建筑力学绪论.ppt

3．扭转变形 在一对大小相等、转向相反、位于垂直于杆轴线的两平面内的力矩作用下，杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。这种变形称为扭转变形（图19d）。 2．剪切变形 在一对大小相等、方向相反、作用线相距很近且垂直于杆件轴线的外力作用下，杆件的横截面沿外力作用方向发生错动。这种变形称为剪切变形（图19c）。 机械中常见的联结件，如铆钉、螺栓等受力时常发生剪切变形。 * 绪论 §1 建筑力学的任务和内容 在机械、交通运输和建筑等工程中，广泛地应用各种机械设备和工程结构。机械的零件和结构的部分统称为构件。由若干构件按照合理方式组成并用来承担荷载起骨架作用的部分，称为结构。在正常使用状态下，一切构件或工程结构都要受到相邻构件或其他物体对它的作用，即荷载的作用。 在荷载作用下，构件及工程结构的几何形状和尺寸要发生一定程度的改变，这种改变称为变形。 当荷载达到某一数值时，构件或结构就可能发生破坏。如吊索被拉断、钢梁断裂等。 如果构件或结构的变形过大，会影响其正常工作。楼板梁变形过大时，下面的抹灰层就会开裂、脱落等等。 此外，对于受压的细长直杆，两端的压力增大到某一数值后，杆会突然变弯，不能保持原状，这种现象称为失稳。 在工程中，为了保证每一构件和结构始终能够正常地工作而不致失效，在使用过程中， 要求构件和结构的材料不发生破坏，即具有足够的强度； 要求构件和结构的变形在工程允许的范围内，即具有足够的刚度； 要求构件和结构维持其原有的平衡形式，即具有足够的稳定性。 结构或构件的强度、刚度和稳定性与其本身截面的几何形状和尺寸、所用材料、受力情况、工作环境以及构造情况等有密切的关系。在结构和构件的设计中，首先要保证其具有足够的强度、刚度和稳定性。同时，还要尽可能地选用合适的材料和尽可能地少用材料，达到既安全、实用又经济的目的。 建筑力学的任务就是为结构和构件的设计提供必要的理论基础和计算方法。 建筑力学的研究对象，依据所研究问题的目的不同而取不同的力学模型。当研究和分析各种力系的简化和平衡问题、研究结构的组成规律时，通常将被研究的物体视为刚体。所谓刚体其形状和大小始终保持不变的物体。刚体是一个理想化的模型。 事实上，任何物体在外力的作用下都要产生变形，即它们都是变形体。但是很多物体的变形十分微小，当这种变形可以不被考虑的情况下，可以把物体当作刚体来看待。例如，房屋结构中的梁和柱，在受力后将分别产生弯曲变形和压缩变形。当研究其中的梁、柱的平衡以及整个房屋结构的平衡问题时，都不考虑它们受力后的这些微小变形，而将其看成不变形的刚体。这样，大大简化了其平衡问题的分析计算。 综上可知，建筑力学研究的主要内容可归纳为如下几个方面： 1．研究物体以及物体系统的受力、各种力系的简化和平衡规律； 2．研究结构的组成规律和合理形式； 3．研究构件（主要是杆件）和结构（主要是杆件结构）的内力和变形与外力及其他外部因素（如支座位移、温度改变等）之间的关系，并对构件及结构的强度和刚度进行验算； 4．研究材料的力学性质和构件在外力作用下发生的破坏规律； 5．讨论轴向受压杆件以及简单钢架的稳定性问题。 §2 变形固体的基本假设 实际工程中的任何构件、机械或结构都是变形体或称变形固体。变形固体除受外力及其他外部因素的作用外，其本身性质也是多种多样十分复杂的。对变形固体作某些假设，即将复杂的实际物体抽象为具有某些主要特征的理想物体。通常，在建筑力学中，对变形固体作出如下假设： 1．连续性假设 连续是指物体内部没有空隙，处处充满了物质，且认为物体在变形后仍保持这种连续性。这样，物体的一切物理量如密度、应力、变形、位移等才是连续的。 2．均匀性假设 均匀性是指物体内各点处材料的性质相同，并不因物体内点的位置的变化而变化。这样，可以从物体中取出任意微小部分进行研究，并将其结果推广到整个物体。同时，还可以将那些用大试件在实验中获得的材料性质，用到任何微小部分上去。 3．各向同性假设 各向同性是指物体在各个不同方向具有相同的力学性质。因此，表征这些特性的力学参量（如弹性模量、泊松系数等）与方向无关，为常量。应指出，如果材料沿不同方向具有不同的力学性质，则称为各向异性材料。木材、复合材料是典型的各向异性材料。 以上针对材料的三个假设是变形固体力学普遍采用的前提假设。 物体受力后，会表现出一些响应，例如，物体会运动、变形等。对于变形，有弹性和塑性之分。弹性是指物体在外力作用下产生变形，当去掉外力后，物体能完全恢复原来的形状而没有残余变形。这种性质的物体称为完全弹性体。实际上，自然界不存在完全弹性体，但常用的工程材料如金属、木材等，当外力不超过某一限度时，很接近于完全弹性体，