《建筑力学》李前程第二章物体受力分析.ppt

建筑力学主讲单位：力学教研室 （2）1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第一节第一节 约束与约束力约束与约束力第二节第二节 结构计算简图结构计算简图第三节第三节 物体受力分析物体受力分析2一、几个概念一、几个概念非自由体非自由体组成结构的各单独部分组成结构的各单独部分。第一节第一节 约束与约束力约束与约束力物体可分为两类物体可分为两类自由体自由体和和非非自由体自由体。自由体自由体可以自由位移可以自由位移,不受任何其他物体的限制。不受任何其他物体的限制。约束约束 限制非自由体位移的其他物体。限制非自由体位移的其他物体。约束力约束力 约束对非自由体的作用力。约束对非自由体的作用力。注意：注意：约束力的方向总是与它所限制的位移方向相反。约束力的方向总是与它所限制的位移方向相反。3二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力1.柔索约束柔索约束 柔索约束由软绳、链条等构成。柔索约束由软绳、链条等构成。约束力特点约束力特点:只能是拉力，不能是压力只能是拉力，不能是压力 。AWFTWFTAFTB4二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力2.光滑面约束光滑面约束 两物体光滑的接触，即它们之间的摩擦力可以忽略。两物体光滑的接触，即它们之间的摩擦力可以忽略。A光滑面的约束力光滑面的约束力通过接触点，方向沿接触面的公法线并指向被约束的物体。通过接触点，方向沿接触面的公法线并指向被约束的物体。FNAA切面切面公法线公法线CABFNAFNBFNAFNC905BAC二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力3.光滑铰链约束光滑铰链约束 是连接两个构件的常见约束。是连接两个构件的常见约束。光滑铰链的约束一般用两个相互垂直的力表示！光滑铰链的约束一般用两个相互垂直的力表示！简化简化铰铰6二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力4.铰支座铰支座 有固定铰支座和滚动铰支座两种。有固定铰支座和滚动铰支座两种。简化简化（1 1）固定铰支座）固定铰支座构件构件销钉销钉支座支座构件构件固定铰支座固定铰支座约束力约束力:AFAxFAy计算简图计算简图:AA或或A7二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力（2 2）滚动铰支座）滚动铰支座构件构件简化简化构件构件滚动铰支座滚动铰支座约束力约束力:AFAy计算简图计算简图:A或或AAAFAy或或8二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力工程上常见的简支梁工程上常见的简支梁 由固定铰支座和滚动铰支座固定在地面上由固定铰支座和滚动铰支座固定在地面上FAxFAyABFByF9二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力5.5.链杆约束链杆约束 链杆链杆（又称（又称二力杆二力杆）是两端用光滑铰链与其）是两端用光滑铰链与其他物体连接他物体连接,不计自重且中间不受力作用的杆件。不计自重且中间不受力作用的杆件。F FN NA AABABFNB链杆对它所约束的物体的约束力必定沿着两铰链中心的连线作用在物体上。链杆对它所约束的物体的约束力必定沿着两铰链中心的连线作用在物体上。10二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力5.5.链杆约束链杆约束 例题例题1 1：分析图示结构各组成部分，有二力杆吗？：分析图示结构各组成部分，有二力杆吗？构件构件BC固定铰支座固定铰支座构件构件AD铰链铰链BC是是二力杆二力杆 A链杆可以作支座，性质如滚动铰支座。链杆可以作支座，性质如滚动铰支座。FAy11二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力6.6.固定端约束（固定支座）固定端约束（固定支座）固定端的约束力是两个相互垂直的分力固定端的约束力是两个相互垂直的分力F FA A x x 、F FA A y y 和一个力偶和一个力偶 MM A A 。12二、常见的几种约束二、常见的几种约束第一节第一节 约束与约束力约束与约束力7.7.定向支座定向支座允许杆端沿与链杆垂直的方向移动允许杆端沿与链杆垂直的方向移动,限制了沿链杆方向的移动限制了沿链杆方向的移动,也限制了转动。也限制了转动。定向支座的约束力是一个沿链杆方向的力定向支座的约束力是一个沿链杆方向的力 FAy 和一个力偶和一个力偶 MA；注意：注意：力力 FAY 和力偶和力偶 MA 的方向都是假定的。的方向都是假定的。13一、结构计算简图一、结构计算简图第二节第二节 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 一个能代替真实结构且反映结构主要工作特性的简化模型。一个能代替真实结构且反映结构主要工作特性的简化模型。简化简化固定支座A固定铰支座14一、结构计算简图一、结构计算简图第二节第二节 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常见的三种结点形式：结点结点结点结点 结构中结构中结构中结构中构件的结点。构件的结点。铰结点、刚结点、组合结点铰结点、刚结点、组合结点铰结点、刚结点、组合结点铰结点、刚结点、组合结点 （1 1）铰结点）铰结点 铰结点上的各杆件用铰链相连接。（2 2）刚结点）刚结点 刚结点上的各杆件刚性连接。（3 3）组合结点）组合结点 结点处一些杆件用结点处一些杆件用铰链连接，另一些杆件刚性连接。绞结点绞结点刚结点刚结点组合结点组合结点（c）绞结点上的铰链称为全绞绞结点上的铰链称为全绞组合结点上的铰链称为半绞组合结点上的铰链称为半绞15一、结构计算简图一、结构计算简图第二节第二节 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结构的计算简图用结构的轮廓草图表示，不需精确画图。例如画出单层厂房结构的计算见图例如画出单层厂房结构的计算见图例如画出单层厂房结构的计算见图例如画出单层厂房结构的计算见图简化简化简化简化16二、平面杆系结构的分类二、平面杆系结构的分类第二节第二节 结构计算简图结构计算简图1.1.梁梁由受弯杆件构成由受弯杆件构成由受弯杆件构成由受弯杆件构成,杆件轴线一般为直线。杆件轴线一般为直线。杆件轴线一般为直线。杆件轴线一般为直线。单跨梁单跨梁多跨梁多跨梁17二、平面杆系结构的分类二、平面杆系结构的分类第二节第二节 结构计算简图结构计算简图2.2.拱拱：一般由曲构成：一般由曲构成：一般由曲构成：一般由曲构成三绞拱三绞拱无绞拱无绞拱18二、平面杆系结构的分类二、平面杆系结构的分类第二节第二节 结构计算简图结构计算简图2.2.拱拱：一般由曲构成：一般由曲构成：一般由曲构成：一般由曲构成密苏里州圣路易斯拱形门密苏里州圣路易斯拱形门 中国古代赵州桥中国古代赵州桥19二、平面杆系结构的分类二、平面杆系结构的分类第二节第二节 结构计算简图结构计算简图3.3.刚架刚架 由梁和柱组成的结构由梁和柱组成的结构单层刚架单层刚架多层刚架多层刚架排架排架又称又称铰结刚架铰结刚架或或铰结排架铰结排架20二、平面杆系结构的分类二、平面杆系结构的分类第二节第二节 结构计算简图结构计算简图4.4.桁桁架架 由若干直杆用铰链连接组成的结构由若干直杆用铰链连接组成的结构图1图221二、平面杆系结构的分类二、平面杆系结构的分类第二节第二节 结构计算简图结构计算简图5.5.组合结构组合结构 由桁架和梁或刚架组合在一起形成的结构由桁架和梁或刚架组合在一起形成的结构,其中含有组合结点。其中含有组合结点。22第三节第三节 物体受力分析物体受力分析例题例题2 2：起吊架由杆件起吊架由杆件 AB 和和 CD 组成组成,起吊重物的重量为起吊重物的重量为W。不计杆件自重不计杆件自重,作杆件作杆件 A B 的受力图。的受力图。解：解：一、几个概念：一、几个概念：1.1.物体系统物体系统若干构件通过某种连接方式组成机构或结构若干构件通过某种连接方式组成机构或结构,用以传递运动或承受荷载。用以传递运动或承受荷载。2.2.分离体分离体所要研究的物体单独分离出来所要研究的物体单独分离出来,画出其简图。画出其简图。3.3.内力内力 分离体内各构件之间相互作用的力。分离体内各构件之间相互作用的力。4.4.外力外力 分离体以外的物体对分离体作用的力。分离体以外的物体对分离体作用的力。23第三节第三节 物体受力分析物体受力分析分析作用在分离体上的全部主动力和约束力，画出分离体的受力简图。分析作用在分离体上的全部主动力和约束力，画出分离体的受力简图。作图步骤：作图步骤：二、受力图二、受力图 选定合适的研究对象，确定分离体；选定合适的研究对象，确定分离体；画出所有作用在分离体上的主动力画出所有作用在分离体上的主动力 （一般皆为已知力）；（一般皆为已知力）；在分离体的所有约束处，根据约束的性质画出约束力。在分离体的所有约束处，根据约束的性质画出约束力。24第三节第三节 物体受力分析物体受力分析例题例题3:ABECDFW 重为重为 W 的直杆的直杆AB 搁在台阶上搁在台阶上 ,与地面上与地面上 A、D 两点接触两点接触 ，在，在E点点应绳索应绳索 E F 与墙壁相连。如图所示与墙壁相连。如图所示 ,略去摩擦。试作直杆的受力图。略去摩擦。试作直杆的受力图。25第三节第三节 物体受力分析物体受力分析例题例题3:解解:取杆取杆AB 为研究对象。为研究对象。EF为柔绳约束为柔绳约束,约束力为约束力为FTEA为光滑面约束，公法线为光滑面约束，公法线垂直于地面，约束力为垂直于地面，约束力为FNA。D为光滑面约束为光滑面约束，公，公法线垂直于法线垂直于直杆表面直杆表面,约束力为约束力为FNDABECDFWFTEFNAFND26第三节第三节 物体受力分析物体受力分析例题例题4:画出多跨梁画出多跨梁 ACD 中中 AC 和和 CD 部分及整体的受力图。部分及整体的受力图。FADBCDCFDyFAy解解:取整体为研究对象。取整体为研究对象。FDyFByFAx取取 AC 为研究对象。为研究对象。FABCFAyFAxFByFCyFCx取取 CD 为研究对象。为研究对象。27A第三节第三节 物体受力分析物体受力分析例题例题5:解:(1)取整体为研究对象。图示系统中,物体K 重W,其他各构件不计自重。分别取(1)整体;(2)AB 杆;(3)BE 杆;(4)CD 杆、轮C、绳及物体K 所组成的系统为分离体,作出四个分离体的受力图。FAyFAxMA(2)取AB为研究对象。FAyFAxMAADBFDyFDxFByFBx(3)取BE为研究对象。作用与反作用力作用与反作用力28DA第三节第三节 物体受力分析物体受力分析例题例题5:解:(4)FAyFAxMAFAyFAxMAADBFDyFDxFByFBx作用与反作用力作用与反作用力取轮 C为研究对象。CFCxFCy29第三节第三节 物体受力分析物体受力分析错在哪里？错在哪里？错在哪里？错在哪里？指出以下受力图中的错误30小小 结结1.1.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3.3.3.3.受力图受力图 受受力力分分析析方方法法 其其要要领领是是选选择择合合适适的的研研究究对对象象，正正确确分分析析约约束束和和约约束束力力，画画出出受受力力图图。受受力力分分析析过过程程中中要要区区分分内内力力和和外力，正确应用作用与反作用定律。外力，正确应用作用与反作用定律。注意注意:内力不出现在受力图中内力不出现在受力图中!312-2(a)2-2(a)2-3(b)2-3(b)2-6 2-6 2-7 2-7 2-102-10作作 业业32