《建筑力学》课程学习指导资料.doc
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1、建筑力学课程学习指导资料本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求,参照现行采用教材建筑力学(李前程 安学敏 李彤主编,高等教育出版社,2004年)以及课程学习光盘,并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写。第一部分 课程的学习目的及总体要求一、课程的学习目的建筑力学是将理论力学中的静力学、材料力学、结构力学等课程中的主要内容,依据知识自身的内在连续性和相关性,重新组织形成的建筑力学知识体系。研究土木工程结构中的杆件和杆系的受力分析、强度、刚度及稳定性问题。它是力学结合工程应用的桥梁,同时为后续相关课程提供分析和计算的基础。二、课程的总体要求通过该课程的学习,学生应掌握以下内容1.掌
2、握静力学的基本概念及构件受力分析的方法;2.了解平面力系的简化,能较熟练地应用平面力系的平衡方程;3.能正确地计算在平面荷载作用下的杆件的内力,并作出内力图;4.掌握杆件在基本变形时的强度和刚度计算;5.了解压杆失稳的概念,能够进行临界压力计算;6.熟练掌握几何不变体系的简单组成规则及其应用;7.熟练掌握静定结构指定位移计算的积分法,叠加法和单位载荷法;8.弄懂力法原理,能熟练地应用力法计算超静定结构;9.弄懂位移法原理,能应用位移法计算连续梁和刚架。第二部分 课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章 绪论1、 本章学习要求(1) 应熟悉的内容建筑力学的任务,内容和教学计划安排;建筑力学教材
3、和参考书;任课老师的联系方式(email)(2) 应掌握的内容结构与构件的概念;构件的分类:杆,板和壳,块体;刚体、变形固体及其基本假设;弹性变形和塑性变形(构件在外力作用下发生变形,如果外力去掉后能够恢复原状,变形完全消失,这种变形就是弹性变形;如果外力去掉后不能够恢复原状,有残余变形存在,这种变形就是塑性变形);载荷的分类:集中力和分布力。真实的力都是分布力,集中力是一种简化形式。(3) 应熟练掌握的内容材料力学的三大任务:强度,刚度,稳定性;杆件变形的4种基本形式:拉伸,扭转,剪切和弯曲。2、本章重点难点分析拉伸,扭转,剪切和弯曲变形的方式和特点强度,刚度,稳定性的定义。强度和杆件的破坏
4、有关,刚度和变形有关,没有达到强度和刚度破坏条件而产生的失效可能和稳定性有关。3、本章典型例题(案例)分析(解答):无4、 本章作业:无第二章 静力学基础1、 本章学习要求(1) 应熟悉的内容刚体静力学的定义及其研究的基本问题;平衡-平衡力系-平衡条件;力系-等效力系-合力-平面力系;力-力偶-力偶矩的概念,力-力矩-力偶矩的单位;约束和约束反力的概念;分离体和受力图的概念。(2) 应掌握的内容力的三要素(大小、方向和作用点)决定了力是矢量;二力平衡原理:注意是一个物体上的两个力;加减平衡力系原理-力的可传性定理;力在坐标轴上的投影是代数量,注意正负符号;力偶的符号及其等效变换性质;内力和外力
5、的概念,内力的相对性;二力杆和二力构件的概念。(3) 应熟练掌握的内容力的合成-力的平行四边形法则和三角形法则;力的分解-正交分解;作用力与反作用力;根据坐标轴上的投影分量求力的大小和方向;力矩-力臂-矩心-力矩的方向(正负);8种约束类型(柔索,光滑接触面,光滑圆柱铰链,固定铰,滑动铰,链杆,固定端,定向支座)及其对应的约束力;熟练掌握画受力图的方法、步骤。2、本章重点难点分析力的合成与分解,力偶的合成力或力系对某点取矩的计算方法,重点是力臂的计算和符号,力臂是矩心到力的作用线的垂直距离。柔索约束力必然是拉力,光滑接触面必然是压力二力杆是一个力,不能把二力杆两端的铰各画2个力;定向支座与此类
6、似。画受力图时外力不能简化,要一体一图,三力平衡汇交定理可用,可不用画受力图时要注意作用力与反作用力,同时要注意不同受力图中,力的符号的一致性和相关性3、本章典型例题(案例)分析(解答)例. 试分别作出AB, CE(加滑 轮), CE,以及整体的受力图。解:本题的关键是(1)A点是固定铰,B点与地面相接的是滑动铰;(2)ADB是一个杆,CDE是一个杆,由于在D点受力,因此ADB和CDE均不是二力杆,杆件BC是二力杆;(3)与墙壁相连的还有一个柔索约束。根据以上说明,最后的结果如下所示:4、本章作业2-2, 3, 4, 5, 6,8,10,12;3-9,3-10第三章 力系的简化1、 本章学习要
7、求(1) 应熟悉的内容力系简化的定义;平面汇交力系的定义;力系的主矢和主矩的概念主矢是一个自由矢量,不是一个力;线载荷与载荷集度的概念。(2) 应掌握的内容平面汇交力系简化的几何方法-力多边形法则;平面汇交力系简化的解析方法-合力投影定理;平面力偶系的简化;力系等效原理,平行力系的简化方法。(3) 应熟练掌握的内容合力投影定理:合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上的投影的代数和;合力矩定理,力线平移定理;平面任意力系简化的4种结果;平衡定理:力系平衡的充分必要条件是该力系的主矢及对于某一点的主矩同时等于零;形心计算公式。2、本章重点难点分析主矢是一个自由矢量(只有大小和方向,没有作用点),
8、不是一个力力线平移定理是可逆的,即反过来也是成立的力系向某一点简化一般是主矢和主矩均不为零,但通过适当的平移后,可以去掉力矩,而变成一个合力,但此时合力的作用点不在简化中心形心计算的面积分割法和负面积方法要熟练掌握,灵活应用3、本章典型例题(案例)分析(解答)例 如图所示,求作用于悬臂梁AB的线分布荷载对A点的矩。解:根据合力矩定理,合力对A点的矩,等于分力对A点矩的代数和。而矩心A到Q1的矩离为L/2, 到Q2的矩离为2L/3, 故故:4、本章作业4-1,4-2第四章 力系的平衡1、 本章学习要求(1) 应熟悉的内容平面一般力系有3个独立的平衡方程,平面汇交力系和平面平行力系均有2个独立的平
9、衡方程,而平面力偶系只有1个独立的平衡方程;系统和局部的概念,系统平衡局部必然平衡;静定和超静定问题;平面桁架的定义;零力杆的定义。(2) 应掌握的内容平面任意力系的平衡方程有三种等价形式,其中二力矩形式和三力矩形式是有限制条件的;平面汇交力系,平面平行力系和平面力偶系的平衡方程;刚体系统平衡问题的特点是:仅仅考察系统整体平衡,无法求得全部未知力。因此,要取局部或子系统建立另外的平衡方程,才能最后解出全部未知力;由n个刚体组成的受平面力系作用的系统,其独立平衡方程数 3n;平面桁架节点受力图的画法:所有杆件的内力均按正向假设,箭头向外,外力照实际方向画出。(3) 应熟练掌握的内容平面任意力系中
10、的二力矩平衡方程和三力矩平衡方程,用好了可以简化计算;正确认识结构中的约束类型,尤其是二力杆和二力结构,并正确的画出受力图是至关重要的;取分离体时,应该使得平衡方程中的未知力越少越好,最好是1个,以便于迅速求出未知力;计算平面桁架内力的节点法;计算平面桁架内力的截面法;必须熟练掌握约束力或支座反力的计算方法。2、本章重点难点分析平面任意力系中,对于每个分析对象最多只能列出3个独立的平衡方程,不能列出3个以上的方程,否则其中的某些方程必然是不独立的。求解物系平衡问题时,列平衡方程应结合求解的问题,以最简单的受力图,最简单的平衡方程,最快的速度迅速求解出未知力,对于没做要求的力可以不必求出。零力杆
11、的判别方法在平面桁架内力计算时,尽管我们在截面方法中规定,最好不要超过3根杆,但有时由于结构复杂或者解题的需要,可能要截取3根以上的杆。平面桁架内力计算时,有时候节点法和截面法要综合运用,才能达到事半功倍的效果。3、本章典型例题(案例)分析(解答)例. 求图示结构A点的约束力。解:A点位固定端,假设A点约束力分别为4-3,5,6,7,8,11,13,14,16,206-16第五章 平面体系的几何组成分析1、 本章学习要求(1) 应熟悉的内容几何不变体系与几何可变体系的概念;几何组成分析的目的;自由度,刚片和约束的概念;复铰的概念。(2) 应掌握的内容常见约束类型及其作用;刚片和铰的计算方法;二
12、元体的定义及其判别;几何瞬变体系及其三种基本类型。(3) 应熟练掌握的内容一个由n个刚片所组成的复铰相当于n-1个单铰,减少2(n-1)个自由度;自由度的计算公式:W=3n-3r1-2r2-r3;几何不变体系的组成规则:两刚片规则,三刚片规则和二元体规则;几何组成分析的方法、步骤及最后结论2、本章重点难点分析自由度的计算中,刚性连接的多个刚片只能看作一个刚片结构中任何一个二力杆均可看作一个约束,无论是外部约束还是内部约束二元体的任意一端必须是固定铰或光滑圆柱铰链连接,不能是滑动铰或支链杆不要忘记大地或支座是一个刚片3、本章典型例题(案例)分析(解答)例,计算下列各体系自由度,并进行几何组成分析
13、。解:自由度W=3x4-2x5-3=-1分析:杆AB,杆BC和杆AC通过不在一条线上的三个单铰A、B、C相连,根据3钢片规则ABC组成一个几何不变结构,支链杆CD为其内部多余约束。又ABC与大地通过3个既不互相平行又不相交于一点的支链杆连接,按两钢片规则,他们组成几何不变结构。故原结构为几何不变结构,且有一个多余约束。4、本章作业5-1第六章 杆件的内力 应力与应变1、 本章学习要求(1) 应熟悉的内容内力的概念,截面法的目的;轴力,剪力和弯矩的定义;应力与应变的概念及单位;复习高等数学中直线、抛物线,斜率、导数,极大值、极小值等有关概念;刚节点和平面刚架的定义(2) 应掌握的内容内力分量:轴
14、力,剪力,弯矩,还包括后面的扭矩;正应力与剪应力,剪应力互等定理;线应变与剪应变;内力方程与内力图;最大弯矩的计算方法;刚架的内力图包括轴力图,剪力图和弯矩图。(3) 应熟练掌握的内容轴力,剪力和弯矩的符号规定;轴力,剪力和弯矩的计算步骤和注意事项;根据内力方程绘内力图的方法、步骤;应用微分关系绘制剪力图和弯矩图的步骤;没有载荷,就是载荷集度q=0,此时,剪力图必然是水平向右,弯矩图是一条斜直线或水平方向的线;载荷集度q为常数时,剪力图必然是一条斜直线,弯矩图是一个抛物线;在集中力作用点,剪力发生突变,弯矩图发生转折;在集中力偶矩作用点,剪力图不变,弯矩图发生突变;绘制平面刚架内力图的方法、步
15、骤;要特别注意,刚节点处弯矩图“同侧”,“相等”这两个特点2、本章重点难点分析线应变代表相对伸长,无量纲,变形量代表绝对伸长,单位mm或m截面法中的正向假设,是按照材料力学的定义的正向进行的,但在列平衡方程时必须回到理论力学的规定来区别正负符号,这点很容易混淆,初学者必须搞清楚。在轴力图和剪力图中,通常规定横坐标轴的上方为正。但在土建工程中,弯矩图通常是画在梁的受拉一侧。当梁的凹面向上时,M 为正,梁的下侧受拉,故正弯矩应画在横坐标的下方;而当梁的凹面向下时,M 为负,梁的上侧受拉,负弯矩则画在横坐标的上方。弯矩、剪力与载荷集度之间的微分关系,要和数学上的斜率、直线、抛物线等有关概念联系起来,
16、同时要注意弯矩图是向下为正在集中力、集中力偶矩作用点和剪力为零的点,弯矩出现极值对于复杂的平面刚架,弯矩图建议画在受拉侧,简单刚架画在受拉侧或按正负符号标出均可。3、本章典型例题(案例)分析(解答)例1, 求图示简支梁的内力方程,并画出剪力图,弯矩图例2, 试作悬臂梁的剪力图和弯矩图, 并标明关键点之值。4、本章作业6-1,2,3,4,5,10(c,e,f),12,13第七章 轴向拉伸与压缩1、 本章学习要求(1) 应熟悉的内容应力集中的概念;强度极限,容许应力和安全系数;纵向变形和纵向应变的概念;弹性极限,比例极限,屈服极限和强度极限的概念;延伸率和断面收缩率的概念。(2) 应掌握的内容拉压
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