桥梁受力分析

第一篇静力分析研究内容：刚体在各种力系作用下平衡的一般规律桥梁受有：自身重力、铁轨压力、桥墩作用力、风载等机身受有：自身重力、旋翼轴的作用力、空气动力等静力平衡§1–1静力学的基本概念§1–2静力学公理§1–3约束与约束反力§1–4物体的受力分析与受力图第一章基本概念与受力分析力的单位：国际单位制：牛顿(N)§1-1静力学基本概念一、力Force的概念1．定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用可以改变物体的运动状态。2.力的效应：①运动效应(外效应)②变形效应(内效应)。3.力的三要素：大小，方向，作用点AF*运动效应或外效应*变形效应或内效应•力的作用效应：力系SystemofForces：是指作用在物体上的一群力。平衡力系EquilibriumForceSystem：物体在力系作用下处于平衡，我们称这个力系为平衡力系。是指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。二.刚体就是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。三.平衡EquilibriumAF平衡问题§1-2静力学基本公理公理：无须证明而为人们所公认的结论。公理1二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等|F1|=|F2|方向相反F1=–F2作用线共线，作用于同一个物体上。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力杆memberssubjectedtotheactionoftwoforces不是二力构件刚化公理－将变形体看作刚体的条件刚体平衡条件是变形体平衡的必要条件而非充分条件。推论(力在刚体上的可传性)作用于刚体上的力，其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动，而不改变它对该刚体的作用。==F1=－F2=FFABFABF2F1F1AB公理2加减平衡力系原理即，合力为原两力的矢量和。A公理3(力平行四边形公理)作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力，即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。F1F2FR矢量表达式：FR=F1+F2AF1F2FRAF1F2FRAF1F2FR力三角形法FR=F1+F2++Fn=SFi（i=1,2,,n）力多边形法则推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。F1FF2A=证明：F1F2F3A3AA2A1F3FA=A3F1F2F3A3AA2A1推论(三力汇交定理)当刚体在三个力作用下平衡时，设其中两力的作用线相交于某点，则第三力的作用线必定也通过这个点。证明：公理4作用力和反作用力定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。[例]吊灯作用力与反作用力定律两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。•此公理阐明了物体间相互作用的关系，表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上。FRFR'齿轮啮合力讨论：在拔河比赛中,既然双方的作用力与反作用力的大小相等,应该不可能分出胜负,实际上总有一方获胜,这是否违背了作用力与反作用力定律?约束反力：约束给被约束物体的力叫约束反力。§1-3约束Constraint与约束反力ConstraintForce一、概念自由体FreeBody：位移不受限制的物体叫自由体。非自由体NonfreeBody：位移受限制的物体叫非自由体。约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）①大小常常是未知的；②方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；③作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：GGN1N2二、约束类型和确定约束反力方向的方法：柔性约束CableConstraintPPTTF1F2A柔绳约束胶带构成的约束柔性约束CableConstraint柔绳约束链条构成的约束约束类型与实例绳索、链条、皮带柔性约束CableConstraint约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体光滑面约束SmoothSurfaceConstraintPNNPNANBNNN凸轮顶杆机构FR'FR光滑面约束SmoothSurfaceConstraint光滑面约束SmoothSurfaceConstraint滑槽与销钉（双面约束）光滑面约束SmoothSurfaceConstraintSmoothsurface光滑面约束SmoothSurfaceConstraint光滑圆柱铰链结构一般有以下四种形式中间铰固定铰支座活动铰支座(辊轴支座)二力构件(链杆)其它光滑铰链约束ConstraintOfSmoothCylindricalPin圆柱铰链AAXAYAAFNFNFNFxFy恐龙骨骼的铰链连接光滑铰链约束ConstraintOfSmoothCylindricalPin球股骨盆骨球窝盆骨与股骨之间的球铰连接光滑铰链约束ConstraintOfSmoothCylindricalPin光滑铰链约束ConstraintOfSmoothCylindricalPin光滑铰链约束ConstraintOfSmoothCylindricalPin中间铰铰(Hinge)销钉中间铰简化表示：约束力表示：固定铰支座上摆销钉下摆固定铰支座swf0109b.swf固定铰支座铰固定铰支座固定铰支座活动铰支座SlidingHinged-Support（辊轴支座）上摆销钉底板滚轮活动铰支座活动铰支座其它表示FAAFBFCBCAFABFBCFC活动铰支座连杆支座连杆支座的约束力沿连杆中心线，指向不定。连杆支座翻斗车连杆支座实例固定端约束烟筒，电线杆，悬臂粱，机床的卡盘约束类型和约束反力约束类型约束力未知量个数112223约束类型和约束反力约束类型约束力未知量数目34456一、受力分析作用在物体上的力有：主动力：如重力,风力,气体压力等。被动力：即约束反力。§1-4物体的受力分析和受力图画物体受力图主要步骤为：①选研究对象；②取分离体；③画上主动力；④画出约束反力。二、受力图[例]（类似于p21）ATAAAPTA柔性约束[例]（p20）尖点问题应去掉约束应去掉约束作图示轧路机轧轮的受力图。ABABFPPFANBNOABCOTBPAN例(p21)两只油桶堆放在槽中，画出每个桶的受力图。FFFFFFFF例.(p16)画各构件的受力图二力构件PABCBCPACPABCDCCDCFBFCFAFCFDFCFPAXAYAM例题由水平杆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。ACBDOP解:(1)取管道O为研究对象OPND(2)取斜杆BC为研究对象CBRCRB二力杆ACBDOPABDND´RB´FAy(3)取水平杆AB为研究对象FAXFA三力平衡汇交定理CBRCRBACBDOPOPND(4)取整体为研究对象：FAyFAXRCCBRCRBACBDOPDACBOPABDND´RB´FAyFAX(4)取整体为研究对象：RCCBRCRBACBDOPDACBOPABDND´RB´FAyFAXFAE如图所示结构，画AD、BC的受力图。ABCDPBCBRCRPADCCRAXAYPADCCRARC双铰刚杆约束例题ABABFAFB双铰链刚杆约束受力图正确吗?CABABFAFB双铰链刚杆约束例(p15)画出AB杆的受力图（杆自重不计）。45AACCBBgmTBNPABCABCP45ABCP45ARBRBRAXAY对于一定的牵引力怎样确定配重W或滑轮位置？学生常犯的错误本章小结静力学公理是力学的最基本、最普遍的客观规律；约束力反映了不同约束对非自由体运动的限制作用，同时也反映了物体之间的接触关系；正确画出物体的受力图是研究物体平衡和运动的前提。作业1.1、1.2、1.3