約束的識別與約束力的分析

6/18/2023任務2?約束的識別與約束力的求作路橋區(qū)職教中心3課時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動呢？

一、?約束與約束力的概念約束：限制物體運動的物體在力學中稱為約束約束力：約束對被約束物體的作用力約束力的特點：約束力是被動力，其方向總是與約束所能限制的運動方向相反，其作用效果是限制被約束物體的運動。主動力與約束反對應，主動使物體運動或使物體有運動趨勢的力稱為主動力，如重力、風壓力、土壓力等。主動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：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動。柔體對物體的約束力是通過接觸點，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動時，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動，而不能限制物體沿著光滑面或離開光滑面的運動。光滑面的約束力是通過接觸點，沿接觸面在該點的垂線方向作用的壓力，即指向被約束的物體，常用字母FN表示當物體在接觸處的摩擦力很小，可以略去不計時，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]鋼結構雨蓬如圖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的軸線方向的運動，而不能限制其他方向的運動。在力學中把不計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動，而不能限制其他方向的運動。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件連接在墻、柱、基礎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可動鉸支座的結構簡圖如圖b所示，即用銷釘把構件和支座連接，并將支座置于可沿支承面滾動的輥軸上，這就構成了可動鉸支座。橋墩只能限制橋梁沿垂直于支承面方向的移動，不能限制橋梁繞橋墩轉動和沿支承面方向的移動。我們把這種支座稱為可動鉸支座。(b)(d)(c)(b)(d)(c)可動鉸支座的約束力通過構件與支承面，并垂直于支承面，方向可能向上，也可能向下?？蓜鱼q支座的計算簡圖如圖c所示，支座反力常用字母FN表示工程實例在工程實際中，鋼筋混凝土立交橋的橋梁端部伸縮縫處，一端常采用可動鉸支座。其作用是：當因熱脹冷縮而長度稍有變化時，可動鉸支座相應地沿支承面滑動，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所示的鋼結構中，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，柱子不可能產生上下、左右移動，但可以產生微小的轉動。我們把地面對柱子的這種支承稱為固定鉸支座。(a)(b)因為柱子受到上下、左右移動的限制，即固定鉸支座有兩個方向的約束力，其大小未知。因此，我們常采用兩個互相垂直的未知力Fx、Fy表示，如圖c所示，但其約束力也可以用一個不知大小和方向的力FRA（圖d）表示。將構件用圓柱形銷釘與支座連接，并將支座固定在支承物上，就構成了固定鉸支座，如圖a所示。固定鉸支座的計算簡圖如圖b所示。（a）（b）（c）（d）FAX門能轉動，但是不能左右上下移動，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？圓柱鉸鏈的計算簡圖如圖b所示，約束力如圖c或d所示。如將一個圓柱形光滑銷釘插入兩個物體的圓孔中，就構成了圓柱鉸鏈（圖a），圓柱鉸鏈常簡稱為鉸鏈。可見圓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構現(xiàn)澆在一起，框架結構把陽臺梁固定住，框架結構限制了陽臺梁沿任何方向的移動，同時也限制了陽臺梁的轉動。（3）固定端支座[觀察與思考]鋼筋混凝土框架結構中陽臺梁呈懸挑形式，它的一端懸空，另一端與框架結構現(xiàn)澆后固定在一起，如圖a所示?？蚣芙Y構對陽臺梁起著怎樣的約束作用呢？構件與支承物固定在一起，構件在固定端既不能沿任何方向移動（也就是說上下、左右都不能移動），同時也不能轉動，我們把這種支承稱為固定端支座。固定端支座的計算簡圖如圖所示。固定端支座的約束力有三個未知數：作用于固定處的水平約束力Fx和豎向約束力Fy，還有一個阻止轉動的力偶矩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個數柔體約束

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動

限制沿于支承面方向的移動

限制沿鏈桿方向的移動

固定鉸支座

限制沿著兩個