建筑力學

目 錄 緒論 1 一、建筑力學內容簡介 1 二、建筑力學的作用 1 三、學習建筑力學的目的 3 項目1 靜力學基本知識 5 項目概述 5 預備知識 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 剛體和變形體 7 1.3 靜力學公理 8 項目總結 10 項目強化 11 思考題 11 習題 11 項目2 構件的受力分析 13 項目概述 13 預備知識 13 2.1 約束與約束反力 13 2.1.1 約束和約束反力的概念 13 2.1.2 幾種常見約束及其約束反力 14 2.2 工程結構的計算簡圖及分類 18 2.2.1 結構計算簡圖 18 2.2.2 荷載的分類 21 2.2.3 桿系結構的分類 22 2.3 物體的受力分析與受力圖 24 2.3.1 脫離體和受力圖 24 2.3.2 畫受力圖的步驟及注意事項 24 典型任務 25 任務 構件的受力分析及受力圖 25 項目總結 29 項目強化 30 思考題 30 習題 31 項目3 平面體系的幾何組成分析 33 項目概述 33 預備知識 34 3.1 自由度和約束 34 3.1.1 剛片 34 3.1.2 自由度 34 3.1.3 約束 35 3.2 幾何不變體系的基本組成規(guī)則 37 3.2.1 二元體概念及規(guī)則 37 3.2.2 兩剛片規(guī)則 38 3.2.3 三剛片規(guī)則 38 3.3 靜定結構與超靜定結構 40 典型任務 40 項目總結 43 項目強化 44 習題 44 項目4 靜定結構的平衡計算 45 項目概述 45 預備知識 45 4.1 平面匯交力系 45 4.1.1 平面匯交力系的合成 46 4.1.2 平面匯交力系的平衡條件 48 4.2 平面力對點之矩與平面力偶 50 4.2.1 力對點之矩與合力矩定理 50 4.2.2 平面力偶 51 4.3 平面一般力系 54 4.3.1 平面一般力系的簡化 55 4.3.2 平面一般力系的平衡條件 59 4.4 物體系統(tǒng)的平衡 61 4.4.1 靜定與靜不定問題 61 4.4.2 物體系統(tǒng)的平衡 62 4.4.3 求解物系平衡問題的步驟 62 典型任務 63 任務一 力在坐標軸上的投影 63 任務二 平面力系向一點的簡化 63 任務三 平面力系的平衡問題 67 任務四 平面桿系結構的平衡計算 78 項目總結 81 項目強化 83 思考題 83 習題 85 項目5 桿件變形(軸向拉伸與壓縮)的分析與計算 91 項目概述 91 預備知識 91 5.1 材料力學基本概念 91 5.1.1 材料力學的任務 91 5.1.2 材料力學的變形及基本假設 93 5.1.3 桿件的內力、應力、變形與應變 93 5.2 軸向拉伸和壓縮時的內力與應力 96 5.2.1 軸向拉伸和壓縮的概念及實例 96 5.2.2 軸向拉伸和壓縮時的內力 97 5.2.3 軸向拉伸和壓縮時的應力 98 5.3 軸向拉伸和壓縮時的變形 101 5.3.1 絕對變形胡克定律 101 5.3.2 相對變形、泊松比 102 5.4 材料在軸向拉伸與壓縮時的力學性能 103 5.4.1 材料的拉伸和壓縮試驗 103 5.4.2 低碳鋼拉伸時的力學性能 104 5.4.3 其他金屬材料在拉伸時的力學性能 107 5.4.4 金屬材料在壓縮時的力學性能 107 5.4.5 幾種非金屬材料的力學性能 109 5.4.6 塑性材料和脆性材料的主要區(qū)別 110 5.5 軸向拉壓變形的強度條件 110 5.5.1 材料的極限應力 110 5.5.2 容許應力和安全系數 111 5.5.3 軸向拉(壓)桿的強度條件和強度計算 112 典型任務 113 任務一 計算桿件軸力及畫軸力圖 113 任務二 軸向拉壓桿件截面的應力計算 114 任務三 軸向拉壓桿件的變形計算 115 任務四 軸向拉壓桿件的強度計算 117 項目總結 121 項目強化 122 習題 122 項目6 桿件變形(剪切與扭轉)的分析與計算 125 項目概述 125 預備知識 125 6.1 剪切與擠壓的概念 125 6.1.1 剪切的概念 125 6.1.2 擠壓的概念 126 6.2 剪切與擠壓的實用計算 126 6.2.1 剪切的實用計算 126 6.2.2 擠壓的實用計算 127 6.3 剪切的胡克定律及剪應力互等定理 128 6.3.1 剪切胡克定律 128 6.3.2 剪應力互等定理 128 6.4 圓軸扭轉時的內力和應力 129 6.4.1 圓軸扭轉時的內力 129 6.4.2 圓軸扭轉時的應力 132 6.5 圓軸扭轉時的強度條件 133 典型任務 133 任務一 桿件剪切與擠壓的內力及強度計算 133 任務二 圓軸扭轉的內力及強度計算 136 項目總結 137 項目強化 139 習題 139 項目7 桿件變形(彎曲)的分析與計算 143 項目概述 143 預備知識 143 7.1 彎曲的基本概念 143 7.1.1 基本概念 143 7.1.2 單跨靜定梁的幾種形式 144 7.2 彎曲的內力 145 7.2.1 截面法求內力 145 7.2.2 簡易法求內力 146 7.2.3 用內力方程法繪制剪力圖和彎矩圖 147 7.2.4 微分關系法繪制剪力圖和彎矩圖 151 7.2.5 用疊加法畫彎矩圖 153 7.3 彎曲時的應力及強度計算 155 7.3.1 梁橫截面上的正應力 155 7.3.2 梁橫截面上的剪應力 156 7.3.3 梁的強度條件 158 7.4 彎曲的變形及剛度條件 161 7.4.1 撓度和轉角 161 7.4.2 用疊加法求梁的變形 162 7.4.3 梁的剛度條件 163 7.4.4 提高梁的剛度措施 163 典型任務 164 任務一 梁的正應力強度計算 164 任務二 梁的變形及剛度計算 173 項目總結 177 項目強化 178 習題 178 項目8 桿件變形(組合變形)的分析與計算 183 項目概述 183 預備知識 183 8.1 組合變形的概念與分析方法及計算原理 183 8.2 斜彎曲問題的應力和強度條件 184 8.2.1 斜彎曲的概念 184 8.2.2 斜彎曲時桿件的內力、應力的計算 185 8.2.3 斜彎曲時的強度條件 186 8.3 拉壓和彎曲組合變形的應力和強度條件 188 8.4 偏心拉壓的應力和強度條件 190 8.4.1 偏心拉壓的應力計算 190 8.4.2 截面核心 191 典型任務 192 任務一 斜彎曲的強度計算 192 任務二 拉伸(壓縮)和彎曲組合變形的強度計算 193 任務三 偏心拉伸(壓縮)的強度計算 194 項目總結 196 項目強化 197 習題 197 項目9 壓桿穩(wěn)定的分析 201 項目概述 201 預備知識 201 9.1 壓桿穩(wěn)定的概念 201 9.2 壓桿穩(wěn)定的臨界力和臨界應力 202 9.2.1 細長壓桿臨界力計算公式——歐拉公式 202 9.2.2 歐拉公式的適用范圍 204 9.2.3 中長桿的臨界力計算——經驗公式、臨界應力總圖 205 9.3 壓桿的穩(wěn)定計算 207 9.3.1 壓桿穩(wěn)定條件 207 9.3.2 折減系數法 207 典型任務 209 任務一 壓桿臨界荷載與臨界應力的計算 209 任務二 壓桿穩(wěn)定的實用計算 209 項目總結 211 項目強化 213 習題 213 項目10 靜定結構的內力分析 215 項目概述 215 預備知識 216 10.1 多跨靜定梁 216 10.1.1 多跨靜定梁的幾何組成特點 216 10.1.2 多跨靜定梁的內力分析 217 10.2 靜定平面剛架 218 10.2.1 靜定平面剛架的分類 219 10.2.2 剛架的主要結構特征 220 10.2.3 靜定平面剛架的內力分析 221 10.3 靜定平面桁架 222 10.3.1 桁架的定義及組成 222 10.3.2 靜定平面桁架的分類 223 10.3.3 靜定平面桁架的內力計算 224 10.4 三鉸拱 230 10.4.1 拱的分類與特點 230 10.4.2 三鉸拱的內力分析 232 10.4.3 三鉸拱的合理軸線 235 10.5 靜定組合結構 235 典型任務 236 任務一 靜定梁的內力計算和內力圖的繪制 236 任務二 靜定平面剛架的內力計算和內力圖的繪制 240 任務三 桁架的內力計算 245 任務四 三鉸拱的內力計算 249 任務五 靜定組合結構的內力分析 252 項目總結 253 項目強化 255 習題 255 項目11 靜定結構的位移計算 265 項目概述 265 預備知識 266 11.1 虛功原理及應用 266 11.1.1 虛功 266 11.1.2 變形體虛功原理 267 11.1.3 利用虛功原理求結構在荷載作用下的位移 268 11.2 靜定結構在支座移動時的位移計算 271 11.3 圖乘法 272 11.3.1 圖乘法原理 272 11.3.2 公式應用條件及注意問題 272 典型任務 275 任務一 利用圖乘法計算靜定梁的位移 275 任務二 利用圖乘法計算靜定平面剛架的位移 276 任務三 靜定平面桁架的位移計算 278 任務四 靜定結構支座移動時的位移計算 279 項目總結 280 項目強化 281 習題 281 項目12 超靜定結構的內力計算 283 項目概述 283 預備知識 283 12.1 超靜定結構概述 283 12.1.1 靜定結構和超靜定結構的特點 284 12.1.2 超靜定次數的確定及基本結構的取法 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 對稱結構力法方程的簡化 289 12.3.1 對稱基本結構的選取 290 12.3.2 半剛架法 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 力矩分配法的計算步驟 303 典型任務 304 任務一 使用力法計算超靜定梁和平面剛架內力并繪制內力圖 304 任務二 力法計算對稱結構的內力并繪制內力圖 307 任務三 位移法計算梁和平面剛架的內力并繪制內力圖 309 任務四 力矩分配法計算連續(xù)梁和無側移剛架的內力并繪制內力圖 315 項目總結 317 項目強化 319 習題 319 附錄A 平面圖形的幾何性質 324 附錄B 型鋼表 341 附錄C 部分項目習題答案 353 參考文獻 363