建筑力学与结构 第三章平面力系的平衡.ppt

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第三节 力矩和力偶 一、力矩 力矩的定义为:力矩是一个代数量,它的绝对值等于力的大小与力臂的乘积。 力F对O点的力矩用MO(F)表示,计算公式为: MO(F)=±Fd 式中,d为力臂,矩心O到力F的垂直距离。 力矩正负规定:力使物体绕力矩中心逆时针方向转动时为正,顺时针方向转动时为负。 力矩的单位:N·m(牛·米)或KN·m(千牛顿·米)。 力矩的性质: 1.当力的大小等于零,或者力的作用线通过矩心(即力臂等于零)时力矩等于零。 2.当力沿作用线移动时,不会改变力对某点的矩。这是因为力的大小、方向及力臂的大小均未改变。 【例3—4】如图所示,若F1和F2的大小分别为10 kN和30 kN,求MO(F1)和MO(F2)。 例3—4图 解: MO(F1)=F1.d1=10×1×sin30o =5 kN·m MO(F2)=-F2.d2=-30×1.5=-45 kN·m 二、合力矩定理 平面汇交力系的合力对于平面内任意一点O的力矩等于所有各分力对于该点的力矩的代数和,这个定理称为合力矩定理,即: MO(R)=∑MO(Fi) 式中,R为合力,Fi为平面汇交力系合力R的分力。 这个定理同样适用于有合力的其他平面力系。 实例:司机操纵方向盘(见下图)、木工钻孔(见下图)以及人们用两个手指开关自来水龙头或拧钢笔套等等,在方向盘、木头、自来水龙头、钢笔套等物体上作用了大小相等、方向相反、作用线不重合的两个平行力。 三、力偶 两个大小相等、方向相反、作用线不重合的平行力组成的力系称为力偶。用符号(F,F′)表示。 力偶的两个力作用线间的垂直距离d称为力偶臂,力偶的两个力所构成的平面称为力偶作用面。 力偶矩:力和力偶臂的乘积前冠以正、负号作为力偶对物体产生转动效应的度量。用M(F,F′)或M表示,即: M(F,F′)=M=±Fd 正、负号规定:物体逆时针方向转动时,力偶矩为正;使物体顺时针方向转动时,力偶矩为负。力偶矩的单位也与力矩相同,为N·m(牛·米)或kN·m(千牛顿·米)。 力偶的三要素:力偶矩的大小、力偶的转向及力偶作用面。 力偶的表示:有时也用一带箭头的弧线表示力偶,如图所示,其中箭头表示力偶的转向,m表示力偶矩的大小。 四、力偶的性质 1.力偶在任一轴上的投影等于零。 2.力偶没有合力,不能用一个力来代替 力偶和力对物体的作用效应不同,说明力偶不能用一个力来代替,即力偶不能简化为一个力,因而力偶也不能和一个力平衡,力偶只能与力偶平衡。 3.力偶对其作用面内任一点之矩都等于力偶矩,与矩心位置无关。 4.同一平面内的两个力偶,如果它们的力偶矩大小相等、转向相同,则这两个力偶等效,称为力偶的等效性。 【例3—5】 :计算(1)各力偶分别对A、B两点的力矩。 (2)各力偶在X、Y轴上的投影。 (a) (b) 解:图 (a) MA(m)= MB(m)=10KN.m 力偶在x、y轴上的投影均为零 图(b) MA(m)= MB(m)=2KN.m 力偶在x、y轴上的投影均为零 第四节 平面一般力系 一、平面力系概念 平面一般力系是指各力的作用线位于同一平面内但不全汇交于一点,也不全平行的力系。 平面一般力系是工程上最常见的力系,很多实际问题都可简化成平面一般力系问题处理。例如,下图a所示的三角形屋架,它的厚度比其他两个方向的尺寸小得多,这种结构称为平面结构,它承受屋面传来的竖向荷载FP,风荷载FQ以及两端支座的约束反力FAX、FAY、FB作用 ,这些力组成平面一般力系, 如下图b所示。 在工程中,有些结构构件所受的力,本来不是平面力系,但这些结构(包括支撑和荷载)都对称于某一个平面。这时,作用在构件上的力系就可以简化为在这个对称面内的平面力系。 a)           b) 如下图a所示的挡土墙,它的纵向较长,横截面相同,且长度相等的各段受力情况也相同,对其进行受力分析时,往往取1m 的堤段来考虑,它所受到的重力、土压力和地基反力也可简化到1m长坝身的对称面上而组成平面力系,如下图b所示。 a) b) 挡土墙 二、本章重点 平面一般力系的平衡条件及应用 三、力的平移定理 如下图a所示,在刚体A点上作用一力F,现将该力平移到刚体平面上的任意一点O。 先在O点添加一对平衡力F′和F″,且使

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