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基本構(gòu)件內(nèi)力分析,2011建工專業(yè)主講:于艷春,,,建筑結(jié)構(gòu)物中構(gòu)件的要求:1.強(qiáng)度要求:外力作用下不會(huì)破壞.構(gòu)件抵抗破壞能力的要求.2.剛度要求:外力作用下構(gòu)件變形不超過一定的范圍,構(gòu)件抵抗變形能力的要求.3.穩(wěn)定性要求:構(gòu)件在外力作用下,其原有平衡狀態(tài)不能喪失,即構(gòu)件抵抗喪失穩(wěn)定性能力的要求.由此才能達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)安全使用的目的.,第一講桿件變形的概念,1.變形體及其基本假設(shè)1.1變形體工程上所用的構(gòu)件都是由固體材料制成的，如鋼、鑄鐵、木材、混凝土等，它們在外力作用下會(huì)或多或少地產(chǎn)生變形，有些變形可直接觀察到，有些變形可以通過儀器測出。在外力作用下，會(huì)產(chǎn)生變形的固體稱為變形固體。,在靜力學(xué)中，由于研究的是物體在力作用下平衡的問題。物體的微小變形對研究這種問題的影響是很小的，可以作為次要因素忽略。因此，認(rèn)為物體在外力作用下，大小形狀都不發(fā)生變化，而把物體視為一個(gè)剛體來進(jìn)行理論分析。在構(gòu)件內(nèi)力分析中，由于主要研究的是構(gòu)件在外力作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的問題。對于這類問題，即使是微小的變形往往也是主要影響的因素之一，必須予以考慮而不能忽略。因此，在構(gòu)件內(nèi)力分析中，必須將組成構(gòu)件的各種固體視為變形固體。,1.2變形分類：,變形固體在外力作用下會(huì)產(chǎn)生兩種不同性質(zhì)的變形：一種是外力消除時(shí)，變形隨著消失，這種變形稱為彈性變形；另一種是外力消除后，不能消失的變形稱為塑性變形。一般情況下，物體受力后，即有彈性變形，又有塑性變形。彈性變形可恢復(fù)原狀塑性變形不可恢復(fù),1.2基本假設(shè),1.均勻連續(xù)性假設(shè)物體內(nèi)部連續(xù)不斷地充滿著均勻的物質(zhì),且在各點(diǎn)處材料的性質(zhì)完全相同.2.各向同性假設(shè)組成物體的材料沿各個(gè)方向都具有相同的力學(xué)性質(zhì).3.彈性假設(shè)當(dāng)作用于物體上的外力不超過某一限度時(shí),將各物體看成是完全彈性體.完全彈性體（理想彈性體）：只產(chǎn)生彈性變形的物體,2桿件變形的基本形式,2.1桿件建筑力學(xué)中的主要研究對象是桿件.桿件:長度遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向尺寸的變形體.如房屋中的梁,柱,屋架中的各根桿等.桿件的形狀和尺寸由橫截面和軸線兩個(gè)主要幾何元素來描述.,,,,一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)方向的尺寸的構(gòu)件,,截面幾何中心,,,,,x,橫截面,,,,圓截面等直桿,,長方形截面等直桿,,變截面直桿,桿件的基本認(rèn)識(shí),,,重點(diǎn),,軸線,。。。。,軸線為直線,橫截面相同:等直桿,,作用在桿上的外力是多種多樣的，因此，桿件的變形也是多種多樣的。但總不外乎是由下列四種基本變形之一，或者是幾種基本變形形式的組合。,2.2桿件變形的基本形式,桿件變形的形式,1、基本變形軸向拉伸與壓縮剪切變形扭轉(zhuǎn)變形彎曲變形2、組合變形同時(shí)發(fā)生兩種或兩種以上的變形形式,軸向拉伸與壓縮,剪切,扭轉(zhuǎn),彎曲,,一、軸向拉伸和軸向壓縮,,1、受力特點(diǎn)：外力或某截面上合外力的作用線重合在桿件的軸線上,2、變形特點(diǎn)：主要變形為軸向伸長或縮短,拉桿,壓桿,。,,,軸向拉壓在工程中的應(yīng)用,。,,,屋架結(jié)構(gòu)中的拉壓桿,,,塔式結(jié)構(gòu)中的拉壓桿,,,橋梁結(jié)構(gòu)中的拉桿,二、剪切在一對相距很近、大小相等、方向相反的橫向外力作用下，桿件的主要變形是橫截面沿外力作用方向發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。這種變形形式稱為剪切,,受力特點(diǎn)：反向外力垂直于桿件軸線并相互平行且相距很近。變形特點(diǎn)：兩外力間的截面沿外力方向產(chǎn)生相對錯(cuò)動(dòng),,,,螺栓,,連接鍵,銷釘,,,,三、扭轉(zhuǎn)在一對大小相等、方向相反、位于垂直于桿軸線的兩平面內(nèi)的外力偶作用下，桿的任意橫截面將繞軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，而軸線仍維持直線，這種變形形式稱為扭轉(zhuǎn)。,,,扭轉(zhuǎn)變形,受力特點(diǎn)：由垂直于桿軸線平面內(nèi)的力偶作用引起的,變形特點(diǎn)：相鄰橫截面繞桿軸產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)變形。,,,,,,,,,對稱扳手?jǐn)Q緊鏍帽,自行車中軸受扭,,,,,橋體發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,,,四、彎曲在位于桿的縱向平面內(nèi)的力或力偶作用下，桿件的軸線由直線彎曲成曲線，這種變形形式稱為彎曲。,,受力特點(diǎn)：垂直于軸線的外力都作用在同一縱向?qū)ΨQ面內(nèi)變形特點(diǎn)：桿軸由直線變成平面曲線,,,計(jì)算簡圖,,,,,陽臺(tái)梁是受彎構(gòu)件,陽臺(tái),計(jì)算簡圖,,,3內(nèi)力,截面法,3.1內(nèi)力的概念,內(nèi)力是桿件在外力作用下,相連兩部分之間的相互作用力.原有內(nèi)力:物體在受到外力之前，內(nèi)部就存在著內(nèi)力,附加內(nèi)力：在原有內(nèi)力的基礎(chǔ)上，又添加了新的內(nèi)力,由于外力作用使桿件相連兩部分之間相互作用力產(chǎn)生的改變量，稱為“附加內(nèi)力”，簡稱為內(nèi)力。,F——原有內(nèi)力,課程所談內(nèi)力只是,F附加內(nèi)力,,,,由于外力的作用使桿件內(nèi)部一部分和另一部分之間出現(xiàn)的相互作用力叫附加內(nèi)力，簡稱內(nèi)力,,,,,。,內(nèi)力是由外力引起的,內(nèi)力的大小隨外力的增大.變形的增大而增大.但是,對任一桿件來說，內(nèi)力的增大是有限度的,超過此限度,桿件就要破壞.所以研究桿件的承載能力必須先求出內(nèi)力.因此，要進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算就必須先分析構(gòu)件的內(nèi)力。,3.2截面法,確定桿件某一截面中的內(nèi)力.可以假象地將桿件沿需求內(nèi)力的截面截開,將桿件分為兩部分,去其中任一部分作為研究對象.此時(shí),截面上的內(nèi)力被顯示了出來,并成為研究對象上的外力.再由靜力平衡條件求出此內(nèi)力.,,,,求內(nèi)力的基本方法-----截面法,假想用一截面將物體截開為兩部分，取其中一部分為研究對象，利用平衡條件求解截面內(nèi)力的方法稱截面法。,（3）列出研究對象的平衡方程，并求解內(nèi)力。,截面法包括以下三個(gè)步驟：,（1）沿所求內(nèi)力的截面假想地將桿件截成兩部分,（2）取出任一部分為研究對象，并在截開面上用內(nèi)力代替棄去部分對該部分的作用,由∑F=0得–FN+F=0,FN=F,,,左段,左段,右段,右段,由∑F=0得FN+F=0,FN=F,,,F,,I,,F,,,II,,SFX=0,截面法,。,SFX=0,切取,平力,算計(jì),作業(yè)：課后復(fù)習(xí)思考題,