工程力学 第1章　绪论.pdfVIP

第1章绪论

1.1建筑力学的研究对象和内容

1.2变形固体及其基本假设

1.3杆件的几何特性及基本变形形式

1.4荷载的分类

1.1建筑力学的研究对象和内容

1.1.1结构分类及建筑力学的研究对象

建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分称为结构。

组成结构的各单独部分称为构件

结构按其几何特征通常分为三类

1.杆件结构杆件的几何特征是三个方向尺寸中的

长度比截面的宽度和高度大得多，杆件结构是由杆件组成

的结构。

2.板壳结构（又称薄壁结构）几何特征是三个方向尺

寸中的厚度比长度和宽度小得多。当薄壁结构为曲面时，则

称为壳体。

3.实体结构几何特征是三个方向尺寸中，长度、宽度

和高度大致相当，建筑力学研究的主要对象是杆件构件和杆

件结构。

1.1.2建筑力学的研究内容

主要内容可归纳为如下几个方面

1.静力学基础研究物体的受力分析、力系简化与平衡

的理论以及杆系结构的组成规律。

2.强度问题所谓强度是指构件在外力作用下应有足够

的抵抗破坏的能力。例如，桥式起重机的大梁，起吊重

物时，吊车梁可能被压弯断裂，在设计时就要保证它在

荷载作用下，正常工作时不会发生破坏。

3.刚度问题所谓刚度是指构件在外力作用下应有足够的抵抗

变形的能力。因在荷载作用下，构件都会产生变形，但这种

变形不能超过正常工作允许的范围。

4.稳定性问题所谓稳定性是指构件在外力作用下应有足够的

保持原有平衡状态的能力。例如房屋结构中的承重柱，若过

长、过细，就可能由于柱子的失稳而导致整个房屋的突然倒

塌。

5.超静定结构问题超静定结构在工程中广泛采用。只应用静

力学平衡条件不能完全确定超静定结构的支座反力和内力，

必须考虑结构的变形条件，从而获得补充方程才能求解。

1.2变形固体及其基本假设

1.2.1刚体和变形固体

刚体是指在任何外力作用下都不变形的物体。

变形固体是在外力作用下可以发生变形的物体。

1.2.2变形固体的基本假设

1.连续性假设连续性假设是认为组成固体的物质毫无空

隙地充满了固体的整个几何空间。实际上，物质内部

存在着不同程度的空隙，但空隙与构件的尺寸相比，

极其微小，可以忽略不计，于是就认为固体在其整个

体积内是连续的。

2.均匀性假设均匀性假设是认为组成固体的物质在其

内部是均匀分布的，任何部分的性质都是完全相同的。

3.各向同性假设各向同性假设是认为固体在各个方向

上的力学性能完全相同。具备这种属性的材料称为各

向同性材料。钢、铜和玻璃等都可认为是各向同性材

料。

4.小变形假设建筑力学研究的变形相对于构件的原始尺

寸要小得多。这样，在研究构件的平衡时，就可以忽略

构件的变形，而按变形前的原始尺寸进行分析计算。

1.3杆件的几何特性及基本变形形式

1.3.1杆件的几何特性

杆件的长度方向称为纵向，垂直于长度的方向称为横向。

垂直于杆件长度方向的截面称为横截面，各横截面形心的连

线称为轴线，如图1-4所示。如果杆件的轴线为直线称为直杆，

轴线为曲线的杆称为曲杆，如果直杆的横截面大小和形状不

变称为等直杆。

1.3.2杆件的基本变形形式

1.拉伸或压缩杆件所受的外力与杆轴线重合，杆件的变

形主要表现为长度发生伸长或缩短的改变。像千斤顶的螺杆、

气缸的活塞杆等都是拉伸或压缩变形的杆件。

2.剪切用剪刀剪钢筋，钢筋则受到一对大小相等、方向

相反且作用线相距很近的一对力作用，使钢筋的两部分沿外

力方向发生相对错动，即钢筋受到剪切，这种变形称为剪切

变形，杆件的变形主要表现为横截面沿力作用方向发生错动。

3.扭转汽车方向盘下的转向轴，在工作时就发生扭转变

形。这类变形形式是在垂直于杆件轴线的两个平面内受大小

相等、转向相反的两个力偶矩的作用，杆件的变形表现为杆

件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。

4.弯曲直杆在外力的作用下杆轴线变为曲线，这种变

形即为弯曲变形，引起这类变形的作用力是垂直于杆件

轴线的横向力或与杆轴线在同一平面内的两个大小相等、

转向相反的外力偶矩。

1.4荷载的分类

1.4.1按荷