工程管理概論章

1、2.1力與變形的基本概念一、力與力偶 力是物體間的相互作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)力是物體間的相互作用，這種作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，如生改變，如衡量力大小的單位是牛頓（衡量力大小的單位是牛頓（N N），或千牛（），或千牛（kNkN）。）。大小、方向和作用點(diǎn)大小、方向和作用點(diǎn)是力的三要素，常用箭頭是力的三要素，常用箭頭 表示。表示。F F第二章 工程力學(xué)重力W=質(zhì)量m 重力加速度 g風(fēng)力w=二分之一空氣密度 風(fēng)速 的平方浮力F=排開(kāi)的液體體積V 液體密度重力加速度 g力 兩個(gè)大小相等、方向相反且不共線兩個(gè)大小相等、方向相反且不共線的力，其整體稱為力偶。的力，其整體稱為力偶。FFl力偶臂

2、當(dāng)力偶作用于物體時(shí)，具有使之轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)。當(dāng)力偶作用于物體時(shí)，具有使之轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)。力偶的大小用力偶矩衡量，力偶的大小用力偶矩衡量，M=Fl，簡(jiǎn)稱力矩，常用，簡(jiǎn)稱力矩，常用表示；表示；力偶矩的單位：牛頓力偶矩的單位：牛頓毫米（毫米（N mm），或千牛），或千牛米米（kN m）。）。第二章 工程力學(xué)2.1力與變形的基本概念力偶第二章 工程力學(xué)二、外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力 物體外部的力稱為外力，包括兩種：主動(dòng)力和約束力。物體外部的力稱為外力，包括兩種：主動(dòng)力和約束力。主動(dòng)力主動(dòng)力：主動(dòng)地使物體運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力；主：主動(dòng)地使物體運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力；主動(dòng)力又稱為荷載。動(dòng)力又稱為荷載。 阻礙物

3、體運(yùn)動(dòng)的限制條件稱為約束；約束對(duì)于物體的作阻礙物體運(yùn)動(dòng)的限制條件稱為約束；約束對(duì)于物體的作用稱為用稱為約束力約束力，或約束反力，簡(jiǎn)稱反力。約束力的方向總，或約束反力，簡(jiǎn)稱反力。約束力的方向總是與約束所能阻止的運(yùn)動(dòng)方向相反。是與約束所能阻止的運(yùn)動(dòng)方向相反。外力2.1力與變形的基本概念第二章 工程力學(xué)二、外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力地面重力G約束力N重力G約束力T2.1力與變形的基本概念第二章 工程力學(xué)為了滿足靜力平衡條件：為了滿足靜力平衡條件： F=m a=0 F-N=0物體內(nèi)部存在與外力大小相等、方向相反的內(nèi)力。物體內(nèi)部存在與外力大小相等、方向相反的內(nèi)力。二、外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力內(nèi)力 物體內(nèi)部的力稱為

4、物體內(nèi)部的力稱為內(nèi)力內(nèi)力。2.1力與變形的基本概念外力外力外力外力外力外力內(nèi)力內(nèi)力物體物體FNFF截面截面第二章 工程力學(xué)三、變形物體形狀的變化稱為變形。有彈性變形和塑性變形之分。物體形狀的變化稱為變形。有彈性變形和塑性變形之分。2.1力與變形的基本概念當(dāng)外力消除后，能完全恢復(fù)原來(lái)形狀。當(dāng)外力消除后，能完全恢復(fù)原來(lái)形狀。彈性變形當(dāng)外力消除后仍保持受力時(shí)的形狀。當(dāng)外力消除后仍保持受力時(shí)的形狀。塑性變形 不少材料（如鋼材、木材）受力較小時(shí)，發(fā)生彈性變形；不少材料（如鋼材、木材）受力較小時(shí)，發(fā)生彈性變形；當(dāng)受力較大時(shí)出現(xiàn)塑性變形。當(dāng)受力較大時(shí)出現(xiàn)塑性變形。第二章 工程力學(xué)四、應(yīng)力與應(yīng)變2.1力與變形

5、的基本概念應(yīng)力 內(nèi)力的集度（單位面積上的內(nèi)力）稱為應(yīng)力；其中截內(nèi)力的集度（單位面積上的內(nèi)力）稱為應(yīng)力；其中截面的法向應(yīng)力稱為正應(yīng)力，用面的法向應(yīng)力稱為正應(yīng)力，用表示，表示，應(yīng)力的單位：帕應(yīng)力的單位：帕 (Pa=N/m2)，或兆帕，或兆帕MPa(N/mm2)。AF，A是截面面積。是截面面積。因應(yīng)力均勻分布因應(yīng)力均勻分布應(yīng)力外力內(nèi)力NF第二章 工程力學(xué)四、應(yīng)力與應(yīng)變FFFppFN沿截面切向分布，稱沿截面切向分布，稱為剪應(yīng)力。為剪應(yīng)力。2.1力與變形的基本概念強(qiáng)度材料破壞時(shí)的應(yīng)力稱為強(qiáng)度，一般用材料破壞時(shí)的應(yīng)力稱為強(qiáng)度，一般用f表示；常用的強(qiáng)表示；常用的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。度有抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)

6、度。第二章 工程力學(xué)四、應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)變2.1力與變形的基本概念dxduxxuxx0lim線應(yīng)變線應(yīng)變變形的程度用應(yīng)變表示。變形的程度用應(yīng)變表示。與正應(yīng)力與正應(yīng)力相對(duì)應(yīng)。相對(duì)應(yīng)。x+ux直角的改變量直角的改變量稱為剪稱為剪應(yīng)變，與剪應(yīng)變，與剪應(yīng)力應(yīng)力相對(duì)應(yīng)相對(duì)應(yīng)。第二章 工程力學(xué)四、應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系2.1力與變形的基本概念虎克定理虎克定理材料的應(yīng)變與應(yīng)力成比例關(guān)系。比例系數(shù)材料的應(yīng)變與應(yīng)力成比例關(guān)系。比例系數(shù)稱為彈性模量：稱為彈性模量：E軟鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系軟鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系彈性模量反映了材料抵抗變形的能力。彈性模量反映了材料

7、抵抗變形的能力。一、拉伸與壓縮拉伸壓縮第二章 工程力學(xué)2.2物體的基本受力狀態(tài)受一對(duì)大小相等、方向相反、作用在截面形心軸的縱向受一對(duì)大小相等、方向相反、作用在截面形心軸的縱向外力（軸向力）作用；外力（軸向力）作用；橫截面上均勻正應(yīng)力。橫截面上均勻正應(yīng)力。兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)平移，橫截面上均勻的線應(yīng)變；兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)平移，橫截面上均勻的線應(yīng)變；NNNN2.1力與變形的基本概念二、彎曲第二章 工程力學(xué)2.2物體的基本受力狀態(tài)受一對(duì)大小相等、方向相反的力偶作用，力偶方向與軸受一對(duì)大小相等、方向相反的力偶作用，力偶方向與軸線垂直；線垂直；橫截面上正應(yīng)力與離軸線的距離成正比。橫截面上正應(yīng)力與離軸線

8、的距離成正比。兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，截面上線應(yīng)變與離軸線的兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，截面上線應(yīng)變與離軸線的距離成正比；距離成正比；MM三、剪切第二章 工程力學(xué)2.2物體的基本受力狀態(tài)受一對(duì)相距很近、大小相等、方向相反的橫向外力（剪受一對(duì)相距很近、大小相等、方向相反的橫向外力（剪力）作用；力）作用；橫截面上存在剪應(yīng)力。橫截面上存在剪應(yīng)力。兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，截面上存在剪應(yīng)變；兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，截面上存在剪應(yīng)變；VV四、扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)第二章 工程力學(xué)2.2物體的基本受力狀態(tài)受一對(duì)大小相等、方向相反的力偶作用，力偶方向與軸受一對(duì)大小相等、方向相反的力偶作用，力偶方向與軸線平行；線平行；橫

9、截面上存在剪應(yīng)力。橫截面上存在剪應(yīng)力。兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，截面上存在剪應(yīng)變；兩橫截面之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，截面上存在剪應(yīng)變；水平放置構(gòu)件；主要承受彎矩和剪力，有時(shí)也承受扭矩。水平放置構(gòu)件；主要承受彎矩和剪力，有時(shí)也承受扭矩。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件一、梁（beam）受力狀態(tài) 實(shí)際結(jié)構(gòu)中，梁與其它構(gòu)件是組合在一起的，梁的變實(shí)際結(jié)構(gòu)中，梁與其它構(gòu)件是組合在一起的，梁的變形將受到與之相連的其它構(gòu)件的約束。當(dāng)對(duì)梁進(jìn)行單獨(dú)形將受到與之相連的其它構(gòu)件的約束。當(dāng)對(duì)梁進(jìn)行單獨(dú)分析時(shí)，其他構(gòu)件對(duì)他的約束用適當(dāng)?shù)闹ё鶃?lái)反映。分析時(shí)，其他構(gòu)件對(duì)他的約束用適當(dāng)?shù)闹ё鶃?lái)反映。支座2.3.1基本構(gòu)件2.2

10、物體的基本受力狀態(tài)2.1力與變形的基本概念實(shí)際情況梁端截面既不能轉(zhuǎn)動(dòng)、也不能移動(dòng)；對(duì)梁端有三個(gè)約束。實(shí)際情況梁端可轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能移動(dòng)懸臂梁計(jì)算簡(jiǎn)圖固定支座一端固定支座、一端自由約束反力約束反力簡(jiǎn)支梁計(jì)算簡(jiǎn)圖跨度l固定鉸支座可動(dòng)鉸支座連續(xù)梁（三跨）計(jì)算簡(jiǎn)圖ll2l外伸梁計(jì)算簡(jiǎn)圖第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件一、梁簡(jiǎn)支梁內(nèi)力計(jì)算R1R2R3已知簡(jiǎn)支梁跨度為l、分布荷載q。求內(nèi)力分布解：先求約束反力。三個(gè)約束反力分別用R、R、R表示。lq由靜力平衡條件：由靜力平衡條件：x，得到R1；，得到R3ql/2；y，得到R2 R3 = ql/2這種僅由靜力平衡條件即可確定支座約束反力的結(jié)構(gòu)稱為這種僅由靜

11、力平衡條件即可確定支座約束反力的結(jié)構(gòu)稱為靜定結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)；僅由靜力平衡條件無(wú)法確定支座約束反力的結(jié)；僅由靜力平衡條件無(wú)法確定支座約束反力的結(jié)構(gòu)稱為構(gòu)稱為靜不定結(jié)構(gòu)，靜不定結(jié)構(gòu)，或或超靜定結(jié)構(gòu)。超靜定結(jié)構(gòu)。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件一、梁R1R2q由y，得到R2-Vx- qx=0 Vx= ql/2-qx由Mx，得到Mx+ qxx/2-R2x=0 Mx= qlx/2-qx2/2xMxVx距離A支座為x的截面上的彎矩和剪力（內(nèi)力）分別用Mx、Vx表示。剪力圖ql/2-ql/2彎矩圖ql2/8彎矩與跨度的平方成正比。彎矩與跨度的平方成正比。矩形梁矩形梁T形梁形梁I形梁形梁箱形梁第二章 工程

12、力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件截面形狀一、梁空心板空心板實(shí)心板實(shí)心板主要承受彎矩和剪力，與梁類似。主要承受彎矩和剪力，與梁類似。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件二、板（slab）受力狀態(tài)截面形狀 矩形，寬度大于高度矩形，寬度大于高度支座除了兩端有支座（單向板、與梁類似），還可以四邊有除了兩端有支座（單向板、與梁類似），還可以四邊有支座（雙向板）。支座（雙向板）?？煽闯闪旱臄U(kuò)展。2.3.1基本構(gòu)件第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件二、板（slab）墻面板扶壁(c) 扶壁式擋土墻基礎(chǔ)底板基礎(chǔ)梁(e) 筏板基礎(chǔ)(d) 水池側(cè)板底板(f) 路面板車輛荷載柱梁樓板(a) 樓蓋梁橋面板橫隔板(b)

13、簡(jiǎn)支梁橋應(yīng)用應(yīng)用 豎向放置構(gòu)件；主要承受軸力豎向放置構(gòu)件；主要承受軸力和彎矩。和彎矩。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件三、柱(墩)（column）受力狀態(tài)截面形狀 2.3.1基本構(gòu)件矩形，寬度大于厚度的倍矩形，寬度大于厚度的倍四、墻（wall）第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件豎向放置構(gòu)件；主要承受軸力豎向放置構(gòu)件；主要承受軸力和彎矩，與柱相同。和彎矩，與柱相同。受力狀態(tài)截面形狀 可看成柱的擴(kuò)展。2.3.1基本構(gòu)件混凝土墻磚墻柱的特例，僅承受軸力，包括拉力和壓力。柱的特例，僅承受軸力，包括拉力和壓力。桿的特例，僅承受拉力。桿的特例，僅承受拉力。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件五

14、、桿（bar）六、索（cable）2.3.1基本構(gòu)件以承受壓力為主；支座需提供水以承受壓力為主；支座需提供水平推力，形狀呈曲線。平推力，形狀呈曲線。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件七、拱（arch）支座支座推力推力可看成梁的變異。2.3.1基本構(gòu)件兩個(gè)方向承受拉力；形兩個(gè)方向承受拉力；形狀呈曲面（板的變異）狀呈曲面（板的變異）兩個(gè)方向承受壓力為主；兩個(gè)方向承受壓力為主；形狀呈曲面（板的變異）形狀呈曲面（板的變異）第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件2.3.1基本構(gòu)件八、殼（shell）九、膜（menbrane）柱柱墻墻水平構(gòu)件水平構(gòu)件豎向構(gòu)件豎向構(gòu)件梁梁板板拱拱（受壓為主，呈曲線狀）變

15、異變異殼殼（雙向受壓為主）變異變異膜膜（厚度很小，雙向受拉）變異變異擴(kuò)擴(kuò)展展桿桿(僅受軸力)特例特例索索(僅受拉力)特例特例擴(kuò)擴(kuò)展展第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件2.3.1基本構(gòu)件上弦桿下弦桿腹桿由桿組成，可看成空腹的梁。由桿組成，可看成空腹的梁。第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件2.3.2組合構(gòu)件一、桁架（truss）由桿組成；可看成空腹的板由桿組成；可看成空腹的板(平面平面)或殼或殼(曲面曲面)第二章 工程力學(xué)2.3土木工程主要構(gòu)件2.3.2組合構(gòu)件二、網(wǎng)架（network）第二章 工程力學(xué)2.4土木結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題強(qiáng)度強(qiáng)度(strength)、剛度、剛度(stiffness )

16、和穩(wěn)定和穩(wěn)定( stablity )是結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題。的基本問(wèn)題。一、強(qiáng)度軸心受力構(gòu)件NNfAN 為了保證構(gòu)件在荷載作用下不發(fā)生破壞，要求截面的應(yīng)力不超過(guò)材料強(qiáng)度：AfN 或A截面面積；截面面積；f材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度2.3土木工程主要構(gòu)件2.2物體的基本受力狀態(tài)2.1力與變形的基本概念簡(jiǎn)支梁第二章 工程力學(xué)2.4土木結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題一、強(qiáng)度lq剪力圖ql/2-ql/2彎矩圖ql2/8計(jì)算簡(jiǎn)圖fWMmaxmaxW抗彎截面模量，對(duì)于矩形截面，抗彎截面模量，對(duì)于矩形截面，W=bh2/6。WfMmax或可見(jiàn)，增加截面高度可見(jiàn)，增加截面高度h比增加截面寬度比增加截面寬度b更能抵抗彎矩。更能抵抗彎矩。簡(jiǎn)

17、支梁還存在剪力，但剪力對(duì)強(qiáng)度一般不起控制作用。簡(jiǎn)支梁還存在剪力，但剪力對(duì)強(qiáng)度一般不起控制作用。第二章 工程力學(xué)2.4土木結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題二、剛度lq變形曲線跨中撓度EIql38454EI截面抗彎剛度；截面抗彎剛度；I截面截面慣性矩，對(duì)于矩形截面慣性矩，對(duì)于矩形截面I=bh3/12為滿足正常使用條件，要求滿足：為滿足正常使用條件，要求滿足：撓度與跨度四次方成正比。撓度與跨度四次方成正比。/ll/l撓度限值，一般撓度限值，一般為為1/10001/200第二章 工程力學(xué)2.4土木結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題三、穩(wěn)定lN歐拉公式：歐拉公式：為了保證平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的，要求滿足：為了保證平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的，要求滿足：cr=

18、Ncr/Af22)2( lEINcr22lEINcrlNlN22)707. 0(lEINcr第二章 工程力學(xué)2.5土木結(jié)構(gòu)的作用（荷載） 按作用性質(zhì)：間接作用和直接作用按作用性質(zhì)：間接作用和直接作用直接作用直接作用p作用的種類能在結(jié)構(gòu)中引起內(nèi)力、變形等的原因統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)的作用。 所引起的效應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身的特性密切相關(guān)，如材料收縮、溫度變形、地基沉降、地震。 直接以力的形式作用于結(jié)構(gòu)，習(xí)慣上稱為直接以力的形式作用于結(jié)構(gòu)，習(xí)慣上稱為荷載荷載。包括永。包括永久荷載、可變荷載和偶然荷載三大類。久荷載、可變荷載和偶然荷載三大類。2.4土木結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題2.3土木工程主要構(gòu)件2.2物體的基本受力狀態(tài)2.1力與

19、變形的基本概念間接作用間接作用第二章 工程力學(xué)2.5土木結(jié)構(gòu)的作用（荷載）永久荷載 作用時(shí)間作用時(shí)間基本基本貫穿整個(gè)使用年限，其量值貫穿整個(gè)使用年限，其量值基本基本不隨時(shí)不隨時(shí)間變化；如構(gòu)件和固定設(shè)備的重力荷載、土壓力、物料間變化；如構(gòu)件和固定設(shè)備的重力荷載、土壓力、物料側(cè)壓力。側(cè)壓力。可變荷載 并非始終作用，其量值隨時(shí)間變化；如樓面可變荷載、并非始終作用，其量值隨時(shí)間變化；如樓面可變荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、車輛荷載。風(fēng)荷載、雪荷載、車輛荷載。偶然荷載 在使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)量值很大、時(shí)間在使用年限內(nèi)不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)量值很大、時(shí)間很短；如爆炸、撞擊、火災(zāi)。很短；如爆炸、撞擊、火災(zāi)。

20、第二章 工程力學(xué)2.5土木結(jié)構(gòu)的作用（荷載）按作用方向：豎向荷載和水平荷載。前者如重力荷載，按作用方向：豎向荷載和水平荷載。前者如重力荷載，后者如水平風(fēng)荷載。后者如水平風(fēng)荷載。按作用的范圍：按作用的范圍：集中荷載集中荷載分布荷載分布荷載（作用在一定范圍內(nèi)）線分布荷載線分布荷載（分布的寬度可忽略）面分布荷載面分布荷載（分布在物體表面）體分布荷載體分布荷載（分布在整個(gè)物體內(nèi)部）（作用的范圍可忽略，簡(jiǎn)化為一個(gè)點(diǎn)）隨機(jī)性隨機(jī)性: :一次實(shí)驗(yàn)一次實(shí)驗(yàn)( (或觀測(cè)或觀測(cè)) )結(jié)果具有不確定性，而大量反結(jié)果具有不確定性，而大量反復(fù)實(shí)驗(yàn)又具有某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律的現(xiàn)象。復(fù)實(shí)驗(yàn)又具有某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律的現(xiàn)象。第二章 工程力學(xué)

21、2.5土木結(jié)構(gòu)的作用（荷載）p作用的特點(diǎn)荷載值kN/m290次數(shù)268131820151053樓面可變荷載統(tǒng)計(jì)結(jié)果p作用的取值 永久荷載按具有永久荷載按具有9595保證率的標(biāo)準(zhǔn)值作為其基本值；保證率的標(biāo)準(zhǔn)值作為其基本值；風(fēng)荷載、雪荷載按風(fēng)荷載、雪荷載按5050年一遇確定其基本值。年一遇確定其基本值。第二章 工程力學(xué)2.5土木結(jié)構(gòu)的作用（荷載）直方圖近似用某個(gè)分布函數(shù)代替平均值平均值50%保證率保證率標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值95%保證率保證率第二章 工程力學(xué)為了滿足靜力平衡條件：為了滿足靜力平衡條件： F=m a=0 F-N=0物體內(nèi)部存在與外力大小相等、方向相反的內(nèi)力。物體內(nèi)部存在與外力大小相等、方向相反的內(nèi)力。二、外力與內(nèi)力外力與內(nèi)力內(nèi)力 物體內(nèi)部的力稱為物體內(nèi)部的力稱為內(nèi)力內(nèi)力。2.1力與變形的基本概念外力外力外力外力外力外力內(nèi)力內(nèi)力物體物體FNFF截面截面第二章 工程力學(xué)四、應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)變2.1力與變形的基本概念dxduxxuxx