3.5+3.6 直杆轴向拉、压的变形+直杆轴向拉、压在工程中的应用（课件）-《土木工程力学基础》同步精品课堂（高教版-第3版）

3.5+3.6 直杆轴向拉、压的变形+ 直杆轴向拉、压在工程中的应用 土木工程力学基础 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 掌握弹性变形与塑性变形的区别；掌握胡克定律表达式。 能力目标 使学生能够结合直杆轴向拉、压的性能，在工程中合理选用构件。 情感目标 培养一丝不苟的工匠精神，提升学生的学习兴趣、自信心和合作意识。 三维目标 构施工图，掌握图 知识点复习与回顾 ？ 1.极限应力和许用应力的概念； 2.轴向拉、压杆的强度条件表达式； 3.危险截面概念。 你了解什么是建筑结构？生活中你见过哪些常见的结构？ 问题引入——学会观察和总结 情境引入 1）、以小组为单位回答问题。 2）、每组派出代表回答老师提问 3）、学生分组相互评价 4）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 取一根弹簧和一块橡皮泥，分别用手拉一下后放开，试观察它们的变形有何不同。 它们的变形量大小与哪些因素有关呢？ 探索新知 一、弹性变形与塑性变形 杆件有两种变形，分别是弹性变形和塑性变形，下面一起进行学习。 杆件在外力作用下发生变形，随着外力撤消即随之消失的变形称为弹性变形。上述实验中，当手拉弹簧的拉力不大时放开，弹簧可以完全恢复原状，表现为弹性性质。 当外力撤消时不消失或不完全消失而残留下来的变形称为塑性变形。当手拉橡皮泥后放开时，发现橡皮泥拉长了，这部分拉长而不能恢复的变形就是塑性变形。 土木工程中，通常要求构件所能承受的荷载限定在弹性变形范围内。 探索新知 探索新知 二、胡克定律 （一）纵向变形 （二）线应变 （三）胡克定律 （一）纵向变形 如图3-15所示，杆件在轴向拉力作用下产生伸长变形，设杆件原长为l，变形后长度为l1，则纵向变形为 Δl=l1-l 规定拉伸时Δl为正，反之为负。其常用单位为 mm（毫米）。 探索新知 （二）线应变 为了消除杆长对变形的影响，常用单位长度的变形来描述杆件变形的程度，单位长度的变形称为线应变，用ε表示，其表达式为 ε= Δl / l 规定拉伸时ε为正，反之为负。线应变量纲为1。 探索新知 （三）胡克定律 实验表明：在弹性受力范围内，杆件的纵向变形与杆件所受的轴力及杆件长度成正比，与杆件的截面面积成反比，这就是胡克定律。其表达式为 Δl = （3-3） 若将= FN/ A和ε= Δl / l代入式（3-3）可得 σ= Εε （3-4） 探索新知 式（3-4）是胡克定律的另一种表达形式。它表明：在弹性受力范围内，应力与应变成正比。 式（3-3）与式（3-4）中，E称为材料的弹性模量，与材料的性质有关，由实验测定，它反映了某种材料抵抗变形的能力。在国际单位制中，弹性模量的常用单位为MPa（兆帕）。 探索新知 学习新知 三、工程中常见轴向受拉或受压构件分析 道路与桥梁工程中，常见的轴向受拉或受压构件分析。 学习新知 应用分析：自从1955年瑞典建成第一座现代化的斯特伦松德桥（斜拉桥）以来，世界各国相继修建了数量众多的斜拉桥。在图3-16a、b所示的某斜拉桥中，钢质拉索就属于轴向受拉构件。在施工与使用过程中，要采取有效的措施（如对钢索外加防护套、内注水泥浆）防止钢索发生锈蚀。在道路与桥梁工程中许多桥墩属于轴向受压构件，其截面通常采用圆形（图3-16c）或方形。由于桥墩是轴向受压构件，故其纵向受力钢筋沿周边均匀分布（图3-16d）。 学习新知 学习新知 钢结构中，常见的轴向受拉或受压构件分析。 应用分析：大跨度钢屋架结构由于具有自重小、强度高、无污染等优点，在建筑工程中得到了广泛应用。目前，钢屋架结构中最常用的是网架结构（图 3-17a、b）。钢网架结构由一些钢结构杆件通过球形结点连接，杆件可以绕球形结点做微小的转动。在计算杆件内力时，球形结点可以简化为圆柱铰链连接，因此，每根连接的杆件都可以看成二力杆，通常处于上面的杆（上弦杆）受压，下边的杆（下弦杆）受拉。 学习新知 钢结构桥梁（图 3-17c）一般用型钢通过焊接或螺栓连接，结构受力特点和网架结构类似，杆件也可绕结点做微小的转动，计算时结点简化为圆柱铰链连接。各根通过结点连接的杆件可看成二力杆，通常上弦杆受压，下弦杆受拉。为保证桥梁的稳定性和安全性，在施工过程中，必须保证结点的施工质量和桥梁的垂直度、水平度等。 学习新知 四、动荷载在轴向受压构件中的应用 前面研究的构件上作用的荷载都是静荷载，即在施加荷载时，由零缓慢增加到最终值并在以后保持不变或变化很小的荷载，如自重、土压力等。 学习新知 工程实际中还存在着动荷载作用。当构件所受荷载的大小、位置或方向随时间迅速变化时，能产生明显的加速度，这种荷载称为动荷载，如起重机吊重物加速上升时吊绳对重物的拉力，打桩时重锤对桩的冲击荷载等。 某房屋工程为预应力混凝土管桩基础，采用锤击沉