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1、理学第2章结构计算简图物体受力分析 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二章第二章 结构计算简图结构计算简图 物体受力分析物体受力分析 2.1 约束与约束力约束与约束力2.2 结构计算简图结构计算简图2.3 物体受力分析物体受力分析2-1 约束和约束力约束和约束力自由体自由体（free body）：能在空间作任意运动的物体能在空间作任意运动的物体叫自由体。叫自由体。非自由体非自由体（nonfree body）：位移受到周围其它物位移受到周围其它物体限制
2、，不能沿着某些方向运动的物体称为非自由体限制，不能沿着某些方向运动的物体称为非自由体。体。约束约束（constraint）：限制非自由体运动的条件，这限制非自由体运动的条件，这些条件往往是周围的物体构成，这些物体称为约束。些条件往往是周围的物体构成，这些物体称为约束。约束反力：约束反力：约束对非自由体的机械作用称为约束反约束对非自由体的机械作用称为约束反力。约束反力的方向与其所限制运动的方向相反。力。约束反力的方向与其所限制运动的方向相反。2-1 约束和约束力约束和约束力1、柔索、柔索G绳绳G皮带皮带G链条链条2-1 约束和约束力约束和约束力绳绳索索链链条条 皮皮带带2-1 约束和约束力约束和
3、约束力2、光滑接触面、光滑接触面G固定平面固定平面G固定曲面固定曲面G齿轮的齿面齿轮的齿面2-1 约束和约束力约束和约束力2-1 约束和约束力约束和约束力F F2-1 约束和约束力约束和约束力3、铰连接与铰支座、铰连接与铰支座G圆柱铰链圆柱铰链2-1 约束和约束力约束和约束力恐龙骨骼的铰链连接恐龙骨骼的铰链连接2-1 约束和约束力约束和约束力铰G圆柱铰链圆柱铰链2-1 约束和约束力约束和约束力G固定铰支座固定铰支座2-1 约束和约束力约束和约束力G固定铰支座固定铰支座2-1 约束和约束力约束和约束力G固定铰支座固定铰支座2-1 约束和约束力约束和约束力G活动铰支座活动铰支座2-1 约束和约束力
4、约束和约束力G活动铰支座活动铰支座2-1 约束和约束力约束和约束力G活动铰支座活动铰支座2-1 约束和约束力约束和约束力4、链杆约束、链杆约束F FA AF FB BACBAB2-1 约束和约束力约束和约束力链杆约束的约束力沿两铰链杆约束的约束力沿两铰链中心连线，指向不定。链中心连线，指向不定。2-1 约束和约束力约束和约束力翻斗车翻斗车连杆支座连杆支座2-1 约束和约束力约束和约束力5、球铰支座、球铰支座AB光滑球铰链约束实例光滑球铰链约束实例2-1 约束和约束力约束和约束力球球股骨股骨盆骨盆骨球窝球窝盆盆骨骨与与股股骨骨之之间间的的球球铰铰连连接接2-1 约束和约束力约束和约束力6、径向轴
5、承与止推轴承、径向轴承与止推轴承G径向轴承径向轴承2-1 约束和约束力约束和约束力G止推轴承止推轴承2-1 约束和约束力约束和约束力7、固定端约束、固定端约束ABF FAyAyF FAxAxMA遮遮 雨雨 蓬蓬2-1 约束和约束力约束和约束力 固定端约束实例固定端约束实例P2-1 约束和约束力约束和约束力 固定端约束实例固定端约束实例2-1 约束和约束力约束和约束力2-2 结构计算简图结构计算简图 在工程设计中对结构进行力学分析时，需要一在工程设计中对结构进行力学分析时，需要一 个图形，这个图形与实际结构不可能完全一样，因个图形，这个图形与实际结构不可能完全一样，因此必须对实际结构进行抽象和简
6、化，此必须对实际结构进行抽象和简化，用以代替原结用以代替原结构进行结构的力学分析、计算的简化图形叫结构的构进行结构的力学分析、计算的简化图形叫结构的计算简图计算简图 。抽象和简化必须遵循以下原则：。抽象和简化必须遵循以下原则：1 1）正确反映结构的实际受力情况，使计算结果与）正确反映结构的实际受力情况，使计算结果与 实际情况比较吻合；实际情况比较吻合；2 2）略去次要因数，便于分析和计算。）略去次要因数，便于分析和计算。1、结构计算简图、结构计算简图2-2 结构计算简图结构计算简图1 1）支座简化示例）支座简化示例 对平面结构一般可以简化成以下三种形式：对平面结构一般可以简化成以下三种形式：可
7、动铰支座可动铰支座 只能约束竖向运动的支座称为：可动铰支座只能约束竖向运动的支座称为：可动铰支座 表示方法：表示方法：例如：把梁放在柱顶上，不作任何处理，其支座就例如：把梁放在柱顶上，不作任何处理，其支座就 可简化成可动铰支座。可简化成可动铰支座。2-2 结构计算简图结构计算简图固定铰支座固定铰支座 能约束竖向和水平运动的支座称为：固定铰支座能约束竖向和水平运动的支座称为：固定铰支座 表示方法：表示方法：例如：把屋架放在柱顶上，并与柱顶的预埋件连例如：把屋架放在柱顶上，并与柱顶的预埋件连 接，这样的支座可简化成固定铰支座。接，这样的支座可简化成固定铰支座。2-2 结构计算简图结构计算简图固定支
8、座固定支座 能约束竖向、水平和转动的支座称为：固定支座能约束竖向、水平和转动的支座称为：固定支座 表示方法：表示方法：例如：柱子与基础完全现浇在一起，而且柱子的例如：柱子与基础完全现浇在一起，而且柱子的 钢筋插入基础一定距离，那么柱子的支座就可简钢筋插入基础一定距离，那么柱子的支座就可简化成固定支座。化成固定支座。2-2 结构计算简图结构计算简图 2 2）结点简化示例）结点简化示例 杆件与杆件的连接点称为：结点杆件与杆件的连接点称为：结点 结点的简化分两类：铰结点和刚结点结点的简化分两类：铰结点和刚结点 铰结点铰结点 几何特征：各杆可以绕结点自由转动。几何特征：各杆可以绕结点自由转动。受力状况
9、：不会引起杆端弯矩。受力状况：不会引起杆端弯矩。表示方法：表示方法：例如：图示木屋例如：图示木屋架的结点架的结点 2-2 结构计算简图结构计算简图刚结点刚结点 几何特征：各杆不能绕结点作相对转动。几何特征：各杆不能绕结点作相对转动。受力状况：由于结点能阻止杆件之间发生相对转受力状况：由于结点能阻止杆件之间发生相对转角，因此杆端有弯矩、剪力角，因此杆端有弯矩、剪力 和轴力。和轴力。例如：图示现浇钢筋混凝土框架的结点例如：图示现浇钢筋混凝土框架的结点 表示方法表示方法：2-2 结构计算简图结构计算简图 3 3）计算简图示例）计算简图示例2-2 结构计算简图结构计算简图钢筋混凝土屋架钢筋混凝土屋架2
10、-2 结构计算简图结构计算简图 2、平面杆系结构的分类、平面杆系结构的分类1 1）梁）梁 有简支梁、悬臂梁、曲梁、多跨静定梁和超静定梁有简支梁、悬臂梁、曲梁、多跨静定梁和超静定梁等。等。2-2 结构计算简图结构计算简图2 2）拱）拱 有三铰拱、两铰拱、无铰拱等。有三铰拱、两铰拱、无铰拱等。3 3）桁架）桁架 2-2 结构计算简图结构计算简图4 4）刚架）刚架 5 5）组合结构）组合结构 2-3 物体受力分析物体受力分析概概 念念 分析作用于物体上的外力以及它们的作用位置分析作用于物体上的外力以及它们的作用位置分析作用于物体上的外力以及它们的作用位置分析作用于物体上的外力以及它们的作用位置和方向
11、和方向和方向和方向,这个过程称为这个过程称为这个过程称为这个过程称为受力分析受力分析受力分析受力分析。表示物体所受全部外力（包括主动力和约束反表示物体所受全部外力（包括主动力和约束反力）的简图即为力）的简图即为物体的物体的物体的物体的受力图受力图受力图受力图。选取合适的研究对象与正确画出受力图是解决选取合适的研究对象与正确画出受力图是解决力学问题的前提和依据。力学问题的前提和依据。2-3 物体受力分析物体受力分析作受力图的步骤作受力图的步骤1.1.取分离体。取分离体。2.2.画出对象所受的全部主动力。画出对象所受的全部主动力。3.3.在存在约束的地方，按约束类型逐一画出在存在约束的地方，按约束
12、类型逐一画出约束反力。约束反力。2-3 物体受力分析物体受力分析物体系统物体系统：若干构件通过某种连接方式组成可以传：若干构件通过某种连接方式组成可以传递运动或承受荷载的机构或结构。递运动或承受荷载的机构或结构。受力图受力图 确定研究对象，分析周围物体；确定研究对象，分析周围物体；解除约束，取分离体；解除约束，取分离体；在分离体上画上主动力；在分离体上画上主动力；在分离体解除约束处，根据约束类型画上约反在分离体解除约束处，根据约束类型画上约反力。力。对于指向确定的约束反力，要正确画出其指向；对于对于指向确定的约束反力，要正确画出其指向；对于不能事先确定指向的约束反力，其指向可以假设。不能事先确
13、定指向的约束反力，其指向可以假设。画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图2-3 物体受力分析物体受力分析画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图2-3 物体受力分析物体受力分析画出下列各构件的受力图画出下列各构件的受力图2-3 物体受力分析物体受力分析解：解：1)取梯子取梯子AB为研究对象为研究对象2)建立坐标系如图建立坐标系如图(a)3)受力如图受力如图(b)例例1 1 一一个个梯梯子子ABAB，两两端端放放在在光光滑滑面面上上，在在C C点点一一水水平平绳绳联联结结，梯梯子子重重量量为为P P，作作用用在在D D点点，见见图图(a)a)。对梯子对梯子ABAB受力分析。受力分析。2
14、-3 物体受力分析物体受力分析2)2)建立坐标系如图建立坐标系如图(a)a)3)3)受力分析如图受力分析如图(b)b)例例2 2 刚刚架架ABCDABCD上上作作用用分分布布载载荷荷q q，尺尺寸寸如如图图。对对于刚架受力分析。于刚架受力分析。解：解：1)1)取刚架取刚架ABCDABCD为研究对象为研究对象2-3 物体受力分析物体受力分析例例3 3 由水平杆由水平杆ABAB和斜杆和斜杆BCBC构成的管道支架如图构成的管道支架如图所示。在所示。在ABAB杆上放一重为杆上放一重为P P的管道。的管道。A,B,CA,B,C处都是处都是铰链连接。不计各杆的自重铰链连接。不计各杆的自重,各接触面都是光滑
15、各接触面都是光滑的。试分别画出管道的。试分别画出管道O,O,水平杆水平杆AB,AB,斜杆斜杆BCBC及整体及整体的受力图。的受力图。ACBDOP2-3 物体受力分析物体受力分析解解:(1):(1)取管道取管道O O为研究对象为研究对象OPND(2)(2)取斜杆取斜杆BCBC为研究对象为研究对象CBRCRB二力杆二力杆ACBDOP2-3 物体受力分析物体受力分析ABDNDRBFAy(3)(3)取水平杆取水平杆ABAB为研究对象为研究对象FAXFA三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理CBRCRBACBDOPOPND2-3 物体受力分析物体受力分析(4)(4)取整体为取整体为研究对象：研究对象：FAyF
16、AXRCCBRCRBACBDOPDACBOPABDNDRBFAyFAX2-3 物体受力分析物体受力分析(4)(4)取整体为取整体为研究对象：研究对象：CBRCRBACBDOPABDNDRBFAyFAXRCDACBOPFAE2-3 物体受力分析物体受力分析画受力图应注意的问题画受力图应注意的问题1 1、不要漏画力：、不要漏画力：除重力、电磁力外，物体之间只有通除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由
17、约束类型而定。的方向由约束类型而定。2 2、不要多画力：、不要多画力：要注意力是物体之间的相互机械作用。要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。哪一个施力体施加的。2-3 物体受力分析物体受力分析3 3、不要画错力的方向：、不要画错力的方向：约束反力的方向必须严格地按约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用
18、力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。之相反，不要把箭头方向画错。4 4、受力图上只画外力，不画内力受力图上只画外力，不画内力：一个力，属于外一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。的外力。2-3 物体受力分析物体受力分析5 5、受力图上不能再带约束：、受力图上不能再带约束：即受力图一定要画在分即受力图一定要画在分离体上。离体上。6 6、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部、同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾：一致，相互协调，不能相互矛盾：对于某一处的约束对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。上要与之保持一致。7 7、正确判断二力构件正确判断二力构件2-3 物体受力分析物体受力分析