因为c e与c ps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（cS）o钢材的

24、最大工作应力不得达到c S（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cb（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c =E成立，测出tga = = EU、屈服阶段：材料抵抗变形能力暂时消失。 川、强化阶段：材料抵抗变形的能力增加。W、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：-一 100%如果5%,属塑性材料。5%,属脆性材料。（2）截面收缩率:A AiA100%愈大说明材料塑性越好5、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

25、钢材抗压强度，故对受压筋不需冷拉。三、铸铁的拉伸试验。1、近似视为c =E在OA段成立;2、只有c b四、低碳钢压缩时力学性质：1、强度极限无法测定。2、E、 p、 s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：0塑性材料S， K 1.41.7脆性材料0b，K 2.5 36-4轴向拉（压）杆强度计算、强度条件:max、强度三类问题：强度校核:max1、选择截面尺寸：A如果：槽钢、角钢查附表确定面积， A实A理2、确定最大外载：说明：最大外载有两种

26、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、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.M k5Cdkb. 外力偶矩计算Mk=9549Nk/n (N M)Mk=7024N p/ n ( N M)c. 扭矩、扭矩图右手螺旋法：拇指背离为正，反之为负2、扭转变形分析：看图：(1)图周线间距不变;说明：(1)横截面没有正压力，(2)两截面发生错动 u是剪力变，则必 有存在，并刀垂直于半径(2)各纵向平行线都倾斜了同一微小的角度，矩形成了平行四边形x= y大小相等，方向相反，互相垂直12TxTy证明：y A= y-A，

27、形成一对力，据力偶平衡：上下面必有一对力与其平衡3、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 dx = p d剪切角 d扭转角-d /dx说明：垂直于半径b、物理关系：实验所得:G=E/ (1+ / )G剪切弹性模量横向线应变由前式：（ d /dx）G=说明： 与 成正比，并是一次函数,垂直于半径c、静力平衡关系：微面积dA上的剪力:-dA ，此剪力产生的微扭矩dMn= dA整个截面：Mn = dMndAAA2(d /dx)dA Gd / dx dA=G （d /dx） I即：Mn= I /代入上式得上式写成： =Mn/I p 实圆：I p= D4

28、/32Wn=I p/R= D3/16I p=(D4-d4) /32Wn= (D4-d4) /16DT p 横截面任一点剪应力(最大)max=M n R/I p =M n/Wn4、强度条件：max= (Mn/Wn)5、薄壁圆环：Mk=MnMn=2 r2t得 M n/2 r2t强度条件：max=Mmax/2 r t 6、圆扭转的变形计算由前式：d = （Mn/GI p） dx两边积分d相距为dx两横截面的相对转角l=I d = 0（Mn/GI ）dx=MnL/GI p7 2轴扭转时的强度计算、扭转时横截面上的m ax1、实心同轴及空心轴max M n /WMn扭矩（N m）（ KN m）W 扭转截

29、面系数（m3）二、 强度条件：max Mn/W 三、强度“三类问题”；1强度校核：max Mn/W 2、选择截面尺寸：W Mn/a、实心轴 W D3/16 , D 3 (16M N 厂)b、空心轴：W = D3( 1- 4)/16D 3(16Mn / (14)3、许用荷载：M W 。再确定外载讲例题7 3、圆轴扭转时的刚度计算、同轴扭转时的变形：MnL/GI式中：Mn某截面扭矩 （N m）（ KN m）l同轴长（m）G剪切弹性模量Pa MPa GPa I p 极惯性矩。（m4）Gip截面抗扭刚度、刚度条件：单位长度扭转角：/I MnVl/GI I Mn/GIM n1800 /GI（弧度/米）即

30、：/l Mn1800/GI /l许用单位长度扭转角，一一查规范 讲例题！8 1、静矩、静矩、形心dA53y图形A对Z轴的静矩：Sz= ydA Ayc 图形A对y轴的静矩：Sy= zdA AZc 据合力矩定理形心：yc=Sz/A= ydA / AAiyi / A.Zc=Sy/A= zdA / AAz./ A.Sz , Sy的用途：1求形心。2校核弯曲构件的剪应力强度Sz, Sy的性质：1可正，可负，可为零。2单位：m3, mm3, cm33对不同的坐标有不同的静矩组合截面图形的静矩计算：Sz=a ySy=Ay讲例题、组合图形形心的确定求形心：解；Ai=300 30=9 103mm2A2=50 2

31、70 = 13.5 103mm2Ai, A2形心到Z轴的距离 yci =15 yc2=165Sz= Aiyi =A1yc1+A2yc2zc1a2C2A13002703C63=30 300 15+50 270(270/2 30)2.36 10 mmyc=Sz/A=2.36 106mm3 /(9 10313.5 103)=105mm故：Zc=0 yc=105注；坐标轴的选择不影响形心的位置8 2、惯性矩、惯性积、惯性半径、惯性矩定义：y2dA dA面积对z轴的惯性矩/dA dA面积对y轴的惯性矩z轴的惯性矩:dAy dA截面对z dA截面对a截面对形心轴的y2bd y：3h /2=by /3 h/

32、2DA=hdz2hdA =hz3/3 bb22y轴的惯性矩:Iz= Ay2 dA=h/2b/2zb/2lz, ly=hb3/12=bh3/12、计算（1）矩形：解: dA=bdyh /2IzIyIy= Az2dA=B截面对z，y轴的Iz，Iy解：dA = bdyIz= y2dA= y2bd y =by3/3 0 =bh3/3A0bIy= z2dA= n z2hdz = hz3/3 0=hb3/3Ac(2)圆形截面：解：lz=ly=o0Iz，Iyd/22d/22224y dA=y 2*(d/2) y dy= d /64d/2d/2y2y惯性矩恒为正同一截面图形对不同坐标轴有不同的惯性矩dA= d

33、y 2(d/2)2性质：1、2、z圆形;Iz=Iy= d4 / 64环形：lz=|y= d4(14)/64( d/D)对其形心的惯性矩，其它图形查附录(3)组合图形 |Z=| zi ； ly= I yi三、极惯性矩。定义：I =dAAy其中：2=y2+z2s=A 2dA= A(y2 z2)dAyoz= y2dA+ z2dA=|z+|yAA圆截面：|= D4/32环截面：I = D4(1 d4/ D4)/32四、惯性半径在压杆稳定计算中，将惯性矩表示成：|z= (iz) 2 A或lz=,jz/A1、矩形截面的：|z= . | z/A= .bh其中：A %dA=Szc=0Ay cdA=|zc/12

34、bh=h/ ( 、12 )y= . |y/A=、bh3/12bh=b/ ( .12 )2、圆形截面：i= I / A =D/4五、惯性积定义；yzdA 整个截面上微面积A|z,，y= AyzdA1、惯性积可为正、负、零2、如果图形有一对称轴，则Iz” y=0六、平行移轴定理：dA与它到y，z轴距离的乘积的总和称为截面对y,z轴平行移轴定理的引出： 一般情况下简单图形对任意轴的惯性矩用积分法是比较容易的，但对组 合图形用积分法就比较困难，所以介绍平行移轴定理就可以利用简单图形的已知结果求复杂对任意轴的惯性矩。推导：已知：|zc,|yc 求：|z , |yz=zc+b, y=yc+aIz=Ay2d

35、A= A(yc a)2dA = A(y； DQ a2)dA22= Ayc dA+2a Ayc da+a A dA83、形心主惯性轴和形心主惯性矩的概念1、主惯性轴：如y、z轴旋转到某个zo, yo称为主惯性轴，简称主轴（总可以找到这样一个轴）2、主惯性矩：截面对zo、yo （主轴）的惯性矩叫主惯性矩，简 称主惯性矩。3、形心主轴：如果截面o点选在形心上，通过形心的主轴称为 形心王轴4、形心主惯性矩：图形对形心主轴的惯性矩。9 1弯曲变形的概念、弯曲与平面弯曲1、弯曲：直杆在垂直于杆轴的外力作用下，杆的轴线变为曲线，这种变形叫弯曲。2、 梁：以弯曲为主变形的构件称为梁。其特点：a形状：轴线是直的

36、，横截面至少有一个对称轴。b、荷载：荷载与梁轴垂直并作用在梁的纵向对称面内3、平面弯曲：梁变形后，梁的弯曲平面与外力作用平面相重合的这种弯曲称为平面弯曲二、梁的支座，a、可动铰支座b、固定铰支座A-丄XAA-支反力AC、固定端支座三、梁的三种形式a简支梁b、外伸梁c、悬臂梁92梁的弯曲内力、梁的内力求：Qm , M m由 x=0y =o； Qm+RA=0 Qm = RAy =0m =0mo=0 ； Ra+M m=0 , M m=RA CQm剪力Mm弯曲梁平面弯曲时截面产生两种内力：剪力Q和弯矩MmmRbp_abTnr 4RbQ, M正负号的规定Q+Q -(+)Q+Q-受拉受拉剪力：顺时针为正，

37、逆时针为负 弯矩：下受拉为正，上受拉为负三、任意截面Q，M的计算讲P155例5 1结论：要正确区别运算符号和性质符号 例5 2结论：取外力较少部分作研究对象而弯矩相同；在集中力偶处左右M是指性质符号而言例5 3结论：在支座和集中力处左右截面上剪力不相同, 截面上的剪力相同，而弯矩不同四、讨论：1、要正确区别性质符号和运算符号。所谓正，负 Q,2、Qx=左 y 或 Qx= 右 y，Mx=左 M 或 Mx= 右 M3、可用“简便方法”计算截面内力六、求剪力和弯矩的基本规律(1) 求指定截面上的内力时，既可取梁的左段为脱离体，也可取右段为脱离体，两者计算结果一致 (方向，转向相反)。一般取外力比较简

38、单的一段进行分析(2) 梁内任一截面上的剪力 Q的大小，等于这截面左边(或右边)的与截面平行的各外力的代数和。若考虑左段为脱离体时，在此段梁上所有与 y轴同向的外力使该截面产生正剪力，而所有与 y轴反向的外力使该截面产生负剪力；若考虑右段为脱离体时，在此段梁所有与y轴同向的外力使该截面产生负剪力，而所有与 y轴反向的外力使该截面产生正剪力。9 3、用Q q间微分关系绘内力图p(x)r -1L dxQ(x) +dQ(x)M(x)1Q(x)uM(x) +dM(x)ldx一.M， Q， q的微分关系图梁上作用任意荷载q (x) ：( 1)取出梁中一微段dx (dx上认为荷载是均匀的)；(2)设截面内

39、力：Q (x)，M (x)。利用y=0。贝U：Q (x) +q (x) dxQ (x) +dQ (x)=0dQ(x) =q (x) dx 即 dQ (x) /dx=q (x)剪力对x的一阶导数等于荷载M0 =0M (x) M (x) +dM (x) +Q (x) dx+q (x) dxdx/2=0 即；dM (x) /dx=Q (x )弯矩对x的一次导等于剪力(1) q (x ) =0 (无线荷载dQ (x) /dx=q (x) =0说明剪力方程是常数。只有常数导数才为零，所以此时剪力图是一条水 平线。dM (x) /dx=Q ( x)而剪力是常数，说明原弯矩方程是 x的一次函数，所以弯矩图是

40、一条斜直线(2 ) q (x )=常数(有线载)dQ(x) /dx=q (x)=常数 说明剪力方程是x的一次函数，所以剪力图是一条斜直线。即dM (x) /dx=Q (x) 而剪力又是x的一次函数，说明原弯矩方程是 x的二次函数。所以弯矩 图是二次抛物线。M极植dM(X)/dx=Q (x) =0 处有极植在Q (x) =o处。由于例题三角荷载简化及内力图qodxq=cox/l (相似比)在dx段上的荷载(集中力)p =qdx=qoxdx/l合力p :lp= olp= o(qx/l)dx=( qo/l)loxdx=qol2/l2=qo|/2 (三角形面积)据合力矩定理：p d= 0 x(qdx)

41、合力p的位置：以A点为矩心lld= (1/p) ox(qdx)= (1/p)ox(qxdx/l)=2l/3解：(1)求支座力RA=ql/6RB=ql/3由 Mb=o,和 M A=o解得M方程式(x)=qol/6 +qo(x)x2 -列Q,Q=qol/6 +qox2/2l( ox5,剪力对正应力分布影响很小，可不计。公式=M y/Iy可适用横向弯曲。9-6梁的应力强度计算、强度条件maxM maxW1、如果截面上下对称:(1) imaxSminW1 =Iy1IW2=y2如 y1 y2,那么：W1 W2此时应强度条件:maxmaxW1（2）材料抗拉压应力不同:要分别对拉应力和压应进行核对maxmi

42、nmaxW1M minW2、最大弯矩压应力：包括最大拉应力和最大压应力（最大压应力一般称为最小压应力，用min表示）最大压应力发生在最大弯矩（绝对值）处。用截面的上下边缘。I即：M max y maxM min y max即： max,minIzIzy max为受拉区最外边缘到中性轴距离，ymax为受压区最外边缘到中性轴距离。当中性轴是截面对称轴时，y ymaxmax令：Wz=三、Wz称为抗弯截面摸量（单位为cm3 ）则、maxM max ；W2 ；对矩形截面:Wz=J=112_bhy maxh汕3对圆形截面:Wz= y max=d332、强度计算的三类问题:1、强度核算:已知:是否:Mmax

43、 max 帀-2、选择截面:已知:据：W仏确定截面尺寸（若是型钢可查型钢表）3、计算许用核载：已知:、W求 MmaxW进而确定荷载9-7提高梁压应力强度的主要途径、据：a、压应力分布规律（远距离中性轴的正应力越大）。b、=, 提高W降低MWc、考虑材料特性d、选合理的结构 具体措施：1、据WZ比值选择截面形状A2、.选择合理的截面形状 据正应力分布规律：a、b、将矩形截面改成工字形 减轻梁的自重，在靠近（预制板开孔的道理）中性轴的地方开孔3、据max ,、选择合理的放置方法（同一截面）M maxmaxWz1 21 2Wzi-bh2Wz2-hb266显然：Wz1 Wz2贝U： 1max2max所

44、以通常矩形截面梁竖放。4、锯材料的特性选择截面形状；a .塑性材料：如钢材、因其受拉、受压容许应力相同。故将截面形状设计成对称于中性轴的 截面，如矩形、工字形、圆形截面。b .脆性材料：如铸铁、因其容许压应力大于容许拉应力，故选择不对称于中性轴的非对称截 面，使中性轴偏于材料容许压应力较低的一边。如采用“T”或“”截面。（如上侧受拉则“ ”，下侧受拉则“ ”）9-8梁横截面上的剪应力及其强度的计算引言：在剪切弯曲时m m截上有Q、M，因此m m上有、1一般剪应力是影响梁的强度的次要因素，鼓将剪应力作简单介绍。P2、矩形截面梁的剪应力1、两个假设：a .横截面上各点处的剪应力方向都与剪力Q的方向

45、一致。b .梁横截面上距中性轴的距离处各点的剪应力数值都相等。讲P 2 4 9图 6 22、横截面的任意一点处剪应力的计算为（推导略）QS zIz bQ-横截面上的剪力Sz -横截面上需求剪应力处的水平线以下（或以上）部分的面积A对中性轴的静距。Iz 整个截面对中性轴的惯性距。 b需求剪应力处的横截面的宽度3、剪应力的分布规律：沿着截面宽度均匀分布b、沿截面高度的分布：由公式:QSzIzb知道Q、Iz、b是常数。剪应力的变化是由而变化,Sz越大，也越大SzhAy by y2h r t时，Sz 020，y=0 时，QSzQ 叭 3QmaxbIz b2A12(Sz达到最大值则最大)、工字型截面的梁

46、的剪应力通常不计算。翼元部分的剪应力复杂，又很小,(1 )腹板部分(按矩形)Q Sz maxIz dQ Szf max通常计算可知：max与min相差不大，可近似认为腹板上的剪应力是均匀分布的，因为腹板上所 承受的Q是工字型截面剪力的95%。所以：Qfh.|d也可：QmaxhdQ S或:zmaxmaxIz d、圆形截面梁的最大剪应力剪力与剪应力方向在圆截面任一点处不都是互相平行的，在圆周上的剪力与圆周相切。但在中 性轴两端点处的剪应力方向平行与剪力 Q。贝U在中性轴上方点处的剪应力都平行与剪力 Q而且 相等。这样可应用矩形截面剪应力公式：Q Szmax Iz bx|y=2D其中：ID4641y

47、图 9-26Sz maxd2 2D312则maxQIzSzmacbQ D：12D4 D644Q3A四、环形截面梁的最大剪应力E maxz图 9-28用推导圆形截面Szmax的方砖:maxQ SzmaxIz b得:max2Q _dA其中:S.是大半圆面积乘其型心到Z轴的距离减去小半圆面积乘上其型心到 Z轴垂直距离。13-1 结构的计算简图 简化原则1.反映结构实际情况，简化方法2。分清主次因素3。视计算工具而定PP1. 铰节点的简化：举例说明。2。刚节点的简化：举例说明。3。支座的简化： 举例结构的简化举例：如桁架的简化，包括 1.荷载2支座3.杆连接处。13- 2杆系结构分类.分类1. 梁2.

48、 桁架3. 刚架4. 组合结构5. 拱14- 1几何组成分析的目的、几何不变体系、几何可变体系平面几何组成分析的目的1. 判别某体系是否为几何不变体系，以决定其能否作为工程结构使用。2. 研究并掌握几何不变体系的组成规则，以便合理布置构件，使所设计的结构在荷载作用下能够 维持平衡。3. 根据体系的几何组成状态，确定结构是静止的还是超静定的，以便选择相映的计算方法。 几何不变体系、几何可变体系1. 几何不变体系在不考虑材料应变的情况下，任何荷载作用后体系的位置和形状均能保持不变。（图a, b，c）2. 几何可变体系在不考虑材料应变的条件下，即使不大的荷载作用，也会产生机械运动而不能保持其原来形状

49、 和位置的体系。（图d，e，f）14-2 自由度和约束的概念.自由度在介绍体系自由度之前，了解一下有关刚体的概念。在几何分析中，把体系的任何杆件都看成是不变形的平面刚体，简称刚片自由度是指确定体系位置所需的独立坐标数xx几何不变体系的组成规则14-3ninBmABCi3例点又不都 并无多余1.2.3.4.讨论规则1、2、3是判断体系几何不变性的充分条件。 如何判断一个体系的几何可变和不可变性：12规则1:两个刚片之间用三根不相交于- 平行的链杆相连，组成的体系是几何不变的 约束。1,多余一个约束。. -.1 Am两个刚片之间用一个铰和一根不通过铰的链杆组 成，组成的体系也是几何不变的。规则2:三个刚片之间用不在同一直线上的三 个铰两两相连，所组成的体系是几何 不变的，且没有多余约束。规则3:在几何不变体系上增加或撤去若干二元体，体系仍是几何不变的。x Ay说明：利用三规则，判断体系几何可变，不变性。（本节只讨论由二个或三个刚片构成几何不变体系