約束的識別與約束力的分析

6/18/2023任務(wù)2?約束的識別與約束力的求作路橋區(qū)職教中心3課時(shí)6/18/2023[觀察與思考]在日常生活中，我們看到：繩索懸掛的燈、支承在墻上或柱子上的梁都掉不下來；人坐在椅子上也摔不下來。為什么燈、梁和椅子上的人都不能向下運(yùn)動(dòng)呢？

一、?約束與約束力的概念約束：限制物體運(yùn)動(dòng)的物體在力學(xué)中稱為約束約束力：約束對被約束物體的作用力約束力的特點(diǎn)：約束力是被動(dòng)力，其方向總是與約束所能限制的運(yùn)動(dòng)方向相反，其作用效果是限制被約束物體的運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)力與約束反對應(yīng)，主動(dòng)使物體運(yùn)動(dòng)或使物體有運(yùn)動(dòng)趨勢的力稱為主動(dòng)力，如重力、風(fēng)壓力、土壓力等。主動(dòng)力在工程上稱為荷載6/18/20231．柔體約束

二、?幾種常見的約束及其約束力柔體約束特點(diǎn)：由于柔體只能承受拉力，而不能承受壓力，所以它們只能限制物體沿著柔體伸長方向的運(yùn)動(dòng)。柔體對物體的約束力是通過接觸點(diǎn)，沿柔體中心線作用的拉力，即背離被約束的物體，常用字母FT表示繩索、鏈條、膠帶等用于限制物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱為柔體約束。6/18/20232.光滑接觸面約束

這種約束只能限制物體沿著光滑面的垂線并指向光滑面的運(yùn)動(dòng)，而不能限制物體沿著光滑面或離開光滑面的運(yùn)動(dòng)。光滑面的約束力是通過接觸點(diǎn)，沿接觸面在該點(diǎn)的垂線方向作用的壓力，即指向被約束的物體，常用字母FN表示當(dāng)物體在接觸處的摩擦力很小，可以略去不計(jì)時(shí)，它所受的就是光滑接觸面約束。6/18/20233.鏈桿約束[觀察與思考]鋼結(jié)構(gòu)雨蓬如圖a、b所示，上部斜向直桿AB對下部水平桿BC起著怎樣的約束作用呢？6/18/2023直桿AB只能限制橫桿BC沿桿AB的軸線方向的運(yùn)動(dòng)，而不能限制其他方向的運(yùn)動(dòng)。在力學(xué)中把不計(jì)自重并兩端用光滑銷釘與物體相連的直桿稱為鏈桿鏈桿只能限制物體沿鏈桿的軸線方向的運(yùn)動(dòng)，而不能限制其他方向的運(yùn)動(dòng)。所以，鏈桿的約束力沿鏈桿軸線，指向不定。6/18/20234.三種支座工程上把構(gòu)件連接在墻、柱、基礎(chǔ)等支承物上的裝置稱為支座。通常把它簡化為三種支座。（1）可動(dòng)鉸支座[觀察與思考]某高速鐵路橋梁支承在橋墩上，如圖a所示。橋墩是橋梁的支座，這種支座對橋梁起著怎樣的約束作用呢？(b)(d)(c)6/18/2023可動(dòng)鉸支座的結(jié)構(gòu)簡圖如圖b所示，即用銷釘把構(gòu)件和支座連接，并將支座置于可沿支承面滾動(dòng)的輥軸上，這就構(gòu)成了可動(dòng)鉸支座。橋墩只能限制橋梁沿垂直于支承面方向的移動(dòng)，不能限制橋梁繞橋墩轉(zhuǎn)動(dòng)和沿支承面方向的移動(dòng)。我們把這種支座稱為可動(dòng)鉸支座。(b)(d)(c)(b)(d)(c)可動(dòng)鉸支座的約束力通過構(gòu)件與支承面，并垂直于支承面，方向可能向上，也可能向下?？蓜?dòng)鉸支座的計(jì)算簡圖如圖c所示，支座反力常用字母FN表示工程實(shí)例在工程實(shí)際中，鋼筋混凝土立交橋的橋梁端部伸縮縫處，一端常采用可動(dòng)鉸支座。其作用是：當(dāng)因熱脹冷縮而長度稍有變化時(shí)，可動(dòng)鉸支座相應(yīng)地沿支承面滑動(dòng)，從而避免溫度變化引起的不良后果。6/18/2023（2）固定鉸支座[觀察與思考]圖a所示的鋼結(jié)構(gòu)中，柱子與地面之間采用銷釘連接，地面對柱子起著怎樣的約束作用呢？(a)(b)地面為柱子的支座，柱子不可能產(chǎn)生上下、左右移動(dòng)，但可以產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。我們把地面對柱子的這種支承稱為固定鉸支座。(a)(b)因?yàn)橹邮艿缴舷?、左右移?dòng)的限制，即固定鉸支座有兩個(gè)方向的約束力，其大小未知。因此，我們常采用兩個(gè)互相垂直的未知力Fx、Fy表示，如圖c所示，但其約束力也可以用一個(gè)不知大小和方向的力FRA（圖d）表示。將構(gòu)件用圓柱形銷釘與支座連接，并將支座固定在支承物上，就構(gòu)成了固定鉸支座，如圖a所示。固定鉸支座的計(jì)算簡圖如圖b所示。（a）（b）（c）（d）FAX門能轉(zhuǎn)動(dòng)，但是不能左右上下移動(dòng)，所以這是固定鉸支座[觀察與思考]房屋建筑中的門框與門扇之間用合頁連接，如圖，合頁對門框與門扇起著怎樣的約束作用呢？圓柱鉸鏈的計(jì)算簡圖如圖b所示，約束力如圖c或d所示。如將一個(gè)圓柱形光滑銷釘插入兩個(gè)物體的圓孔中，就構(gòu)成了圓柱鉸鏈（圖a），圓柱鉸鏈常簡稱為鉸鏈?？梢妶A柱鉸鏈的約束性能與固定鉸支座相同。圓柱鉸鏈的約束力也垂直于銷釘軸線，用兩個(gè)互相垂直的未知力Fx、Fy來表示6/18/2023由于陽臺梁與框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆在一起，框架結(jié)構(gòu)把陽臺梁固定住，框架結(jié)構(gòu)限制了陽臺梁沿任何方向的移動(dòng)，同時(shí)也限制了陽臺梁的轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）固定端支座[觀察與思考]鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中陽臺梁呈懸挑形式，它的一端懸空，另一端與框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆后固定在一起，如圖a所示?？蚣芙Y(jié)構(gòu)對陽臺梁起著怎樣的約束作用呢？構(gòu)件與支承物固定在一起，構(gòu)件在固定端既不能沿任何方向移動(dòng)（也就是說上下、左右都不能移動(dòng)），同時(shí)也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，我們把這種支承稱為固定端支座。固定端支座的計(jì)算簡圖如圖所示。固定端支座的約束力有三個(gè)未知數(shù)：作用于固定處的水平約束力Fx和豎向約束力Fy，還有一個(gè)阻止轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶矩Me。[做一做]用手緊握住你所坐的凳子與用手勾住你所坐的凳子使凳子靜止，用心體驗(yàn)一下你的手用力有何不同？并分別畫出凳子的受力圖。受力分析受力分析固定端支座混凝土約束名稱約束簡圖約束性能約束力求作未知數(shù)個(gè)數(shù)柔體約束

只能受不能受

1光滑接觸面約束

限制沿光滑面的并光滑面的運(yùn)動(dòng)

限制沿于支承面方向的移動(dòng)

限制沿鏈桿方向的移動(dòng)

固定鉸支座

限制沿著兩個(gè)