建筑力学教案文档Word下载.doc
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一、什么是力学？
1、力学是研究物体机械运动规律的科学。
2、机械运动是指物体在空间的位置随时间的变化。
二、力学的发展
1、古代：
墨子、阿基米德
墨子
在二千四百多年前，墨子在生产、生活中对“力”现象的理解和研究成果，不仅与“牛顿力学”以及近代教材科学类似，而且其探微之处的贴切性、本质性，较牛顿力学规律却有过之。
阿基米德
古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。
2、近代：
牛顿、伽利略
牛顿
牛顿继承和发展前人的研究成果（特别是开普勒的行星运动三定律），提出物体运动三定律。
伽利略
伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。
3、现代：
量子力学（描述微观粒子运动规律）
是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科
三、什么是工程力学？
1、工程力学是以固体材料制成的构件和结构为研究对象的力学分支
学科。
结构——建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。
构件——结构中的单个部分。
结构和构件都是肉眼能分辨的，并且相对于地球静止或以速度小
于光速运动的宏观物体。
2、分类
①理论力学：
a、静力学：
研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体运动状态改变；
如工程建筑物。
若物体相对于地球静止或作匀速直线运动，则称物体处于平衡状态。
b、运动学：
研究物体如何运动，不讨论运动与受力的关系；
如航天飞机、火箭。
c、动力学：
研究力与运动的关系。
如何提供加速度？
②材料力学：
研究构件在外力作用后发生变形时的承载能力问题，对实际工程中的构件做强度、刚度和稳定性等方面的计算。
工程结构和构件受力作用而丧失正常功能称为失效。
③结构力学：
研究杆件结构的内力、变形计算方法，结构的组成规律。
④弹性力学：
研究实体结构和薄壁结构的内力、变形计算方法。
3、工程力学的研究对象
①结构按几何观点分为：
杆件结构、薄壁结构、实体结构。
杆件
建筑结构中的梁、柱，机构结构中传动轴等
板（壳）
如：
楼板
实体如：
水坝
②结构按空间观点分为：
平面结构、空间结构。
工程力学研究平面杆件结构。
4、任务：
①对平衡状态的物体进行静力分析是工程力学的一项任务。
②研究物体运动时其位置变化的规律—轨迹、速度和加速度等，建立物体的运动状态的变化与作用于其上力之间的关系。
③研究构件的强度、刚度和稳定性问题，为构件选择合适的材料、确定合理的截面形状和尺寸提供计算方法和试验方法。
4、本课程的内容
①静力学
②材料力学
③结构力学
四、学习方法：
勤思考、多练习
§
1-2工程力学中的力学模型与研究方法
一、力学模型
1、刚体：
在外力作用下，物体的形状和大小（尺寸）保持不变，而且内部各部分相对位置保持恒定（没有形变），这种理想物理模型。
2、刚体系：
由若干个刚体组成的系统。
3、变形体：
在任何外力作用下，变形不能忽略不计的物体。
二、研究方法：
1、理论分析
2、实验分析
3、计算机分析
第1章静力学基本概念
§
1-1力和平衡的概念
一、力的概念：
1、力是物体之间相互的机械作用。
2、机械作用的效果：
使物体的运动状态或形状、大小发生改变。
3、力的三要素：
大小、方向〔包括方位和指向〕和作用点。
可用一带箭头的有向线段表示，长度表示大小，线段的方位和箭头的指向表示方向，线段的起点或终点表示力的作用点。
4、力的单位：
N或kN
5、力是矢量。
书中用黑体字母F表示矢量，细体字母F表示大小。
手写时用上方加一横线的细体字母表示矢量。
二、力系、等效力系、平衡力系、平衡条件
1、力系：
作用在物体上的一群力。
2、等效力系：
如果作用于物体上的一个力系，可以用另外一个力系所代替，而不改变原力系对物体所产生的运动效应，则这两个力系互为等效力系。
3、平衡力系：
作用在物体上，使物体处于平衡状态的力系。
4、平衡条件：
使物体处于平衡状态时，作用在物体上的力系所必须满足的条件。
【单元小结】
二、什么是工程力学？
三、力学模型
四、力的概念
五、力系、等效力系、平衡力系、平衡条件
讲授
（1分钟）
（12分钟）
讲授与训练
（15分钟）
略讲（9分钟）
案例分析
（6-7分钟）
（40分钟）
详讲
对比分析
略讲
（3分钟）
静力学公理
第1周星期五第2课
掌握静力学公理及两个推理
1、静力学公理的内容
2、应用
1．2静力学公理
1、公理一：
二力平衡公理：
作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：
这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。
如图所示的刚体，说明F2的方向与Fl相反则刚体平衡。
二力等值、反向、共线是刚体平衡的必要与充分条件。
只有两个着力点而处于平衡的构件，称为二力构件。
当构件呈杆状时，则称为二力杆。
二力构件的受力特点是：
所受二力必沿其两作用点的连线。
二力平衡公理是作用于刚体上最简单的力系平衡时所必须满足的条件。
对于刚体，这个条件既必要又充分，但对非刚体（如柔索、链条、皮带等等），这个条件只是必要条件而不是充分条件。
如图3、a）所示，柔性绳受两个等值、反向、共线的拉力作用可平衡；
而图3、b）示，绳受两个等值、反向、共线的压力就不能平衡。
由二力平衡公理的内涵与外延说明二力平衡公理适用于刚体，也可有条件的运用到非刚体（变形体）中，如图3a所示，而不是只适用刚体。
2、公理二：
加减平衡力系公理：
（力系简化的理论依据）
在作用着已知力系的刚体上，加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。
推论：
力的可传性原理：
（作用在刚体上的力是滑动矢量，同一刚体上）
作用于刚体上某点的力，可以沿其作用线移到刚体上任意一点，而不改变该力对刚体的作用效果。
（运动效应）
在外效应的讨论中，由实践人们有这样的体会，以等量的力在车后B点推和在车前A点拉车效果是一样的。
如图1a）、b）示。
即力沿作用线移动，不会改变力对物体的外效应。
如图2a示的变形杆AB，沿杆的轴线受到两个等值、反向的拉力作用，杆AB被拉长了，若把这两个力沿作用线分别移到了杆的另一端，如图2b示，杆AB被压短了。
这说明变形效应（内力效应）改变了。
因此，力的可传性原理只适用于刚体，而不适用于变形体。
3、公理三：
刚化公理
变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体刚化成刚体，则平衡状态保持不变。
这个公理阐明了把变形体抽象成刚体模型的条件。
如柔性绳在等值、反向、共线的两个拉力作用下处于平衡状态（图3a示），此时可将柔性绳刚化成刚体（图3c示），而柔性绳在两个等值、反向、共线的压力作用下就不能平衡，这时就不能将其刚化成刚体。
4、公理四：
力的平行四边形公理：
作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。
合力也作用于该点上。
合力的大小和方向，用这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。
合力F等于力F1和F2的矢量和。
推论：
三力平衡汇交定理。
若作用于物体同一平面上的三个互不平行的力使物体平衡，则它们的作用线必汇交于一点。
这就是三力平衡汇交定理。
5、公理五：
作用与反作用公理：
两个物体间的作用力与反作用力总是成对出现，且大小相等，方向相反，沿着同一直线，分别作用在这两个物体上。
例如将重量为G的球放在桌面上，球对桌面有一作用力FN，桌面对球即有一反作用力FN，，前者作用于桌面上，而后者作用于球上，不是二力平衡。
如果再分析球的受力情况，可知球受到重力G和桌面施加的反作用力FN的作用，这两个力同时作用在球上，且等值、反向、共线，此二力是平衡力。
[课堂小结]：
一、公理一：
二、公理二：
加减平衡力系公理
力的可传性原理
三、公理三：
刚化原理
四、公理四：
力的平行四边形公理、三力平衡汇交定理
五、公理五：
作用与反作用公理
分析
单元小结
（2分钟）
参考资料：
教后小记：
沈杰
距离测量与直线定向
第7周
1、掌握距离测量的一般方法；
掌握直线定线的的概念。
2、掌握距离测量的一般方法
3、掌握直线定线的的概念
1、掌握距离测量的一般方法
2、掌握直线定线的的概念
一、钢尺量距的工具
1、钢尺
（1）钢尺的类型和尺长的种类、
（2）钢尺的分划刻度
（3）端点尺和刻线尺
（4）端点尺和刻线尺的主要用途
2、标杆
标杆通常用于直线定线，材质有木质和铝合金两种。
标杆直径约3cm左右，长度有2m、2.5m、3m三种。
尺上漆成红白相间的20cm长的色段，下端有尖头铁脚。
3、测纤
测纤通常用直径为3—6m的钢筋制成，上端弯成小圆环，下端磨成尖脚，长度在30—40cm之间。
用于标定尺端位置或进行照准。
4、铅锤
铅锤是用金属制成的圆锥形重物，它上大下尖，上端的中心悬吊在细线下端，当自由静止衙，细线和铅锤尖即同一垂线上，钢尺量距中，铅锤主要用于倾斜地面照准。
二、钢尺量距的一般方法
1、直线定向
定义:
当地面上两点间的距离超过尺全长时,在通过两点的
竖直面内定出若干中间点以便分段丈量,这种工作称为直线定线.直线定线的方法有目估定线和经纬仪定线两种。
（1）目估定线
目估定线精度较低,但能满足一般量距的精度要求.
①目估定线就是用目测的方法，用标杆将直线上的分段点标定出来。
②在平坦地区，定线工作常与丈量距离同时进行，即边定线边丈量。
（2）经纬仪定线
若量距的精度要求较高或两端点距离较长时，宜采用经纬仪定线。
三、钢尺量距的一般方法
一般方法量距是指采用目估法标杆定线、整尺法丈量、目估将钢尺拉平丈量。
（一）平坦地面的距离丈量
（1）直线方向标定后就可以进行丈量。
具体丈量步骤见书上P45页上。
（2）丈量直线完毕后，可得出长度尺寸为
（3）在平坦地面上丈量所得的长度为水平距离。
为了防止错误和提高丈量距离的精度，需要从B至A按上述同样方法，边定线边丈量，进行返测。
以往、返各丈量一次称为一个测回。
（二）倾斜地面的距离测量
测量工作中，丈量的距离应该是水平距离，若地面倾斜，可采用平量法，也可采用丈量斜距，换算成水平距离的方法。
1、平量法（水平尺法）
2、斜量法
四、距离丈量的精度计算
距离丈量的精度是用相对误差来表示的。
相对误差是以往返丈量距离之差的绝对值与距离的平均值之比，并将分子化为1，分母取整数的分数形式表示即：
本次课我们主要是学习了距离测量和直线定线，其中距离测量是测量的基本工作之一。
直线定线重点是学习了两种定线的方法，希望大家能够掌握。
[课后作业]：
4.6练习与作业P661、4
讲授与分析
沈杰
全站仪的使用
第7周星期
1、掌握全站仪角度测量、距离测量、坐标测量的使用
2、掌握全站仪角度测量、距离测量
3.掌握坐标测量
1、掌握全站仪角度测量、距离测量
2、掌握坐标测量
一、全站仪的构造与使用
1、主要技术参数
（1）一测回方向观测中误差为5”，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器。
（2）在良好的天气条件下的最大距离为.6KM，距离测量误差为2mm+2*10-6。
（3）还用内存的程序模块可以储存3440个点的测量数据和坐标数据。
二、具体操作步骤：
1、安置三脚架
首先，将三脚架打开，伸到适当高度，拧紧3个固定螺旋。
2、将仪器安置到三脚架上
将仪器小心地安置到三脚架上，松开中心连接螺旋，在架头上轻移仪器，直到外向锤球对准测站点标志中心，然后轻轻拧紧连接螺旋。
3、利用圆水准器粗平仪器
4、利用长水准器精平仪器
5、利用光学对中器对中
6、最后精平仪器
三、角度测量
1、P1页菜单
（1）“置零”选项
将当前视线方向水平度盘读数设置为0
（2）“锁定”选项
将当前水平度盘读数锁定，该选项用于将某个照准方向的水平度盘读数配置为指定的角度值
（3）“置盘”选项
将当前视线方向的水平度盘读数设置为输入值
2、P2页菜单
（1）“倾斜”选项
（2）“V%”选项
3、P3页菜单
（1）“H-蜂鸣”选项
（2）“R/L”选项
（3）“竖角”选项
四、距离测量
1、连续测量
确认处于测角模式。
2、N次测量/单次测量
当输入测量次数后，仪器就按设置的次数进行测量，并显示出距离平均值。
当输入次数为1，因为是单次测量，仪器不显示距离平均值。
F1测量键，测量模式为N次测量模。
五、坐标测量
六、全站仪点位测设
1、将全站仪安置在给定方向线的起点上，用小钢卷尺量取仪器高并做好记录。
2、注站事项
1、全站仪的构造与使用
2、具体操作步骤：
3、角度测量
4、距离测量
5、坐标测量
6、站仪点位测设
[课后作业]：
完成测量练习记录本的内容
测量误差的基本知识
第8周第5次课
1、掌握系统误差和偶然误差的特性
2、掌握衡量观测精度的指标
3.等精度独立观测值的算术平均值及精度评定
1.刑罚及其适用
2.等精度独立观测值的算术平均值及精度评定
5．1测量误差的概述
5.1.1测量误差的发现
5.1.2测量误差产生的原因
测量误差的产生原因，主要有以下三个方面：
1）测量仪器的误差
2）观测者的误差
3）外界条件的影响
5.1.3测量误差的分类
测量误差按其性质可分成系统误差和偶然误差
1）系统误差
（1）定义
（2）例子
（3）消除方法
2）偶然误差
3）错误（精差）
4）测量误差处理原则
5）研究误差理论的任务
（1）对一系列具有偶然误差的观测值，求出未知量的最可靠值。
（2）评定测量成果的精度。
5．3衡量观测值精度的指标
5.3.1中误差
1）标准差的定义式：
2）中误差的定义式
例题讲解
5.3.2允许误差
偶然误差的第一特性说明，在一定观测条件下，偶然误差不会会超过一定的限值。
5.3.3相对误差
真误差、中误差、允许误差都称为绝对误差。
1、相对中误差
（2）应用
2、相对真误差和相对允许误差
3、若观测值的误差与观测值大小无关的，采用绝对误差来衡量观测值的精度。
5.3.4权
1、权的定义
2、例题讲解
[课堂小结]：
1、测量误差的发现
2、测量误差产生的原因
3、测量误差的分类
4、中误差
5、相对误差
自由复习
2010-2011学年度上学期课程教学实施总结
教研室：
课程名称：
实验（实习）指导教师：
计划安排：
学期授课计划总课时学时，其中理论学时，实训学时。
实施情况：
实际完成的授课总课时学时，其中理论学时，实验（实习）学时，多媒
体学时。
按实施教学编写的教案数份，其中理论份，实验（实习）份，多媒体课件件。
教学效果分析：
教研室主任签名
系主任签名
年月日
升级会员 