土木工程概论-第四章土木工程中基本结构概念

4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
四、外力和反力
重物的重力G，称为桥体承担的外力
G
R
R
桥体两端支座使桥体端部承 受反力R，如不计桥体自重， 则R=G/2
4.1 基本力学概念
荷载的分类 1. 永久荷载：恒载 2. 可变荷载（活载）：使用活载、车辆荷载、风载、雪载 3. 偶然载荷：撞击荷载、爆炸荷载
第四章 土木工程中的基本 结构概念
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
一、力 1、定义：力是一种物体间有方向的相互作用，这种作 用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者均有 的效应。 2、力的三要素 大小、方向、作用点。
大小
作用点
方向
重力作用示意
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
面尺寸但厚度较
小的平面构件，
水平方向设置，
地下室顶板施工过程中
承受垂直于板面
的荷载，以受弯
为主。
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
2、梁：承受垂直于其纵轴方向荷载的线形构件，其截面 尺寸小于其长向跨度，以受弯、剪为主。
梁
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
惯性作用
（地震作用）
总水平地震 作用为其总 重的5~8%
地震对建筑物的破坏
抗震设计方法与地震破坏程度
免震建筑
普通建筑物 刚性连接
免震建筑物 柔性连接
4.4 结构和结构失效
结构的构件和类型
类型 特点
受力方式
板 面积较大、厚度较小的平面构件
弯矩
梁 荷载垂直于纵轴的线性构件
弯矩、剪力
柱 荷载平行于纵轴的直线性构件
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
5、杆：承受轴向力的直线形构件，截面尺寸比长度小得 多，多用于桁架和网架结构。
杆
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
6、拱：承受沿其纵轴平面 内荷载的曲线形（或折线） 构件，其截面尺寸小于其 弧长，以受压和弯矩、剪 力为主。
地基和基础
结构所 受荷载
结构的形 式、规模
基础
地基
建筑物的一部分 建筑物周围的土层
基础形 式大小
承载力 的大小
岩石 砂土 粘性土 人工填土
地基
浅地基：独立、条形、箱形基础 深地基：桩基础、沉箱基础
地基承载力：地基单位面积上所能够承受的最大荷载
kN/m2、kPa
结构的失效
破坏：荷载 〉承载能力 失稳：细长构件的压屈 过大的变形：挠度、裂缝 倾覆或滑移：失去平衡 材料失去耐久性：生锈、腐蚀
五、内力
2、剪力（V）
除弯矩外，桥体内还存在剪力，使桥体产生剪
切变形。
F(V)
F(V)
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
五、内力 3、轴力（N）
当一物体受到外力F时，物体被拉长，产生拉伸 变形，即物体内存在拉力（+N）。
F(+N)
F(-N)
F(+N)
F(-N)
相反，可产生压力（-N）
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
五、内力 4、扭矩（MT）
当一两端固定的物体受到偏心外力F时，物体内 产生扭矩，发生扭曲变形。
F
固定端
扭曲变形
4.1 基本力学概念
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
一、构件的作用
结构构件的作用：承担作用在结构中产生的内力。
二、基本结构构件 1、板：有较大平
索
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
9、膜：以薄膜材料制成的构件，只能承受拉力。
由涂有 PVC层的聚脂 纤维制成的模结构
4.2 基本结构构件
外力作来自百度文库使结构内部产生内力和变形
约束变形作用：温差作用 外加变形作用：地基的沉陷作用 惯性作用：地震作用
约束变形作用
二、基本结构构件
3、柱：承受平行于其纵轴方向荷载的直线形构件，其截 面尺寸小于其高度，以受压力、弯矩为主。
柱
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
4、墙：承受平行或垂直于墙面方向荷载的竖向构件，其 厚度小于墙面尺寸，荷载平行于墙面时，以受压为主；垂 直于墙面时，以受弯、剪为主。
二、力矩
固定悬挂点
物 体 （ 长
则转动效应可量化为力 与力的作用线到悬挂点 垂直距离的乘积，即 F*L，这个转动效应称 为力矩（弯矩），一般 用M表示，M= F*L
L)
力F
力使物体转动
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
三、平衡 1、移动平衡：当物体受到两个大小相等、方向相反、 且力的作用线在同一直线上的力时，物体处于原有状态， 不会发生移动，即移动平衡（力的平衡）。 2、转动平衡：力矩既可以使物体顺时针转动，也可以 使物体逆时针转动，当两个方向转动效应之和为零时， 物体处于转动平衡状态（力矩平衡）。
（温差作用）
法国戴高乐机场候机楼 内部混凝土薄壳结构，外部钢 结构支撑冷暖变化使外部钢结 构每天变形1-2厘米，混凝土 薄壳部位不断受到磨损，导致 穿透并塌落。
约束变形作用
（温差作用+地基沉陷作用）
中国体育博物馆 95%的墙体与80%的楼板裂缝贯通， 开裂原因主要是砌墙用的建材强度 不够，受温度影响发生变形以及受 力不均导致地基不均匀沉降。
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
7、壳：一种曲面形具有很好空间传力性能的构件，能以 极小厚度覆盖大跨度空间，以受压力为主。
双曲面网壳结构
蒙特利尔体育馆
4.2 基本结构构件
第四章 土木工程中的基本结构概念
二、基本结构构件
8、索：以柔性受拉钢索组成的构件，直线或曲线形。
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五、内力
内力(Internal Forces)
弹性体受力后，由于变形，其内部各点均会 发生相对位移，因而产生相互作用力。
F1
F2
F3
Fn
第四章 土木工程中的基本结构概念
五、内力 1、弯矩（M）
M
M
在重物作用下，桥体下部受拉、上部受压， 产生弯曲，说明桥体内有弯矩存在。
4.1 基本力学概念
第四章 土木工程中的基本结构概念
压力、弯矩
墙 受平行或垂直于墙面的竖向平面构件 压力、弯矩
杆 承受轴向力的直线性构件
拉力、压力
拱 受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件 压力、弯矩
壳 曲面形、小厚度、大跨度
压力
索 柔性钢索
拉力
膜 薄膜材料
拉力
典型结构
① 墙体结构 ② 框架结构 ③ 框架-筒体结构 ④ 错列桁架结构 ⑤ 网架结构 ⑥ 拱结构 ⑦ 壳体结构 ⑧ 空间折板结构 ⑨ 钢索结构