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1、土木工程概论土木工程概论第第1212章章 土木工程中的力学基本概念土木工程中的力学基本概念土木工程概论土木工程概论12.1荷荷 载载土木工程概论土木工程概论 土木工程要解决的主要问题之一是工程结构要有能抵御自然土木工程要解决的主要问题之一是工程结构要有能抵御自然或人为的作用力的能力，因此，了解作用在结构上的荷载有哪些，或人为的作用力的能力，因此，了解作用在结构上的荷载有哪些，其性质如何是非常重要的。其性质如何是非常重要的。作用在工程结构作用在工程结构上的恒载类型主上的恒载类型主要有：要有：1.1.恒载：恒载：指持久存在着指持久存在着的力的力荷载：作用在结荷载：作用在结构上的力构上的力土木工程概
2、论土木工程概论 一般情况恒载由构件的具体尺寸和材料的重度计算3.1 荷载2.2.活载活载可移动的外加力作用在工程结作用在工程结构上的活载类构上的活载类型主要有：型主要有：土木工程概论土木工程概论 静载：荷载作用不变或静载：荷载作用不变或作用变化缓慢。作用变化缓慢。动载：荷载作用急剧、动载：荷载作用急剧、快速变化。如撞击力、落快速变化。如撞击力、落重等。重等。注意：动载对房屋的作用效应注意：动载对房屋的作用效应比它们作为静载的绝对值要大。比它们作为静载的绝对值要大。3.3.静载、动载、风载静载、动载、风载土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论影响风载的因素：因地区而异（沿海、内陆）；同
3、一地区因时间而异；因房屋高度而异。土木工程概论土木工程概论北京郊区某5m高单层房屋迎风面风载同处一幢18层高层建筑土木工程概论土木工程概论4.4.地震、震级、烈度、地震荷载地震、震级、烈度、地震荷载 地震：地震：以地面发生不同强烈程度的振动为特征的一种以地面发生不同强烈程度的振动为特征的一种物理现象物理现象震源震源震中震中震中距震中距土木工程概论土木工程概论 震级：震级：表示地表示地震的强度，用释震的强度，用释放出来的能量大放出来的能量大小衡量。小衡量。国际上通用的是Richter震级。标准地震仪测得的最大水平位移幅值（m）一次里氏一次里氏 5 5级地级地震所释放的能量震所释放的能量为：为：相
4、当于相当于2 2万万.炸药，每增炸药，每增加一级，释放的能量增加一级，释放的能量增加加31.531.5倍倍土木工程概论土木工程概论 地震烈度地震烈度 地震在某一个具体地区引起的振动强度。与震级是两个不同的概念。震中区烈度最大。根据震时人、地、物主要宏观标志划分为12度。地震荷载：地震荷载：地震对土木工程的作用力。地震引起的地面运动会使房屋在竖向或水平方向产生加速度反应，其加速度反应值与土木工程本身质量的乘积，就形成地震对房屋的作用力。土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论约束5.5.由温差和地基不均匀沉降引起的内力由温差和地基不均匀沉降引起的内力 温差的影响如一根长20米的钢梁土木工
5、程概论土木工程概论昼夜温差、季节性温差，每时每刻都在改变着形状和尺寸，当这种改变受到约束时，就会使房屋结构受到内力效应。土木工程概论土木工程概论内外柱相差几十毫米外柱现代高层房屋必须现代高层房屋必须考虑这种温差内力考虑这种温差内力效应。效应。土木工程概论土木工程概论 由地基不均匀沉降引起的内力效应由地基不均匀沉降引起的内力效应6.6.其他荷载其他荷载 如结构安装、焊接、振动、撞击、爆炸等作用力。如结构安装、焊接、振动、撞击、爆炸等作用力。土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论荷载在结构上产生的内力（弯矩、扭矩、剪荷载在结构上产生的内力（弯矩、扭矩、剪力、压力和拉力等）和变形（挠度、扭
6、转、力、压力和拉力等）和变形（挠度、扭转、弯曲、拉伸、压缩和裂缝等）成为荷载效应。弯曲、拉伸、压缩和裂缝等）成为荷载效应。能使土木工程结构产生效应（结构或构件的能使土木工程结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变和裂缝等）的各种内力、应力、位移、应变和裂缝等）的各种原因的总称，成为结构上的荷载。原因的总称，成为结构上的荷载。土木工程概论土木工程概论 集中荷载 均匀分布荷载 三角形分布荷载土木工程概论土木工程概论12.应力、应变和弹性应力、应变和弹性土木工程概论土木工程概论作用于单位面积上的内力强度称之为应力：一、应力一、应力土木工程概论土木工程概论拉力拉力压力压力弯矩弯矩剪力剪力扭力扭
7、力土木工程概论土木工程概论二、应变二、应变单位长度的变化量土木工程概论土木工程概论 当有力作用一物体时，物体有变形。当这个力移去后，物体又恢复原来的形状。物体所具有的这种特性，称之为弹性。三、弹性三、弹性土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论？材料在弹性材料在弹性状态荷载与状态荷载与变形成正比变形成正比土木工程概论土木工程概论当结构材料当结构材料荷载承受更大荷荷载承受更大荷载时，移去荷载，载时，移去荷载，有残余变形，变有残余变形，变形不能恢复原状。形不能恢复原状。四、塑性四、塑性土木工程概论土木工程概论 承受荷载较小时处于弹性状态；较大时处于塑性状态；超过极限应力时处于破坏失效状态。
8、不同的结构材料弹、塑性是不同的。有塑性的材料称为塑性材料，如钢材、混凝土等，这类材料一旦出现塑性有发生破坏的预兆；反之称为脆性材料如石材、玻璃等。土木工程概论土木工程概论12.3 3 结构的失效结构的失效土木工程概论土木工程概论1 1、作用效应、抵抗能力和基本功能、作用效应、抵抗能力和基本功能1）作用效应作用效应：房屋结构因承受着各种作用力而产生的拉伸、压缩、弯曲和剪切变形。外荷载施加在房屋结构的外荷载施加在房屋结构的作用效应通常用作用效应通常用S S 表示表示 结构的抗力通常用结构的抗力通常用R R 表示表示2 2）抵抗能力）抵抗能力：指由材料、截面及其连接方式所构成的抗拉能力、抗压能力、抗
9、弯能力、抗剪等能力，以及结构所能经受的变形、位移或沉降量。3）结构设计应遵循的原则土木工程概论土木工程概论2 2、建筑结构要满足的基本功能、建筑结构要满足的基本功能v 能承受正常施工和使用时可能出现的各种作用力（例如能承受正常施工和使用时可能出现的各种作用力（例如拉力、压力、弯矩、剪力等）；拉力、压力、弯矩、剪力等）；v 在正常使用时具有良好的工作性能（如不发生过大的侧在正常使用时具有良好的工作性能（如不发生过大的侧向位移，不使人感到晃动）；向位移，不使人感到晃动）；v 在正常维护下具有足够的耐久性能（如有抵抗酸类、盐在正常维护下具有足够的耐久性能（如有抵抗酸类、盐类等物质的侵蚀能力）；类等物
10、质的侵蚀能力）；v 在偶然事件发生时能保持必需的稳定性（如有很好的抗在偶然事件发生时能保持必需的稳定性（如有很好的抗地震的能力）；地震的能力）；土木工程概论土木工程概论3 3、结构的失效、结构的失效当结构或从属于它的构件不能满足上述基本功能要求即当结构或从属于它的构件不能满足上述基本功能要求即 房屋结构失去效能，即失效或称破坏。其表现形式：房屋结构失去效能，即失效或称破坏。其表现形式：v 破坏破坏 -如拉断、压碎等。如拉断、压碎等。v 失稳失稳 -如柱子压屈等。如柱子压屈等。v 发生影响正常使用的变形发生影响正常使用的变形 -构件裂缝、侧移、不均匀构件裂缝、侧移、不均匀沉降过大等。沉降过大等。v 倾覆倾覆 -结构失去平衡而倾倒。结构失去平衡而倾倒。v 材料丧失耐久性材料丧失耐久性 -材料锈蚀、腐蚀、冻融、蛀蚀等。材料锈蚀、腐蚀、冻融、蛀蚀等。土木工程概论土木工程概论某高层某高层房屋房屋A柱保证要柱保证要有足够的抗有足够的抗拉能力拉能力