建筑力学

目 录 绪论 1 一、建筑力学内容简介 1 二、建筑力学的作用 1 三、学习建筑力学的目的 3 项目1 静力学基本知识 5 项目概述 5 预备知识 5 1.1 基本概念 5 1.1.1 力的概念 5 1.1.2 力的表示方法 6 1.1.3 力系 6 1.2 刚体和变形体 7 1.3 静力学公理 8 项目总结 10 项目强化 11 思考题 11 习题 11 项目2 构件的受力分析 13 项目概述 13 预备知识 13 2.1 约束与约束反力 13 2.1.1 约束和约束反力的概念 13 2.1.2 几种常见约束及其约束反力 14 2.2 工程结构的计算简图及分类 18 2.2.1 结构计算简图 18 2.2.2 荷载的分类 21 2.2.3 杆系结构的分类 22 2.3 物体的受力分析与受力图 24 2.3.1 脱离体和受力图 24 2.3.2 画受力图的步骤及注意事项 24 典型任务 25 任务 构件的受力分析及受力图 25 项目总结 29 项目强化 30 思考题 30 习题 31 项目3 平面体系的几何组成分析 33 项目概述 33 预备知识 34 3.1 自由度和约束 34 3.1.1 刚片 34 3.1.2 自由度 34 3.1.3 约束 35 3.2 几何不变体系的基本组成规则 37 3.2.1 二元体概念及规则 37 3.2.2 两刚片规则 38 3.2.3 三刚片规则 38 3.3 静定结构与超静定结构 40 典型任务 40 项目总结 43 项目强化 44 习题 44 项目4 静定结构的平衡计算 45 项目概述 45 预备知识 45 4.1 平面汇交力系 45 4.1.1 平面汇交力系的合成 46 4.1.2 平面汇交力系的平衡条件 48 4.2 平面力对点之矩与平面力偶 50 4.2.1 力对点之矩与合力矩定理 50 4.2.2 平面力偶 51 4.3 平面一般力系 54 4.3.1 平面一般力系的简化 55 4.3.2 平面一般力系的平衡条件 59 4.4 物体系统的平衡 61 4.4.1 静定与静不定问题 61 4.4.2 物体系统的平衡 62 4.4.3 求解物系平衡问题的步骤 62 典型任务 63 任务一 力在坐标轴上的投影 63 任务二 平面力系向一点的简化 63 任务三 平面力系的平衡问题 67 任务四 平面杆系结构的平衡计算 78 项目总结 81 项目强化 83 思考题 83 习题 85 项目5 杆件变形(轴向拉伸与压缩)的分析与计算 91 项目概述 91 预备知识 91 5.1 材料力学基本概念 91 5.1.1 材料力学的任务 91 5.1.2 材料力学的变形及基本假设 93 5.1.3 杆件的内力、应力、变形与应变 93 5.2 轴向拉伸和压缩时的内力与应力 96 5.2.1 轴向拉伸和压缩的概念及实例 96 5.2.2 轴向拉伸和压缩时的内力 97 5.2.3 轴向拉伸和压缩时的应力 98 5.3 轴向拉伸和压缩时的变形 101 5.3.1 绝对变形胡克定律 101 5.3.2 相对变形、泊松比 102 5.4 材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能 103 5.4.1 材料的拉伸和压缩试验 103 5.4.2 低碳钢拉伸时的力学性能 104 5.4.3 其他金属材料在拉伸时的力学性能 107 5.4.4 金属材料在压缩时的力学性能 107 5.4.5 几种非金属材料的力学性能 109 5.4.6 塑性材料和脆性材料的主要区别 110 5.5 轴向拉压变形的强度条件 110 5.5.1 材料的极限应力 110 5.5.2 容许应力和安全系数 111 5.5.3 轴向拉(压)杆的强度条件和强度计算 112 典型任务 113 任务一 计算杆件轴力及画轴力图 113 任务二 轴向拉压杆件截面的应力计算 114 任务三 轴向拉压杆件的变形计算 115 任务四 轴向拉压杆件的强度计算 117 项目总结 121 项目强化 122 习题 122 项目6 杆件变形(剪切与扭转)的分析与计算 125 项目概述 125 预备知识 125 6.1 剪切与挤压的概念 125 6.1.1 剪切的概念 125 6.1.2 挤压的概念 126 6.2 剪切与挤压的实用计算 126 6.2.1 剪切的实用计算 126 6.2.2 挤压的实用计算 127 6.3 剪切的胡克定律及剪应力互等定理 128 6.3.1 剪切胡克定律 128 6.3.2 剪应力互等定理 128 6.4 圆轴扭转时的内力和应力 129 6.4.1 圆轴扭转时的内力 129 6.4.2 圆轴扭转时的应力 132 6.5 圆轴扭转时的强度条件 133 典型任务 133 任务一 杆件剪切与挤压的内力及强度计算 133 任务二 圆轴扭转的内力及强度计算 136 项目总结 137 项目强化 139 习题 139 项目7 杆件变形(弯曲)的分析与计算 143 项目概述 143 预备知识 143 7.1 弯曲的基本概念 143 7.1.1 基本概念 143 7.1.2 单跨静定梁的几种形式 144 7.2 弯曲的内力 145 7.2.1 截面法求内力 145 7.2.2 简易法求内力 146 7.2.3 用内力方程法绘制剪力图和弯矩图 147 7.2.4 微分关系法绘制剪力图和弯矩图 151 7.2.5 用叠加法画弯矩图 153 7.3 弯曲时的应力及强度计算 155 7.3.1 梁横截面上的正应力 155 7.3.2 梁横截面上的剪应力 156 7.3.3 梁的强度条件 158 7.4 弯曲的变形及刚度条件 161 7.4.1 挠度和转角 161 7.4.2 用叠加法求梁的变形 162 7.4.3 梁的刚度条件 163 7.4.4 提高梁的刚度措施 163 典型任务 164 任务一 梁的正应力强度计算 164 任务二 梁的变形及刚度计算 173 项目总结 177 项目强化 178 习题 178 项目8 杆件变形(组合变形)的分析与计算 183 项目概述 183 预备知识 183 8.1 组合变形的概念与分析方法及计算原理 183 8.2 斜弯曲问题的应力和强度条件 184 8.2.1 斜弯曲的概念 184 8.2.2 斜弯曲时杆件的内力、应力的计算 185 8.2.3 斜弯曲时的强度条件 186 8.3 拉压和弯曲组合变形的应力和强度条件 188 8.4 偏心拉压的应力和强度条件 190 8.4.1 偏心拉压的应力计算 190 8.4.2 截面核心 191 典型任务 192 任务一 斜弯曲的强度计算 192 任务二 拉伸(压缩)和弯曲组合变形的强度计算 193 任务三 偏心拉伸(压缩)的强度计算 194 项目总结 196 项目强化 197 习题 197 项目9 压杆稳定的分析 201 项目概述 201 预备知识 201 9.1 压杆稳定的概念 201 9.2 压杆稳定的临界力和临界应力 202 9.2.1 细长压杆临界力计算公式——欧拉公式 202 9.2.2 欧拉公式的适用范围 204 9.2.3 中长杆的临界力计算——经验公式、临界应力总图 205 9.3 压杆的稳定计算 207 9.3.1 压杆稳定条件 207 9.3.2 折减系数法 207 典型任务 209 任务一 压杆临界荷载与临界应力的计算 209 任务二 压杆稳定的实用计算 209 项目总结 211 项目强化 213 习题 213 项目10 静定结构的内力分析 215 项目概述 215 预备知识 216 10.1 多跨静定梁 216 10.1.1 多跨静定梁的几何组成特点 216 10.1.2 多跨静定梁的内力分析 217 10.2 静定平面刚架 218 10.2.1 静定平面刚架的分类 219 10.2.2 刚架的主要结构特征 220 10.2.3 静定平面刚架的内力分析 221 10.3 静定平面桁架 222 10.3.1 桁架的定义及组成 222 10.3.2 静定平面桁架的分类 223 10.3.3 静定平面桁架的内力计算 224 10.4 三铰拱 230 10.4.1 拱的分类与特点 230 10.4.2 三铰拱的内力分析 232 10.4.3 三铰拱的合理轴线 235 10.5 静定组合结构 235 典型任务 236 任务一 静定梁的内力计算和内力图的绘制 236 任务二 静定平面刚架的内力计算和内力图的绘制 240 任务三 桁架的内力计算 245 任务四 三铰拱的内力计算 249 任务五 静定组合结构的内力分析 252 项目总结 253 项目强化 255 习题 255 项目11 静定结构的位移计算 265 项目概述 265 预备知识 266 11.1 虚功原理及应用 266 11.1.1 虚功 266 11.1.2 变形体虚功原理 267 11.1.3 利用虚功原理求结构在荷载作用下的位移 268 11.2 静定结构在支座移动时的位移计算 271 11.3 图乘法 272 11.3.1 图乘法原理 272 11.3.2 公式应用条件及注意问题 272 典型任务 275 任务一 利用图乘法计算静定梁的位移 275 任务二 利用图乘法计算静定平面刚架的位移 276 任务三 静定平面桁架的位移计算 278 任务四 静定结构支座移动时的位移计算 279 项目总结 280 项目强化 281 习题 281 项目12 超静定结构的内力计算 283 项目概述 283 预备知识 283 12.1 超静定结构概述 283 12.1.1 静定结构和超静定结构的特点 284 12.1.2 超静定次数的确定及基本结构的取法 284 12.2 力法基本原理及典型方程 286 12.2.1 力法基本原理 286 12.2.2 力法典型方程 288 12.3 对称结构力法方程的简化 289 12.3.1 对称基本结构的选取 290 12.3.2 半刚架法 292 12.4 位移法的基本概念及典型方程 293 12.4.1 位移法的基本概念 293 12.4.2 位移法的基本未知量 297 12.4.3 位移法典型方程 299 12.5 力矩分配法的基本概念及基本原理 301 12.5.1 基本概念 301 12.5.2 力矩分配法的基本原理 303 12.5.3 力矩分配法的计算步骤 303 典型任务 304 任务一 使用力法计算超静定梁和平面刚架内力并绘制内力图 304 任务二 力法计算对称结构的内力并绘制内力图 307 任务三 位移法计算梁和平面刚架的内力并绘制内力图 309 任务四 力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架的内力并绘制内力图 315 项目总结 317 项目强化 319 习题 319 附录A 平面图形的几何性质 324 附录B 型钢表 341 附录C 部分项目习题答案 353 参考文献 363