2.1力、力系、荷载(课件）-《土木工程力学基础》同步教学（化学工业出版社）

第二章 静力学基本知识 知识目标： 理解静力学基本公理及推论 掌握力偶的性质、合力矩定理及力的平移定理 熟悉工程中常用的约束类型及其相应的约束反力 掌握单个物体和物体系统的受力图画法 能力目标： 能阐述力的概念和静力学基本公理 熟练掌握力矩的计算及合力矩定理的应用 能叙述力的平移定理 能熟练画出单个物体和物体系统的受力图 第二章 力、力系、荷载 第一节 静力学公理 第二节 力矩与力偶 第三节 约束和约束反力 第四节 物体的受力分析 第五节 第一节　力、力系、荷载 　　 返回 下一页 上一页 一、力 　　(一)定义 　　力是物体间的相互机械作用。这种作用使物体的运动状态或形状发生变化。 　　力对物体的作用结果称为力的效应。力对物体产生两种效应，一是使物体的机械运动状态发生改变，称为力的运动效应（或外效应）；二是使物体的形状发生改变，称为力的变形效应（或内效应）。 　　(二)力的三要素 　　力的大小、方向和作用点称为力的三要素。力的大小表示物体相互间机械作用的强弱程度；力的方向表示物体间的相互作用具有方向性，具体指力的方位和指向；力的作用点表示力在物体上的作用位置。力的三要素中的任何一个要素发生改变，力的作用效果将随之发生变化。要准确表达一个力，就必须将力的大小、方向和作用点都表示出来。 返回 下一页 上一页 返回 下一页 上一页 一、力 　　(三)力的表示方法 　　力是既有大小又有方向的矢量，通常用一个带箭头的有向线段来表示力的三要素，如图2-1所示。线段AB的长度（按一定比例尺绘出）表示力的大小，线段的方位和箭头的指向表示力的方向；线段的始端或终端表示力的作用点。通过力的作用点并沿着力的方位的直线（一般用虚线表示），称为力的作用线。 　　力是矢量通常用黑体字母 F 表示，而力的大小是标量通常用普通字母 F 表示。 　　(四)力的单位 　　在国际单位制（SI）中，力的单位是牛顿（N）或千牛顿（kN）,其换算关系为1kN=1000N。 图2-1 　　作用于物体上的一群力称为力系。 　　如果一个物体在两个力系分别作用下其效应相同，则称这两个力系为等效力系。 　　如果一个力与一个力系等效，则称此力为该力系的合力，而该力系中的各力称为此力的分力。 　　在不改变作用效果的前提下，用一个简单力系等效替代复杂力系的过程，称为力系的简化。对力系进行简化是静力学的主要任务之一。 　　如果物体在一个力系的作用下处于平衡，则称该力系为平衡力系。使一个力系成为平衡力系的条件，称为力系的平衡条件。研究刚体的平衡条件是静力学的另一主要任务。 　　工程中常见的力系，按其作用线所在的位置，分为平面力系和空间力系；按其作用线的相互关系，分为平行力系、汇交力系和一般力系。 二、力系 返回 下一页 上一页 三、荷载 　　工程上把主动作用于结构或构件的外力称为荷载。 　　荷载常用的分类方法有： 　　（一）按分布情况把荷载分为集中荷载和分布荷载两类 ； 　　（二）按作用时间把荷载分为永久荷载（也称恒荷载）和可变荷载（也称活荷载）两类 ； 　　（三）按对结构产生的动力效应把荷载分为静荷载和动荷载两类 ； 返回 下一页 上一页 第二节　静力学基本公理 　　 返回 下一页 上一页 　　静力学公理是人们从长期的观察和实践中总结出来，又经过实践的反复检验，被确认是符合客观实际的最普遍、最一般的规律。静力学基本公理阐述了力的一些基本性质，是研究力系简化和平衡条件等问题的基本依据。 一、二力平衡公理 返回 下一页 上一页 　　作用在同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上，简称等值、反向、共线。这一性质称为二力平衡公理，如图2-2所示。二力平衡公理揭示了作用于刚体上最简单的力系平衡时所必须满足的条件。 　　当一个构件仅受到两个力作用而保持平衡，这个构件称为二力构件。由二力平衡公理可知，二力构件上的两个力必定沿着二力作用点的连线，且等值、反向，如图2-3所示。二力构件是一种工程中比较常见的构件形式。 图2-2 图2-3 　　二力平衡公理只适用于刚体，不适用于变形体。例如，一段软绳受到两个等值反向的拉力时可以平衡，但受到两个等值反向的压力时就无法保持平衡。 二、加减平衡力系公理 　　在作用于刚体上的任意力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。这一性质称为加减平衡力系公理。因为平衡力系不会改变物体的运动状态，所以在物体的原力系上加上或减去一个平衡力系，对物体的作用效应是没有影响的。 　　由加减平衡力系公理可以得到一个重要推论：作用于刚体上的力可沿其作用线移动到该刚体上任意位置，而不改变该力对刚体的作用效应。这个推论也称为力的可传性原理。 　　对于刚体来说，力的作用点可以用力的作用线代