土木工程力学基础-2.平面力系平衡.ppt
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1、土木工程力学基础土木工程力学基础(多学时)(多学时)二单元二单元 平面力系的平衡平面力系的平衡5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础单元学习目标1.1.会用平行四边形公理将力进行分解并计算会用平行四边形公理将力进行分解并计算力的投影力的投影2.2.能解释力矩、力偶的概念及性质能解释力矩、力偶的概念及性质3.3.会计算集中力与线分布荷载对某点的力矩会计算集中力与线分布荷载对某点的力矩4.4.能叙述平面一般力系的平衡条件能叙述平面一般力系的平衡条件5.5.能用平衡方程计算简单的平衡问题能用平衡方程计算简单的平衡问题6.6.能够计算单跨梁的支座反力能够计算单跨梁的支座反
2、力5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础读一读:吊装作业中平衡梁的受力分析读一读:吊装作业中平衡梁的受力分析 在实际施工中,起吊超长超宽的钢筋结构件时,常采用平衡梁装置。平在实际施工中,起吊超长超宽的钢筋结构件时,常采用平衡梁装置。平衡梁又称横吊梁或扁担梁,是一种在吊装作业中能平衡两套或两套以上索具衡梁又称横吊梁或扁担梁,是一种在吊装作业中能平衡两套或两套以上索具受力的装置。受力的装置。支撑式平衡梁吊索较长主要用于形体较长的物件,也可以用于吊件的空支撑式平衡梁吊索较长主要用于形体较长的物件,也可以用于吊件的空中翻转作业。中翻转作业。扁担式平衡梁吊索较短,多用于吊装
3、大型构件,如屋架、桁架等。扁担式平衡梁吊索较短,多用于吊装大型构件,如屋架、桁架等。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础 任务任务1.作出图中的平衡梁在考虑自重的情况下的受力作出图中的平衡梁在考虑自重的情况下的受力图。图。任务任务2.为什么吊索与平衡梁的水平夹角一般应控制在为什么吊索与平衡梁的水平夹角一般应控制在4560之间。之间。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础一一.力的投影力的投影1.1.力在直角坐标轴上的投影力在直角坐标轴上的投影力在直角坐标轴上的投影力在直角坐标轴上的投影5/16/20235/16/2023土木工程力学
4、基础土木工程力学基础n n求合力求合力一一.力的投影力的投影5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础例例2-12-1 试求出图试求出图2-52-5中各力在中各力在 x x、y y 轴上的投轴上的投影。已知影。已知F F1 1 1 1=100N=100N,F F2 2 2 2=150N=150N,F F3 3 3 3=F=F4 4 4 4=200N=200N。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础二平面汇交力系的平衡二平面汇交力系的平衡力系的分类:力系的分类:n n平面力系平面力系平面力系平面力系凡各力作用线都在同一平面内的力凡各力作用线
5、都在同一平面内的力凡各力作用线都在同一平面内的力凡各力作用线都在同一平面内的力系。系。系。系。n n空间力系空间力系空间力系空间力系凡各力作用线不在同一平面内的力凡各力作用线不在同一平面内的力凡各力作用线不在同一平面内的力凡各力作用线不在同一平面内的力系。系。系。系。n n平面汇交力系平面汇交力系平面汇交力系平面汇交力系若作用在刚体上各力的作用线若作用在刚体上各力的作用线若作用在刚体上各力的作用线若作用在刚体上各力的作用线都在同一平面内,且汇交于同一点的力系。都在同一平面内,且汇交于同一点的力系。都在同一平面内,且汇交于同一点的力系。都在同一平面内,且汇交于同一点的力系。n n平面平行力系平面
6、平行力系平面平行力系平面平行力系在平面力系中,各力作用线互在平面力系中,各力作用线互在平面力系中,各力作用线互在平面力系中,各力作用线互相平行的力系。相平行的力系。相平行的力系。相平行的力系。n n平面一般力系平面一般力系平面一般力系平面一般力系若作用在刚体上各力的作用线若作用在刚体上各力的作用线若作用在刚体上各力的作用线若作用在刚体上各力的作用线都在同一平面内,且任意分布的力系。都在同一平面内,且任意分布的力系。都在同一平面内,且任意分布的力系。都在同一平面内,且任意分布的力系。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础二二.平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡1.
7、平面汇交力系合成的几何法平面汇交力系合成的几何法力多边形法则力多边形法则力多边形法则力多边形法则连续应用力的平行四边形法则,连续应用力的平行四边形法则,连续应用力的平行四边形法则,连续应用力的平行四边形法则,依次两两合成各力,最后求得一个作用线也通过力系汇交依次两两合成各力,最后求得一个作用线也通过力系汇交依次两两合成各力,最后求得一个作用线也通过力系汇交依次两两合成各力,最后求得一个作用线也通过力系汇交点的合力点的合力点的合力点的合力 R R R R 。R R=F F1 1+F F 2 2+F F 3 3+F F n n=F Fn n5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工
8、程力学基础2.2.平面汇交力系平衡的几何条件平面汇交力系平衡的几何条件该力系的合力等于零该力系的合力等于零。用矢量式表示,即 R=Fn n=0 平面汇交力系平衡的必要和充分条件是平面汇交力系平衡的必要和充分条件是该力系的该力系的力多边形自行封闭力多边形自行封闭。二二.平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础n n3.3.平面汇交力系的平衡条件及应用平面汇交力系的平衡条件及应用 合力投影定理合力投影定理平面汇交力系的合力在平面汇交力系的合力在任一坐标轴上的投影,等于它的各分力在同一任一坐标轴上的投影,等于它的各分力在同一坐标轴上投影
9、的代数和。坐标轴上投影的代数和。即:即:二二.平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡 5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础二二.平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系的平衡方程n平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:平面汇交力系平衡的必要和充分条件是:力系中各力在坐标轴上投影的代数和等于零力系中各力在坐标轴上投影的代数和等于零。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础例例例例2-12-12-12-1 三角支架如图示,已知挂在三角支架如图示,已知挂在三角支架如图示,已知挂在三角支架如图示,已知挂在 B B B
10、 B 点的物体重点的物体重点的物体重点的物体重量为量为量为量为 G G G G,试求,试求,试求,试求 ABABABAB、BCBCBCBC 两杆所受的力。两杆所受的力。两杆所受的力。两杆所受的力。1.1.1.1.确定研究对象确定研究对象确定研究对象确定研究对象:销销销销B B B B2.2.2.2.画销画销画销画销B B B B的受力图的受力图的受力图的受力图3.3.3.3.选坐标系选坐标系选坐标系选坐标系4.4.4.4.列平衡方程列平衡方程列平衡方程列平衡方程5.5.5.5.解方程解方程解方程解方程6.6.6.6.作答作答作答作答5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力
11、学基础例例例例2-12-12-12-1 三角支架如图示,已知挂在三角支架如图示,已知挂在三角支架如图示,已知挂在三角支架如图示,已知挂在 B B B B 点的物体重点的物体重点的物体重点的物体重量为量为量为量为 G G G G,试求,试求,试求,试求 ABABABAB、BCBCBCBC 两杆所受的力。两杆所受的力。两杆所受的力。两杆所受的力。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础例例例例2-22-22-22-2 在两垂直墙壁之间的绳子上挂一重量在两垂直墙壁之间的绳子上挂一重量在两垂直墙壁之间的绳子上挂一重量在两垂直墙壁之间的绳子上挂一重量100N100N100N1
12、00N的物体,绳子与两墙的夹角的物体,绳子与两墙的夹角的物体,绳子与两墙的夹角的物体,绳子与两墙的夹角60606060和和和和30 30 30 30。试求两。试求两。试求两。试求两绳中的拉力。绳中的拉力。绳中的拉力。绳中的拉力。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础三力矩三力矩1.1.力矩的概念力矩的概念 力矩就是度量力使物体转动效果的物理量力矩就是度量力使物体转动效果的物理量力矩就是度量力使物体转动效果的物理量力矩就是度量力使物体转动效果的物理量。力的大小与力臂的乘积Fd,再加上正负号来表示力F
13、 使物体绕O点转动的效应,称为力F 对O点的矩。用符号mOO(F)或 MOO 表示。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础例例例例2-32-32-32-3 试求试求试求试求 图图图图2-102-102-102-10中三力对中三力对中三力对中三力对O O O O点的力矩。点的力矩。点的力矩。点的力矩。已知已知已知已知P P P P1 1 1 1=2 kN=2 kN=2 kN=2 kN,P P P P2 2 2 2=3 kN=3 kN=3 kN=3 kN,P P P P3 3 3 3=4 kN=4 kN=4 kN=4 kN。5/16/20235/16/2023土木工程
14、力学基础土木工程力学基础例例例例2-42-42-42-4 均布荷载对其作用面内任一点的力矩如图均布荷载对其作用面内任一点的力矩如图均布荷载对其作用面内任一点的力矩如图均布荷载对其作用面内任一点的力矩如图2-112-112-112-11所示,已知所示,已知所示,已知所示,已知 q q q q=20 kN/m =20 kN/m =20 kN/m =20 kN/m,l l=5m=5m=5m=5m,求均布荷,求均布荷,求均布荷,求均布荷载对载对载对载对 A A A A 点的力矩。点的力矩。点的力矩。点的力矩。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础n n3 3、合力矩定理合
15、力矩定理若平面汇交力系有合力,若平面汇交力系有合力,则其合力对平面上任一点之矩,等于所有则其合力对平面上任一点之矩,等于所有分力对同一点力矩的代数和。分力对同一点力矩的代数和。即即:三力矩三力矩5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础*四四.力偶力偶 1.1.力偶的概念力偶的概念 力偶力偶由大小相等、方向相反的两平行由大小相等、方向相反的两平行力组成的力系。力组成的力系。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础*四四.力偶力偶2.2.力偶矩力偶矩力与力偶臂的乘积力与力偶臂的乘积 Fd 加上加上 号作为度量力号作为度量力偶对物体转动效应的物
16、理量,称为力偶矩。偶对物体转动效应的物理量,称为力偶矩。以符号以符号m(F,F)或或 m 表示,即:表示,即:m(F,F)=Fd或或 m =Fd 力偶矩的单位与力矩相同,为力偶矩的单位与力矩相同,为kNmkNm或或NmNm。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础*四四.力偶力偶力偶的三要素力偶的三要素 (1 1)力偶矩的大小;)力偶矩的大小;(2 2)力偶的转向;)力偶的转向;(3 3)力偶作用面的方位。)力偶作用面的方位。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础*四四.力偶力偶3 3力偶的基本性质力偶的基本性质(1 1)力偶无合力,即
17、力偶不能用一个力来代)力偶无合力,即力偶不能用一个力来代替。替。(2 2)力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力)力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩,而与矩心位置无关。偶矩,而与矩心位置无关。(3 3)在同一平面内的两个力偶,如果它们的)在同一平面内的两个力偶,如果它们的力偶矩大小相等,力偶的转向相同,则这力偶矩大小相等,力偶的转向相同,则这两个力偶是等效的。这称为力偶的等效性。两个力偶是等效的。这称为力偶的等效性。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础*四四.力偶力偶n n推论推论1 1 力偶可在其作用面内任意移转,力偶可在其作用面内任意移转,而不改变它对刚体的
18、转动效应。即力偶对而不改变它对刚体的转动效应。即力偶对物体的转动效应与其在作用面内的位置无物体的转动效应与其在作用面内的位置无关。关。n n推论推论2 2 在保持力偶大小和转向不变的在保持力偶大小和转向不变的情况下,可任意改变力偶中力的大小和力情况下,可任意改变力偶中力的大小和力偶臂的长短,而不改变它对刚体的转动效偶臂的长短,而不改变它对刚体的转动效应。应。5/16/20235/16/2023土木工程力学基础土木工程力学基础*四四.力偶力偶n n例例2-52-5 如图如图2-142-14所示,在物体的某平面所示,在物体的某平面内受到两个力偶的作用。已知内受到两个力偶的作用。已知F F1=200
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- 土木工程 力学 基础 平面 力系 平衡
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