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第1章绪论
第1章绪论
通过本章的学习,掌握建筑力学的研究对象,能
进行建筑力学的分析
学习目标
•通过本章的学习,掌握建筑力学的研究对象,
能进行建筑力学的分析。
11建筑力学概述
111建筑力学的研究对象
建筑结构是指在建筑物或构筑物中,由建筑材料做成用来承受各种
荷载或者作用,以起骨架作用的空间受力体系。组成建筑结构的基本部件称
为构件。
根据构件的几何特征,可以将构件归纳为如下四类:
(1)杆。如图11(a)所示,它的几何特征是细而长,即
LH,LB。杆又可分为直杆和曲杆。
(2)板和壳。如图11(b)所示,它的几何特征是宽而薄,
即at,bt。平面形状的称为板,曲面形状的称为壳。
(3)块体。如图11(c)所示,它的几何特征是三个方向的
尺寸都是同量级大小的。
(4)薄壁杆。如图11(d)所示的槽形钢材就是薄壁杆的一
个例子。它的几何特征是长、宽、厚三个尺寸都相差很悬殊,即
LBT。
由杆件组成的结构称为杆系结构。杆系结构是建筑工程中应用最广
泛的一种结构。
本书所研究的主要对象是均匀连续的、各向同性的、弹性变形
的固体,且限于小变形范围的杆件和由杆件组成的杆系结构。
112建筑力学的研究内容
杆系结构是由杆件组成的一种结构,它必须满足一定的
组成规律,才能保持结构的稳定从而承受各种作用。结构的
形式各异,但必须具备可靠性、适用性、耐久性。由此可知,
建筑力学首先要研究的是结构在外力作用下的平衡规律,其
次要研究的是结构的强度、刚度、稳定性。平衡是指结构相
对于地球保持静止状态或匀速直线平移。强度是指结构抵抗
破坏的能力,即结构在使用寿命期限内,在荷载作用下不允
许破坏。刚度是指结构抵抗变形的能力,即结构在使用寿命
期限内,在荷载作用下产生的变形不允许超过某一额定值。
稳定性是指结构保持原有平衡形态的能力,即结构在使用寿
命期限内,在荷载作用下原有平衡形态不允许改变。
113建筑力学的研究任务
建筑力学的研究任务是:通过研究结构的强度
刚度、稳定性、几何组成规则以及材料的力学性能
在保证结构既安全可靠又经济节约的前提下,为构
件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸并
提供计算理论及计算方法。
12刚体和变形固体
121刚体
在很多情况下,固体在受力和运动过程中变形很小,基
本上保持原来的形状和大小不变。
对此,人们提出了刚体这一理想模型。刚体是指在任何
情况下形状和大小都不发生变化的物体,其特点是在运动过程
中,刚体的所有质元之间的距离始终保持不变。因此,构成刚
体的质元只能以非常受限制的方式彼此相对运动。而且,作用
在刚体各个部分之间的内力,在刚体的整体运动中不起作用。
刚体是力学中的一个科学抽象概念,即理想模型。事实上,任
何物体受到外力都不可能不改变形状。实际物体都不是真正的
刚体。若物体本身的变化不影响整个运动过程,为使被研究的
问题简化,可将该物体当作刚体来处理而忽略物体的体积和形
状变化,这样所得到结果仍与实际情况相符合。
122变形固体
1.变形固体的概念
建筑工程上所用的构件都是由固体材料制成的,如钢、
铸铁、木材、混凝土等,它们在外力作用下会或多或少地产生
变形,有些变形可直接观察到,有些变形可通过仪器测出。在
外力作用下,会产生变形的固体称为变形固体。
变形固体在外力作用下会产生两种不同性质的变形:
一种是外力消除时,变形随之消失,这种变形称为弹性变形;
另一种是外力消除后,变形不随之消失这种变形称为塑性变形。
一般情况下,物体受力后既有弹性变形,又有塑性变形。但工
程中常用的材料,当外力不超过一定范围时塑性变形很小,忽
略不计,认为只有弹性变形,这种只有弹性变形的变形固体称
为完全弹性体。只引起弹性变形的外力范围称为弹性范围。本
书主要讨论材料在弹性范围内的变形及受力。
2.变形固体的基本假设
变形固体多种多样,其组成
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