结构平衡的条件与防止结构倾覆的技术要求

     查看汇总：2012年一级建造师《建筑工程》教材解读与命题考点

    1A410000建筑工程技术

    1A411000建筑结构与构造

    命题考点二　结构平衡的条件与防止结构倾覆的技术要求

    「教材解读」

    一、力的基本性质

    1.力的三要素

    力的大小、力的方向和力的作用点的位置称为力的三要素。

    2.约束与约束反力

    工程结构是由很多杆件组成的一个整体，其中每一个杆件的运动都要受到相连杆件、节点或支座的限制，即称为约束。约束杆件对被约束杆件的反作用力，称约束反力。

    二、平面力系的平衡条件及其应用

    1.物体的平衡状态

    物体相对于地球处于静止状态和等速直线运动状态，力学上把这两种状态都称为平衡状态。

    2.平衡条件

    （1）二力的平衡条件：作用于同一物体上的两个力大小相等、方向相反、作用线相重合，这就是二力的平衡条件。

    （2）平面汇交力系的平衡条件：一个物体上的作用力系，作用线都在同一平面内，且汇交于一点，这种力系称为平面汇交力系。平面汇交力系的平衡条件是∑X=0和∑Y=0.

    （3）一般平面力系的平衡条件还要加上力矩的平衡，所以平面力系的平衡条件是∑X=0、∑Y=0和∑M=0.

    3.利用平衡条件求未知力

    一个物体，重量为W，通过两条绳索AC和BC吊着，计算AC、BC拉力的步骤为：首先取隔离体，作出隔离体受力图；然后再列平衡方程，∑X=0、∑Y=0，求未知力T1、

    T2，如图1—2、图1—3所示。

 

 

    4.静定桁架的内力计算

    （1）桁架的计算简图如图1-4所示。

    首先对桁架的受力图进行如下假设：

    1）桁架的节点是铰接；

    2）每个杆件的轴线是直线，并通过铰的中心；

    3）荷载及支座反力都作用在节点上。

    （2）用节点法计算桁架轴力：先用静力平衡方程式求支座反力XA、YA、YB，再截取节点A为隔离体作为平衡对象，利用∑X=0和∑Y=0求杆1和杆2的未知力。

    （3）用截面法计算桁架轴力：截面法是求桁架杆件内力的另一种方法，如图1-5所示。

    首先，求支座反力YA、YB、XA；然后在桁架中作一截面，截断三个杆件，出现三个未知力：N1、N2、N3.可利用∑X=0、∑Y=0和∑MG=0，求出N1、N2、N3.

    5.用截面法计算单跨静定梁的内力

    （1）梁在荷载作用下的内力：图1-6为一简支梁。梁受弯后，上部受压，产生压缩变形；下部受拉，产生拉伸变形。V为1—1截面的剪力，∑Y=0，V=YA.1—1截面上有一拉力N和一压力N，形成一力偶M，此力偶称1—1截面的弯矩。根据∑M0=0，可求得M=YA.a.梁的截面上有两种内力，即弯矩M和剪力V.

    （2）剪力图和弯矩图如图1—7所示，找出悬臂梁上各截面的内力变化规律，可取距A点为χ的任意截面进行分析。首先取隔离体，根据∑Y=0，剪力V（χ）=P；∑M=0，弯矩M（χ）=-P.χ。不同荷载下，不同支座梁的剪力图和弯矩图，如图1—8和图1-9所示。

    三、力偶、力矩的特性

    （1）力矩的概念：力使物体绕某点转动的效果要用力矩来度量。力矩一力×力臂，M=P.a.转动中心称力矩中心，力臂是力矩中心。点至力P的作用线的垂直距离a.力矩的单位是N.m或kN.m.

    （2）力矩的平衡：物体绕某点没有转动的条件是，该点的顺时针力矩之和等于逆时针力矩之和，即∑M=0，称为力矩平衡方程。

    （3）力矩平衡方程的应用：利用力矩平衡方程求杆件的未知力。

    （4）力偶的特性：两个大小相等、方向相反、作用线平行的特殊力系称为力偶。力偶矩等于力偶的一个力乘以力偶臂，即M=±P×d.力偶矩的单位是N.m或kN.m.

    （5）力的平移法则：作用在物体某一点的力可以平移到另一点，但必须同时附加一个力偶，使其作用效果相同。

    四、防止构件（或机械）倾覆的技术要求

    防止悬挑构件（如阳台、雨篷、探头板等）、挡土墙、起重机械防止倾覆的基本要求是：引起倾覆的力矩M（倾）应小于抵抗倾覆的力矩M（抗），为了安全，可取M（抗）≥（1.2，～1.5）M（倾）。

    「命题考点」

    力的大小、力的方向和力的作用；静止状态和等速直线运动状态；大小相等，方向相反；各种力的计算；力矩的平衡条件；M（抗）≥（1.2～1.5）M（倾）。

    「分析预测」

    （1）根据所提供的物件受力图材料，分析判断其受力情况。

    （2）根据场景中所提供的材料，分析物件的受力情况，判断其是否处于平衡状态，并计算其所受力的大小。

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