結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖-物體受力總體分析

1、1結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖-物體受力總體分析2-1 力和平衡的概念2-2 約束與約束力2-3 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖2-4 物體受力分析 22-1 力和平衡的概念1、力的基本概念 （1）力的定義 力是物體間相互間的機(jī)械作用。 （2）力的效應(yīng) 使物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，叫做力的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)或外效應(yīng)。使物體的形狀發(fā)生改變，叫做力的變形效應(yīng)或內(nèi)效應(yīng)。 （3）力的三要素 力的大小、方向、作用點(diǎn)稱為力的三要素。 （4）力的表示法 力是一個(gè)矢量，用帶箭頭的直線段來表示。 （5）力的單位 力的國際單位是牛頓(N)或千牛頓（kN）。F虛線為力的作用線32-1 力和平衡的概念2、靜力學(xué)基本公理 （1）二力平衡公理 作用在同一剛體上的

2、兩個(gè)力，使剛體平衡的必要和充分條件是，這兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。 二力平衡公理對(duì)于剛體是充分的也是必要的； 對(duì)于變形體只是必要的，而不是充分的。 圖示的繩索的兩端若受到一對(duì)大小相等、方向相反的拉力作用可以平衡，但若是壓力就不能平衡。 4 受二力作用而處于平衡的桿件或構(gòu)件稱為二力桿件（簡稱為二力桿）或二力構(gòu)件。 （2）加減平衡力系公理 在作用于剛體上的任意力系中，加上或去掉任何平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。5 【推論】力的可傳性原理 作用于剛體上的力可沿其作用線移動(dòng)到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，而不會(huì)改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。 對(duì)變形體，力不可平移！6 （3）力的平行四邊形

3、法則 作用在物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力，可以合成為仍作用于該點(diǎn)的一個(gè)合力，合力的大小和方向由以原來的兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線矢量來表示。7 （4）三力平衡匯交定理 一剛體受共面不平行的三力作用而平衡時(shí)，此三力的作用線必匯交于一點(diǎn)。 （5）作用與反作用定律 兩個(gè)相互作用物體之間的作用力與反作用力大小相等，方向相反，沿同一直線且分別作用在這兩個(gè)物體上。 82-2 約束與約束反力 自由體與非自由體 限制物體運(yùn)動(dòng)的物體稱為約束物體，簡稱約束。約束必然對(duì)被約束物體有力的作用，以阻礙被約束物體的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。這種力稱為約束反力，簡稱反力 。 約束反力位于約束與被約束物體的連接或接觸處，其方向必與

4、該約束所能阻礙物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。運(yùn)用這個(gè)準(zhǔn)則，可確定約束反力的方向和作用點(diǎn)的位置。 92-2 約束與約束反力 1柔體約束 用柔軟的皮帶、繩索、鏈條阻礙物體運(yùn)動(dòng)而構(gòu)成的約束叫柔體約束。這種約束作用是將物體拉住，且柔體約束只能受拉力，不能受壓力，所以約束反力一定通過接觸點(diǎn)，沿著柔體中心線背離被約束物體的方向，且恒為拉力。 10 2光滑接觸面約束 當(dāng)兩物體在接觸處的摩擦力很小而略去不計(jì)時(shí)，其中一個(gè)物體就是另一個(gè)物體的光滑接觸面約束。這種約束不論接觸面的形狀如何，都只能在接觸面的公法線方向上將被約束物體頂住或支撐住，所以光滑接觸面的約束反力過接觸點(diǎn)，沿著接觸面的公法線指向被約束的物體，只能是壓力。

5、111213 3、光滑圓柱鉸鏈約束（簡稱鉸約束） 光滑圓柱鉸鏈約束的約束性質(zhì)是限制物體平面移動(dòng)（不限制轉(zhuǎn)動(dòng))14 3、光滑圓柱鉸鏈約束（簡稱鉸約束） 光滑圓柱鉸鏈約束的約束反力是互相垂直的兩個(gè)力（本質(zhì)上是一個(gè)力），指向任意假設(shè)。 15 4鏈桿約束 鏈桿就是兩端鉸接而中間不受力的剛性直桿，由此所形成的約束稱為鏈桿約束。這種約束只能限制物體沿鏈桿軸線方向上的移動(dòng)。鏈桿可以受拉或者是受壓，但不能限制物體沿其他方向的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，鏈桿約束的約束反力沿著鏈桿的軸線，其指向假設(shè)。16 工程上將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件連接在支承物上的裝置，稱為支座。支座對(duì)它所支承的構(gòu)件的約束反力也叫支座反力。 建筑結(jié)構(gòu)支座通常分為固

6、定鉸支座、可動(dòng)鉸支座、和固定(端)支座三類。 (1) 固定鉸支座 構(gòu)件與支座用光滑的圓柱鉸鏈聯(lián)接，構(gòu)件不能產(chǎn)生沿任何方向的移動(dòng)，但可以繞銷釘轉(zhuǎn)動(dòng)，可見固定鉸支座的約束反力與圓柱鉸鏈約束相同，即約束反力一定作用于接觸點(diǎn)，通過銷釘中心，方向未定。深圳會(huì)展中心1718 (2) 可動(dòng)鉸支座 構(gòu)件與支座用銷釘連接，而支座可沿支承面移動(dòng)，這種約束，只能約束構(gòu)件沿垂直于支承面方向的移動(dòng)，而不能阻止構(gòu)件繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)和沿支承面方向的移動(dòng)。所以，它的約束反力的作用點(diǎn)就是約束與被約束物體的接觸點(diǎn)、約束反力通過銷釘?shù)闹行?，垂直于支承面，方向可能指向?gòu)件，也可能背離構(gòu)件，視主動(dòng)力情況而定。19 （3）固定端支座 在嵌固

7、端，既不能沿任何方向移動(dòng)，也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以固定端支座除產(chǎn)生水平和豎直方向的約束反力外，還有一個(gè)約束反力偶。整澆鋼筋混凝土的雨篷，它的一端完全嵌固在墻中，一端懸空。20 （4）定向支座 允許桿端沿與鏈桿垂直的方向移動(dòng)，限制了沿鏈桿方向的移動(dòng)，也限制了桿端的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以定向支座的約束力是一個(gè)沿鏈桿方向的力和一個(gè)力偶。21222-3 結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖作用：造成建筑物整體或局部發(fā)生變形、位移甚至破壞的因素。直接作用：建筑物的自重、人和設(shè)備的重力、風(fēng)力等作用。間接作用：地震，溫度變化、支座沉降等作用。 1、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 （1）支座簡化示例 預(yù)制混凝土柱置于杯形基礎(chǔ)。23 （2）結(jié)點(diǎn)簡化示例 屋架端部和柱頂構(gòu)

8、成的結(jié)點(diǎn) 鋼筋混凝土框架頂層梁與柱構(gòu)成的結(jié)點(diǎn)24 （3）計(jì)算簡圖示例 單層工業(yè)廠房25 2、平面桿系結(jié)構(gòu)的分類 （1）梁 簡單靜定梁 其它類型梁 懸臂梁簡支梁外伸梁26（2）拱三鉸拱、無鉸拱（3）剛架單層與頂層27（4）桁架（5）組合結(jié)構(gòu)282-4 物體的受力分析與受力圖 研究力學(xué)問題，首先要了解物體的受力狀態(tài)，即對(duì)物體進(jìn)行受力分析，反映物體受力狀態(tài)的圖稱為受力圖。 【例1.1】 重量為的小球，按圖1.23(a)所示放置，試畫出小球的受力圖。 【解】 (1)根據(jù)題意取小球?yàn)檠芯繉?duì)象。 (2)畫出主動(dòng)力：主動(dòng)力為小球所受重力。 (3) 畫出約束反力： 受力圖的繪制步驟為： （1） 選對(duì)象，取分離

9、體； （2） 畫已知力； （3） 畫約束反力。29 【例 1.2 】 畫圖（a）所示結(jié)構(gòu)ACDB的受力圖。 【解】 (1)取結(jié)構(gòu)ACDB為研究對(duì)象。 (2)畫出主動(dòng)力：主動(dòng)力為FP。 (3)畫出約束反力：約束為固定鉸支座和可動(dòng)鉸支座，畫出它們的約束反力，如圖（b）所示。 30【例1.3】重量為FW 的小球放置在光滑的斜面上，并用繩子拉住，如圖所示。畫出此球的受力圖。 【解】 （1）取小球?yàn)檠芯繉?duì)象，畫出分離體； （2）畫小球受重力(主動(dòng)力)； （3）畫小球受到約束反力；繩子的拉力和斜面的約束反力例1-431作圖示軋路機(jī)軋輪的受力圖。FPBABAPFFAFB32例1-5 取屋架畫出主動(dòng)力畫出約束

10、力畫出簡圖屋架受均布風(fēng)力 （N/m）， 屋架重為 ，畫出屋架的受力圖解：33例1-6取 桿，其為二力構(gòu)件，簡稱二力桿，其受力圖如圖(b)水平均質(zhì)梁 重為 ，電動(dòng)機(jī)重為 ，不計(jì)桿 的自重，畫出桿 和梁 的受力圖。解：34取 梁，其受力圖如圖 (c)若這樣畫，梁 的受力圖又如何改動(dòng)? 桿的受力圖能否畫為圖（d）所示？物體的受力分析和受力圖35例1-6-1 問題：有兩個(gè)物體，應(yīng)先考慮畫哪個(gè)物體的受力圖？如圖所示結(jié)構(gòu)，畫AD、BC及整體的受力圖。DCBAP物體的受力分析和受力圖36先畫梁AD 的受力圖AD的受力圖如圖（a）再畫桿BC 的受力圖BC的受力圖如圖（b）問題：受力圖對(duì)否？ACDPFCxFCy

11、FAxFAyBCFCxFCyFBxFBy圖（a）圖（b）DCBAP物體的受力分析和受力圖37二力構(gòu)件：沒畫對(duì)受力圖的主要原因是：沒有事先判斷出BC 是滿足二力平衡條件的。二力構(gòu)件的特點(diǎn)：1、不計(jì)自重2、不受其它主動(dòng)力的作用3、只在兩處受到約束，且約束反力的方向不確定滿足上述三點(diǎn)的構(gòu)件，無論形狀如何，均稱為二力構(gòu)件。如果二力構(gòu)件是桿件，則稱為二力桿。受二力作用處于平衡的構(gòu)件物體的受力分析和受力圖38注意點(diǎn)：對(duì)物體系統(tǒng)，畫受力圖時(shí)，應(yīng)先判斷有無二力構(gòu)件（或二力桿），若有，應(yīng)先考慮畫二力構(gòu)件（或二力桿）的受力圖。物體的受力分析和受力圖39解：取BC 桿為研究對(duì)象取AD 梁為研究對(duì)象BCACD圖（a）

12、圖（b）FBFCFAxFAyFCP其受力圖如圖(a)其受力圖如圖 (b)DCBAP銷釘連接兩個(gè)物體時(shí)，一般將銷釘歸入其中之一，此時(shí)可按作用力與反作用力關(guān)系畫銷釘處的約束反力。注意點(diǎn)：物體的受力分析和受力圖40取整體為研究對(duì)象BCACD圖（c）FBFAxFAyP其受力圖如圖 (c)DCBAPBCFBFCACDFAxFAyFCP物體的受力分析和受力圖41注意點(diǎn)：1、受力圖中只畫研究對(duì)象的外力，不畫內(nèi)力。1、整體受力圖與部分受力圖要一致。物體的受力分析和受力圖42若這樣畫，梁AD 的受力圖又如何改動(dòng)?BC 桿的受力圖能否畫為圖（d）所示？BCFBFC圖（d）DCBAPACD圖（e）FAxFAyFCP

13、DCA圖（f）PFCFA考慮到AD在三力作用下處于平衡，可利用三力平衡匯交定理畫出AD 的受力圖如圖（f）所示。BCFBFC物體的受力分析和受力圖43DCBAPDCAPFCFABCFBFC整體的受力圖如圖 (g)BCACD圖（g）FBPFA物體的受力分析和受力圖44注意點(diǎn)：1.畫受力圖時(shí)，應(yīng)按約束的性質(zhì)畫約束反力。對(duì)約束反力的指向，沒有必要按平衡去判斷。2.可以利用三力平衡匯交定理確定約束反力的方位。45 由水平桿AB和斜桿BC構(gòu)成的管道支架如圖所示。在AB桿上放一重為P的管道， A 、B、C處都是鉸鏈連接，不計(jì)各桿的自重，各接觸面都是光滑的。試分別畫出管道O、水平桿AB、斜桿BC及整體的受力

14、圖。ACBDOP例1-6-2解:(1)取管道O為研究對(duì)象.O(2)取斜桿BC為研究對(duì)象.CBRCRBACBDOPABDFNDFBFXAFYA(4)取整體為研究對(duì)象.ACBDOPFC FXAFYA(3)取水平桿AB為研究對(duì)象.ACBDOP48例1-7 不計(jì)三鉸拱橋的自重與摩擦，畫出左、右拱 的受力圖與系統(tǒng)整體受力圖右拱 為二力構(gòu)件，其受力圖如圖（b）所示解：49系統(tǒng)整體受力圖如圖（d）所示取左拱 ,其受力圖如圖（c）所示50考慮到左拱 三個(gè)力作用下平衡，也可按三力平衡匯交定理畫出左拱 的受力圖，如圖（e）所示此時(shí)整體受力圖如圖（f）所示51討論1：若左、右兩拱都考慮自重，如何畫出各受力圖？如圖（

15、g）（h）（i）物體的受力分析和受力圖52BC是否為二力構(gòu)件？所以BC仍為二力構(gòu)件。討論2：如圖，若在銷釘C上作用有集中力F1，如何畫出各受力圖？要明確這一問題，必須搞清F1作用在哪個(gè)物體上？力F1作用在銷釘上，物體的受力分析和受力圖53若以BC為研究對(duì)象，受力圖不變。但一定要注意，BC不包括銷釘C。若以BC+銷釘C為研究對(duì)象，受力圖如何？銷釘連接兩個(gè)物體，若銷釘上有力的作用，則畫受力圖時(shí)，一定要明確研究對(duì)象是否包括銷釘。54例1-8不計(jì)自重的梯子放在光滑水平地面上，畫出梯子、梯子左右兩部分與整個(gè)系統(tǒng)受力圖繩子受力圖如圖（b）所示解：55梯子左邊部分受力圖如圖（c）所示梯子右邊部分受力圖如圖（

16、d）所示56整體受力圖如圖（e）所示提問：左右兩部分梯子在 處，繩子對(duì)左右兩部分梯子均有力作用，為什么在整體受力圖沒有畫出？思考與練習(xí)571、力可以沿著作用線移動(dòng)而不改變它對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。（） 2、剛體受任意三個(gè)力作用而平衡，則該三力必在同一平面內(nèi)且交于一點(diǎn)。（）3、作用于剛體的力可沿其作用線移動(dòng)而不改變其對(duì)剛體的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。（ ）例1-9 如圖所示結(jié)構(gòu)，畫AD、BC的受力圖。58F1F2DBACF1F2DBAFBFBFAyFAxFCyFCxOFCCBF2FBCB59畫出下列各構(gòu)件的受力圖QAOBCDE例1-10QAOBCDE61QAOBCDE62例1-11 畫出下列各構(gòu)件的受力圖說明：三力平衡必匯交當(dāng)三力平行時(shí)，在無限遠(yuǎn)處匯交，它是一種特殊情況。63例1-12 尖點(diǎn)問題(摩擦忽略不計(jì))64練習(xí)1-13 畫出AB桿的受力圖(b)CBAD(a)ABCD65練習(xí)1-14 畫出滑輪、CD桿、AB桿和整體受力圖WWWABCD1、研究滑輪2、研究CD桿66ABC3、研究AB桿4、研究整體WABCDWWWWCBA研究整體時(shí)，不畫物體間的內(nèi)力67畫受力圖應(yīng)注意的問題除重力、電磁力外，物體之間只有通過接觸才有相