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1、建筑力学,Architectural Mechanics,主 讲：杜留记 河南城建学院土木工程系力学教研室,第二章 结构计算简图 物体受力分析,2.1 约束与约束力,2.2 结构计算简图,2.3 物体受力分析,2-1 约束和约束力,自由体（free body）：能在空间作任意运动的物体叫自由体。 非自由体（nonfree body） ：位移受到周围其它物体限制，不能沿着某些方向运动的物体称为非自由体。 约束（constraint）：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。 约束反力：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。,
2、2-1 约束和约束力,1、柔索,绳,皮带,链条,绳索 链条 皮带,2-1 约束和约束力,2、光滑接触面,固定平面,固定曲面,齿轮的齿面,2-1 约束和约束力,2-1 约束和约束力,F,2-1 约束和约束力,3、铰连接与铰支座,圆柱铰链,2-1 约束和约束力,恐龙骨骼的铰链连接,2-1 约束和约束力,铰,圆柱铰链,2-1 约束和约束力,固定铰支座,2-1 约束和约束力,固定铰支座,2-1 约束和约束力,固定铰支座,2-1 约束和约束力,活动铰支座,2-1 约束和约束力,活动铰支座,2-1 约束和约束力,活动铰支座,2-1 约束和约束力,4、链杆约束,2-1 约束和约束力,链杆约束的约束力沿两铰链
3、中心连线，指向不定。,2-1 约束和约束力,翻斗车,连杆支座,2-1 约束和约束力,5、球铰支座,光滑球铰链约束实例,2-1 约束和约束力,盆骨与股骨之间的球铰连接,2-1 约束和约束力,6、径向轴承与止推轴承,径向轴承,2-1 约束和约束力,止推轴承,2-1 约束和约束力,7、固定端约束,遮 雨 蓬,2-1 约束和约束力,托 架,固定端约束实例,2-1 约束和约束力,固定端约束实例,2-1 约束和约束力,2-2 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 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化，用以代替原结构进行结构的力学分析、计算的简化图形叫
4、结构的计算简图 。抽象和简化必须遵循以下原则： 1）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； 2）略去次要因数，便于分析和计算。,1、结构计算简图,2-2 结构计算简图,1）支座简化示例 对平面结构一般可以简化成以下三种形式： 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：,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。,2-2 结构计算简图,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：,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。,2-2 结构计算简图,固定支座 能约束竖向、水平和
5、转动的支座称为：固定支座 表示方法：,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化成固定支座。,2-2 结构计算简图,2）结点简化示例 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,铰结点 几何特征：各杆可以绕结点自由转动。 受力状况：不会引起杆端弯矩。 表示方法：,例如：图示木屋架的结点,2-2 结构计算简图,刚结点 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角，因此杆端有弯矩、剪力 和轴力。,例如：图示现浇钢筋混凝土框架的结点,表示方法：,2-2 结构计算简图,3）计算简图示例,2-2 结构
6、计算简图,钢筋混凝土屋架,2-2 结构计算简图,2、平面杆系结构的分类,1）梁 有简支梁、悬臂梁、曲梁、多跨静定梁和超静定梁等。,2-2 结构计算简图,2）拱 有三铰拱、两铰拱、无铰拱等。,3）桁架,2-2 结构计算简图,2-3 物体受力分析,概 念 分析作用于物体上的外力以及它们的作用位置 和方向,这个过程称为受力分析。 表示物体所受全部外力（包括主动力和约束反 力）的简图即为物体的受力图。 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。,2-3 物体受力分析,作受力图的步骤 1.取分离体。 2.画出对象所受的全部主动力。 3.在存在约束的地方，按约束类型逐一画出 约束反力
7、。,2-3 物体受力分析,物体系统：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。 受力图 确定研究对象，分析周围物体； 解除约束，取分离体； 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 力。 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。,画出下列各构件的受力图,2-3 物体受力分析,画出下列各构件的受力图,2-3 物体受力分析,画出下列各构件的受力图,2-3 物体受力分析,解： 1) 取梯子AB为研究对象,2) 建立坐标系如图(a),3) 受力如图(b),例1 一个梯子AB，两端放在光滑面上，在C点一水
8、平绳联结，梯子重量为P，作用在D点，见图(a)。对梯子AB受力分析。,2-3 物体受力分析,2) 建立坐标系如图(a) 3) 受力分析如图(b),例2 刚架ABCD上作用分布载荷q，尺寸如图。对于刚架受力分析。,解： 1) 取刚架ABCD为研究对象,2-3 物体受力分析,例3 由水平杆AB和斜杆BC构成的管道支架如图所示。在AB杆上放一重为P的管道。A,B,C处都是铰链连接。不计各杆的自重 ,各接触面都是光滑的。试分别画出管道O,水平杆AB,斜杆BC及整体的受力图。,A,C,B,D,O,P,2-3 物体受力分析,解: (1) 取管道O为研究对象,O,P,ND,(2) 取斜杆BC为研究对象,C,
9、B,RC,RB,二力杆,A,C,B,D,O,P,2-3 物体受力分析,D,ND,RB,FAy,(3) 取水平杆AB为研究对象,FAX,三力平衡汇交定理,2-3 物体受力分析,(4)取整体为研究对象：,FAy,FAX,RC,D,ND,RB,FAy,FAX,2-3 物体受力分析,(4)取整体为研究对象：,D,ND,RB,FAy,FAX,RC,E,2-3 物体受力分析,画受力图应注意的问题,1、不要漏画力：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）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。,2、不要多画力：要注意力是物体之间的相互
10、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哪一个施力体施加的。,2-3 物体受力分析,3、不要画错力的方向：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简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与之相反，不要把箭头方向画错。,4、受力图上只画外力，不画内力：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。,2-3 物体受力分析,5、受力图上不能再带约束：即受力图一定要画在分离体上。,6、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：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上要与之保持一致。,7、正确判断二力构件,2-3 物体受力分析,
