项目2地基加固处理施工.ppt

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1、项目项目2 2 从结构计算简图到研究从结构计算简图到研究对象的受力图对象的受力图1.掌握力的概念和作用效应；掌握力的概念和作用效应；2.掌握静力学基本公理；掌握静力学基本公理；3.掌握脱离体和受力图的概念；掌握脱离体和受力图的概念；4.会画单个物体的受力图；会画单个物体的受力图；5.掌握约束和约束反力概念，会作常掌握约束和约束反力概念，会作常见支座的计算简图和约束反力。见支座的计算简图和约束反力。典型任务典型任务作结构的受力分析图作结构的受力分析图任务任务2.1 2.1 力、力系、力的基本性质力、力系、力的基本性质 力的概念是人们在长期的生产劳动和日常生活中逐力的概念是人们在长期的生产劳动和日

2、常生活中逐步建立起来的。步建立起来的。力是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的力是物体之间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。运动状态或形状发生改变。力使物体运动状态发生改变，称为力的外效应。而力使物体运动状态发生改变，称为力的外效应。而力使物体形状发生改变，称为力的内效应。力使物体形状发生改变，称为力的内效应。在分析物体受力情况时，必须分清哪个是受力物体，在分析物体受力情况时，必须分清哪个是受力物体，哪个是施力物体。哪个是施力物体。2.1.1 力的概念力的概念（归纳上节课的讨论）（归纳上节课的讨论）实践证明，力对物体的作用效应决定于三个要素：实践证明，力对物体的作用效

3、应决定于三个要素：(1)力的大小；力的大小；(2)力的方向；力的方向；(3)力的作用点。这三个力的作用点。这三个要素称为要素称为力的三要素力的三要素。力的大小力的大小是指物体间相互作用的强弱程度。是指物体间相互作用的强弱程度。力的方向力的方向包含方位和指向两个含义。包含方位和指向两个含义。力的作用点力的作用点是指力对物体作用的位置。是指力对物体作用的位置。作用于一点的力，称为作用于一点的力，称为集中力集中力。在力的三要素中，当其中任一要素发生改变时，在力的三要素中，当其中任一要素发生改变时，力对物体的作用效应也随之改变。力对物体的作用效应也随之改变。力的三要素力的三要素 力是一个具有大小和方向

4、的量，所以力是一个具有大小和方向的量，所以力是矢量力是矢量。图示时，通常用一条带箭头的有向线段来表示。图示时，通常用一条带箭头的有向线段来表示。线段的长度线段的长度(按选定的比例尺按选定的比例尺)表示表示力的大小力的大小；线段；线段的方位和箭头的指向表示的方位和箭头的指向表示力的方向力的方向；线段的起点或终；线段的起点或终点表示点表示力的作用点力的作用点。通过力的作用点沿力的方向的直线，称为通过力的作用点沿力的方向的直线，称为力的作力的作用线用线。如图如图2.1.1所示。所示。力的图示法力的图示法图图2.1.12.1.2 2.1.2 力系的概念力系的概念 力系力系作用在物体上的一群力作用在物体

5、上的一群力 按力的作用线分布：平面力系和空间力系；按力的作用线分布：平面力系和空间力系；按力的作用线关系：汇交力系、平行力系和任意力系。力偶按力的作用线关系：汇交力系、平行力系和任意力系。力偶系系.按力的作用效应可以分为等效力系和平衡力系等按力的作用效应可以分为等效力系和平衡力系等 等效力系等效力系如果某一力系对物体产生的效应，可以用另外一如果某一力系对物体产生的效应，可以用另外一个力系来代替，则这两个力系称为等效力系个力系来代替，则这两个力系称为等效力系 平衡力系平衡力系若刚体在某力系作用下保持平衡，则该力系称若刚体在某力系作用下保持平衡，则该力系称为平衡力系为平衡力系 把一个力系用与之等效

6、的另一个力系代替把一个力系用与之等效的另一个力系代替力系的力系的等效等效替换替换。一个复杂力系用一个简单力系等效替换的过程一个复杂力系用一个简单力系等效替换的过程力系的力系的简化简化。若一个力系可用一个力等效替换，则该力叫若一个力系可用一个力等效替换，则该力叫合力合力；力系中的各力叫力系中的各力叫分力分力。1.1.二力平衡公理二力平衡公理 作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡充分和必要的作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡充分和必要的条件是，这条件是，这两个力大小相等两个力大小相等，方向相反方向相反，作用在同一条直线上作用在同一条直线上 工程中工程中只受两个力作用只受两个力作用而而平衡平衡的构

7、件称为二力杆。的构件称为二力杆。2.1.3 力的基本性质力的基本性质二力平衡的应用二力平衡的应用 在作用于在作用于刚体刚体上的任意力系中，加上或去掉一个平衡力上的任意力系中，加上或去掉一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果（外效应）。系，不改变原力系对刚体的作用效果（外效应）。推论推论1 1力的可传性原理力的可传性原理 作用于作用于刚体刚体上的力可沿其作用线移动到上的力可沿其作用线移动到刚体内刚体内任意一点，任意一点，而不会改变该力对刚体的而不会改变该力对刚体的作用效果作用效果。2.加减平衡力系公理加减平衡力系公理对于刚体来说，力的作用点在作用线上的位置已不是对于刚体来说，力的作用点在作用

8、线上的位置已不是决定其作用效果的要素，力的三要素可表示为：力决定其作用效果的要素，力的三要素可表示为：力的大小、方向和作用线的大小、方向和作用线。力的可传性只适用于同一个刚体，不适用于两个刚体，力的可传性只适用于同一个刚体，不适用于两个刚体，也不适用于变形体。也不适用于变形体。3.作用与反作用定律作用与反作用定律作用力与反作用力作用力与反作用力大小相等大小相等，方向相反方向相反，沿同一直线沿同一直线且且分别作用在分别作用在两个两个相互作用的物体上。相互作用的物体上。教材图教材图2-6注意区别它与二力平衡公理注意区别它与二力平衡公理4、力的平行四边形法则、力的平行四边形法则力的三角形法则力的三角

9、形法则推论推论 三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理 一刚体受不平行的三个力作用而平衡时，此三力一刚体受不平行的三个力作用而平衡时，此三力的作用线必共面且汇交于一点。的作用线必共面且汇交于一点。补充两种约束形式补充两种约束形式1.1.理解力矩和力偶的概念理解力矩和力偶的概念 2.2.会熟练会熟练 计算力对点之矩计算力对点之矩 3.3.掌握合力矩定理掌握合力矩定理 4.4.牢固掌握力偶的性质牢固掌握力偶的性质 5.5.平面力偶系合成的方法及平衡条件平面力偶系合成的方法及平衡条件 任务任务2.2 力矩、力偶力矩、力偶教学目标：教学目标：2.2.1.1 力对点之矩力对点之矩1、概念、概念力可以使刚体移动

10、，也可以使刚体转动。力对刚体的移动效力可以使刚体移动，也可以使刚体转动。力对刚体的移动效应取决于力的三要素。力对刚体的转动效应取决于什么呢？应取决于力的三要素。力对刚体的转动效应取决于什么呢？力矩力矩力和力臂的乘积力和力臂的乘积正负号的规定：逆正顺负正负号的规定：逆正顺负力矩的性质力矩的性质（1 1）力沿其作用线移动，不改变它对）力沿其作用线移动，不改变它对点的矩点的矩（2 2）当力的作用过矩心时，力矩为零）当力的作用过矩心时，力矩为零（3 3）力对点之矩与矩心位置有关。）力对点之矩与矩心位置有关。单位：单位：NmKNmMO(F)=FddF例例 求图中荷载对求图中荷载对A A、B B两点之矩两

11、点之矩(a)(b)解：解：图（图（a a）：）：MA=-82=-16 kN m MB=82=16 kN m图（图（b）：）：MA=-421=-8 kN m MB=421=8 kN m 定理：平面汇交力系的合力对其平面内任一点的矩等定理：平面汇交力系的合力对其平面内任一点的矩等于所有各分力对同一点之矩的代数和。于所有各分力对同一点之矩的代数和。2.2.1.2 2.2.1.2 合力矩定理合力矩定理上式称为合力矩定理。合上式称为合力矩定理。合力矩定理建立了合力对点之矩力矩定理建立了合力对点之矩与分力对同一点之矩的关系。与分力对同一点之矩的关系。这个定理也适用于有合力的其这个定理也适用于有合力的其它力

12、系。它力系。Mo(FR)Mo(F)例例3 31 1试计算力对试计算力对A A点之矩。点之矩。解本题有两种解法。解本题有两种解法。方法一：方法一：按按力矩的定义计算力矩的定义计算由图中几何关系有：由图中几何关系有：d=ADsind=ADsin =(AB-DB)sin =(AB-DB)sin =(AB-BCctg)sin=(AB-BCctg)sin =(a-bctg=(a-bctg)sin)sin =asin =asin-bcos-bcos 所以所以M MA A(F)=F(F)=Fd d=F(asin=F(asin-bcos-bcos)（2 2）根据合力矩定理计算。）根据合力矩定理计算。将力将力F

13、 F在在C C点分解为两个正交点分解为两个正交的分力，由合力矩定理可得的分力，由合力矩定理可得m mA A(F)=m(F)=mA A(F(Fx x)+m mA A(F(Fy y)=F Fx xb+Fb+Fy ya a=F(bcosF(bcos-asinasin)=F(asin=F(asin-bcos-bcos)当力臂不易确定时，用后一种当力臂不易确定时，用后一种方法较为简便。方法较为简便。方法二：方法二：2.2.22.2.2力偶力偶2.2.2.1 2.2.2.1 力偶力偶矩力偶力偶矩在日常生活和工程实际中经常见到物体受到两个大小相等、方向相反，在日常生活和工程实际中经常见到物体受到两个大小相等

14、、方向相反，但不在同一直线上的两个平行力作用的情况。但不在同一直线上的两个平行力作用的情况。例如例如（图（图a a）司机转动驾）司机转动驾驶汽车时两手作用在方驶汽车时两手作用在方向盘上的力向盘上的力；（图（图b b）工人用丝锥）工人用丝锥攻螺纹时两手加在扳手攻螺纹时两手加在扳手上的力上的力；（图（图c c）以及用两个）以及用两个手指拧动水龙头所加的手指拧动水龙头所加的力等等。力等等。1力偶：在力学中把这样一对等值、反向而不共线的平行力称为力偶，用符号力偶：在力学中把这样一对等值、反向而不共线的平行力称为力偶，用符号(F,F)表示。表示。两个力作用线之间的垂直距离称为力偶臂，两个力作用线之间的垂

15、直距离称为力偶臂，两个力作用线所决定的平面称为力偶的作用面。两个力作用线所决定的平面称为力偶的作用面。作为力偶对物体转动效应的量度，称为力偶矩，作为力偶对物体转动效应的量度，称为力偶矩，用用m m或或m m(F F,F F)表示。表示。在平面问题中，将力偶中在平面问题中，将力偶中的一个力的大小和力偶臂的乘积冠以正负号，的一个力的大小和力偶臂的乘积冠以正负号，如如图所示图所示，2力偶矩力偶矩：即即m(F)Fd=2ABC 通常规定：力偶使物体逆时针方通常规定：力偶使物体逆时针方向转动时，力偶矩为正，反之为向转动时，力偶矩为正，反之为负。负。在国际单位制中，力矩的单位在国际单位制中，力矩的单位是牛顿

16、是牛顿米（米（Nm）或千牛顿）或千牛顿米米（kNm）。）。力和力偶是静力学中两个基本要素。力力和力偶是静力学中两个基本要素。力偶与力具有不同的性质：偶与力具有不同的性质：（1 1）力偶不能简化为一个力，即力偶不）力偶不能简化为一个力，即力偶不能用一个力等效替代。因此力偶不能与能用一个力等效替代。因此力偶不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡。一个力平衡，力偶只能与力偶平衡。（2 2）力偶对其作用在平面内任一点的矩）力偶对其作用在平面内任一点的矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关。恒等于力偶矩，与矩心位置无关。2.2.2.2 2.2.2.2 力偶的基本性质力偶的基本性质（3 3）在同一平面内的两个力偶，只要两力在同一平面内的两个力偶，只要两力偶的力偶矩的代数值相等，则这两个力偶相等。偶的力偶矩的代数值相等，则这两个力偶相等。这就是平面力偶的等效条件。这就是平面力偶的等效条件。根据力偶的等效性，可得出下面两个推论：根据力偶的等效性，可得出下面两个推论：推论推论1 1力偶可在其作用面内任意移动和转动，力偶可在其作用面内任意移动和转动，而不会改变它对物体的效应。而不会改变它对物体的效应。推论推论2 2