1.2_典型结构受力分析——结构是怎样受力的.
建筑力学1知识点总结
建筑力学1知识点总结建筑力学是土木工程中的一门基础课程，它研究的是建筑结构在受力作用下的力学性能。
通过建筑力学的学习，可以掌握建筑结构的受力分析、设计和计算方法，为工程实践提供科学依据。
建筑力学的知识点涉及很广，包括静力学、结构分析、材料力学等方面。
本文将从静力学、结构分析和材料力学三个方面进行知识点总结。
一、静力学1.1 受力分析受力分析是建筑力学的基础，它主要研究物体在受力作用下的平衡状态。
受力分析包括平衡条件、力的合成与分解、力的作用点、力的传递等内容。
学习受力分析可以帮助我们理解建筑结构受力的特点和规律，为后续的结构分析和设计提供基础。
1.2 杆件受力杆件受力是指杆件在受外力作用下的变形和内力状态。
在建筑力学中，我们将杆件分为拉杆和压杆两种，分别对应拉力和压力状态。
学习杆件受力可以帮助我们理解结构中的受力情况，为后续结构设计提供依据。
1.3 荷载分析荷载分析是指对建筑结构所受外部荷载的评估和分析。
建筑结构在使用过程中会受到自重、活载、风载等多种荷载的作用，因此需要进行荷载分析以确定结构的承载能力。
学习荷载分析可以帮助我们理解结构承载能力的来源和计算方法，为结构设计提供依据。
1.4 统计分析统计分析是指对结构受力的概率分布和可靠度进行分析。
在建筑工程中，由于结构受力的不确定性，需要进行统计分析来评估结构的安全性。
学习统计分析可以帮助我们理解结构受力的概率分布和可靠度计算方法，为工程实践提供科学依据。
二、结构分析2.1 结构体系结构体系是指建筑结构中的组成部分和相互作用关系。
在建筑力学中，我们将结构体系分为框架结构、桁架结构、悬索结构、索塔结构等多种类型。
学习结构体系可以帮助我们理解结构的受力路径和受力传递规律，为结构设计提供依据。
2.2 静定系统静定系统是指结构中的部件数目与未知反力数目相等的系统。
在建筑力学中，我们将静定系统分为平面桁架、空间桁架、梁系、拱系等多种类型。
学习静定系统可以帮助我们理解结构的受力分析和计算方法，为结构设计提供依据。
结构力学(全套课件131P) ppt课件
的两根链杆的杆轴可以平行、交叉，或延长线交于
一点。
当两个刚片是由有交汇点的虚铰相连时，两个刚
片绕该交点（瞬时中心，简称瞬心）作相对转动。
从微小运动角度考虑，虚铰的作用相当于在瞬时
中心的一个实铰的作用。
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规则二 （三刚片规则）： 三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰（可以
是虚铰）两两相连，组成无多余约束的几何不变体 系。
两个平行链杆构成沿平行方向上的无穷远虚铰。
三个刚片由三个单铰两两相连，若三个铰都有交 点，容易由三个铰的位置得出体系几何组成的结论 。当三个单铰中有或者全部为无穷远虚铰时，可由 分析得出以下依据和结论：
１、当有一个无穷远虚铰时，若另两个铰心的连 线与该无穷远虚铰方向不平行，体系几何不变；若 平行，体系瞬变。
３、通过依次从外部拆除二元体或从内部（基础、 基本三角形）加二元体的方法，简化体系后再作分 析。
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第一部分 静定结构内力计算
静定结构的特性： １、几何组成特性 ２、静力特性 静定结构的内力计算依据静力平衡原理。
第三章 静定梁和静定刚架
§3-1 单 跨 静 定 梁
单跨静定梁的类型：简支梁、伸臂梁、悬臂梁 一、截面法求某一指定截面的内力
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１、单约束（见图２-2-2） 连接两个物体（刚片或点）的约束叫单约束。
１）单链杆（链杆）（上图） 一根单链杆或一个可动铰（一根支座链杆）具
有１个约束。 ２）单铰（下图）
一个单铰或一个固定铰支座（两个支座链杆） 具有两个约束。 ３）单刚结点
一个单刚结点或一个固定支座具有３个约束。
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２、复约束 连接３个（含３个）以上物体的约束叫复约束。
三、对体系作几何组成分析的一般途径
1.2结构受力分析
5、梁的抗变形能力和材料有关，为防止混凝土梁 、梁的抗变形能力和材料有关， 裂变，通常将钢筋安排在梁受拉力一侧。 裂变，通常将钢筋安排在梁受拉力一侧。 6、梁的变形与荷载位置有关。荷载越靠近中央， 、梁的变形与荷载位置有关。荷载越靠近中央， 变形量越大。 变形量越大。
压力
压力 压力 能够将作用于拱上的荷载压力， 荷载压力 拱，能够将作用于拱上的荷载压力，传递到四周的 支撑上。 支撑上。 所以，拱结构既利于承载，又美观。 所以，拱结构既利于承载，又美观。一般应用于 较大跨度的情况下。 较大跨度的情况下。
后坡板 梁
前坡面
后墙
立柱
拱结构的应用： 拱结构即中间高四周低的弧形的曲面。这种 结构对承受荷载有利，荷载作用于拱上，圆拱再 把力传到其四周的支撑（梁）上。拱结构的屋面 比平板形的屋面在承受风载或雪载时要有利。跨 度较大的屋面，多采用拱结构。
棚室屋架结构示意图
构件
载荷
构件受力
构件变形
单杠受力分析过程 构件：杠体、立柱、 构件：杠体、立柱、拉杆 载荷：结构自重、 载荷：结构自重、人体质量 构件受力：压力、弯曲力、 构件受力：压力、弯曲力、拉力 构件变形：压缩变形、 构件变形：压缩变形、弯曲变形 拉伸变形
反，且作用于同一物体上的平行的力。 且作用于同一物体上的平行的力。
拧干衣服！ 拧干衣服！
扭转力：反方向向物体两端均匀施力， 扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物
体发生扭转形变的力。 体发生扭转形变的力。
【观察与思考】 观察与思考】
日常生活中， 日常生活中，我们所见到的许多结 构的构件都要承受相应的力， 构的构件都要承受相应的力，请说说书 包带、椅子腿、单杠横杆、螺丝刀、 包带、椅子腿、单杠横杆、螺丝刀、剪 刀剪的纸条各受什么力？ 刀剪的纸条各受什么力？
大学物理力学受力分析
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说明：① 对刚体来说，上面的条件是充分必要的； ② 对变形体来说，上面的条件只是必要条件；
③ 二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。
二力杆
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公理2 加减平衡力系原理 在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原
说明：三力平衡必汇交 当三力平行时，在无限 远处汇交，它是一种特 殊情况。
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[例5] 尖点问题。
应去掉约束
应去掉约束
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[例6] 画出图示各构件及整体的受力图。
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三、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。分析时要分清研究对象（受力体）都与周围哪些 物体（施力体）相接触，只有接触处才会有约束反力，约束 反力的方向由约束类型而定，不要漏画力。
力系对刚体的作用。 推论1：力的可传性
作用于刚体上的力，可沿其作用线移到同一刚体内的任 一点，而不改变该力对刚体的效应。
因此，对刚体来说，力作用三要素为：大小，方向，作用线。
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公理3 力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可合
成为一个合力。此合力也作用于该点，合 力的大小和方向，由这两力矢为邻边所构 成的平行四边形的对角线确定。
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目录
第1章 静力学公理和物体的受力分析 第2章 平面力系 第3章 空间力系
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引言
一、静力学
是研究物体在力系作用下的平衡条件的科学。在静力学中 所指的物体都是刚体。所谓刚体，是指在力的作用下，大小和 形状都不变的物体。这是一个理想化的力学模型。
1.2_典型结构受力分析——结构是怎样受力的
（3）拉杆的作用 • 拉杆：辅助立柱抵抗弯曲变形趋势
2、棚室屋架结构分析
6 后墙 7 通道
5 立柱
1 草帘 3 后屋面 2 塑料棚膜 4 拱架（梁）
9 防渗膜固定槽 10 防渗膜
8 防寒沟 11 混凝土墙
1、荷载与立柱的受力
荷载:施加于机械或结构上的外力在力学中
关于外力的一些基本形式
• 构件所受的外力形式多样，基本形式 有弯曲力、拉力、压力、剪切力、扭 转力等。
• 在受外力作用时，构件会发生形状或 大小的改变，这种改变称为变形。
（1）钓鱼——
弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲变 形的力（与构件纵轴线相垂直） 例 子：使用弓、使用臂力器
（2）拔河——
拉力：物体所承受的拉拽力，产生拉伸变形 。
1、单杠受力和变形分析
杠体
立
柱
拉杆
看一段视频（观察单杠受力时的变形）
（1）杠体的受力与变形
• 运动员在杠体上做各种动作，如大 回环等，通过握杠体的手，对杠体 施加了外力，这些外力包括人体重 力、回转运动产生的离心力
杠体受到的Байду номын сангаас的方向
• 任意时刻，人对杠体的作用力，其方向， 都是从杠体指向人重心所处的瞬间位置。
体和人体）
• 认识到：结构中的某构件可能是其他构 件的荷载
• 当人体静挂或静骑在杠体上时
压力
• 当人体回转到单杠的一侧（如单杠的前面）时
弯矩作用 压力
• 可见：
• 同一荷载在静态、动态下， 结构承受的外力往往不同
• 问题：杠体和立柱的上端相连，人 的作用力通过杠体作用于立柱，立 柱产生弯曲变形趋势,如果要向前 发生弯曲，请问同学们，有什么方 法可以削弱或抵消这种弯曲呢？
1.2 典型结构受力分析(1)——结构是怎样受力的
*立柱埋深一点 *用一个力从反方 向拉
思考：
运动员从单杠前侧向后侧运动，起削 弱和平衡作用的是哪些拉杆？ 拉杆4和6
小结： 1、介绍了几种常见的力及其 变形； 2、单杠结构分析； 3、单杠构件的受力与变形情 况分析。 4、理解结构的本质。
构件受外力作用时，要发生形状 或大小的改变，这种改变称为变形。 常见的力与变形：
拉力所产生的 变形为拉伸
常见的力与变形
压力所产生的 变形为压缩
常见的力与变形
当杆件受到与 杆纵轴线相垂直的 外力作用时，杆件 产生的变形为弯曲， 发生弯曲变形的构 件，称为梁。 如：使用弓、 使用臂力器、撑杆 跳高
长凳要求既牢固又稳定，凳面在使用 时要求不能发生明显的变形。 设计时要求凳面有一定的厚度和宽度 跳板是悬臂梁受力变形，运动员在板 端起跳，跳板在压力的作用下，产生明显 的弯曲变形，促进运动员完成空中的动作。
结论：物体的结构是由物体的功 能和需要决定的。
一、单杠结构分析
1、单杠的结构
奥运小知识
奥运会男女体操单项比赛项 目分别是什么？ 男子单项：自由操、跳马、 吊环、双杠、单杠、鞍马 女子单项：自由操、跳马、 平衡木、高低杠
常见的力与变形
剪切力：两个距 离很近，大小相 等，方向相反， 且作用于同一物 体上的平行的力。
常见的力与变形
扭转力：反方 向向物体两端 均匀施力，使 物体发生扭转 形变的力。
问题思考：
长条板凳的凳面和跳板，同视为梁，然 而，在使用中，对前者不让它发生明显变形， 对后者却让它发生明显变形，这是基于什么 考虑而设计的？
结构计算简图物体受力分析
【例1.3】重量为FW 旳小球放置在光滑旳斜面上，并用绳子拉住， 如图所示。画出此球旳受力图。
【解】 （1）取小球为研究对象，画出分离体； （2）画小球受重力(主动力)； （3）画小球受到约束反力；绳子旳拉力和斜面旳约束反力
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例1-4
作图示轧路机轧轮旳受力图。
F
AP
B
F
AP
B
FA
FB
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例1-5 屋屋架架受重均为布P，风画力出q（屋N架/旳m受）力， 图． 解： 取屋架 画出简图
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2-3 构造旳计算简图
作用：造成建筑物整体或局部发生变形、位移甚至破坏旳原因。 直接作用：建筑物旳自重、人和设备旳重力、风力等作用。 间接作用：地震，温度变化、支座沉降等作用。
1、构造计算简图
（1）支座简化示例 预制混凝土柱置于杯形基础。
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（2）结点简化示例 屋架端部和柱顶构成旳结点 钢筋混凝土框架顶层梁与柱构成旳结点
梯子右边部分受力图 如图（d）所示
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整体受力图如图（e）所示
提问：左右两部分梯子在 A处，绳子对左右两部分梯子都有 力作用，为何在整体受力图没有画出？
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思索与练习
1、力能够沿着作用线移动而不变化它对物体旳运动效应。（√ ）
2、刚体受任意三个力作用而平衡，则该三力必在同一平面内且交
于一点。
（×）
FCx
FAy 图（a）
F'Cy C F'Cx
FBx B 图（b） FBy
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物体旳受力分析和受力图
没画对受力图旳主要原因是：没有事先判断出BC 是满足二力平衡条件旳。
二力构件： 受二力作用处于平衡旳构件
利用拉_压杆模型进行结构的受力分析和设计_郭卫民
利用拉-压杆模型进行结构的受力分析和设计郭卫民 赵学军(辽宁省交通勘测设计院,沈阳110005) 摘 要 拉-压杆模型方法是结构的概念性设计中对结构进行内力分析和设计的一种有效的工具。
本文简要介绍了拉-压杆模型的原理和建立方法,并利用该模型通过对工程中常见的基桩承台的内力分析和设计的实例来进一步介绍该方法在结构工程设计中的应用。
关键词 拉-压杆模型 力流轨迹 线弹性体 B区 D区1 概述我们知道,结构物中的内力和应力可以被描述为有一定轨迹的力流线,而且这种力的轨迹的形式总是从受荷载的位置通过整个的结构体达到承载点,因此我们从这轨迹图中不但很容易了解结构内的应力分布情况,而且可以指导我们对结构进行加筋设计。
然而,结构中力流的轨迹是很复杂的,很难进行定量的分析,因此必须进行概念性的简化,而拉-压杆模型就是一个近似的力流轨迹简化模型,它把拉力流简化成拉杆,压力流简化成压杆。
其简化的前提是结构物是线弹性体,并且没有塑性变形产生。
当然这是一种比较理想的简化,但在工程设计中,尤其是在结构的概念性设计中是可以满足要求的。
2 拉-压杆模型方法的基本原理(1) 结构受力区域的划分一般来讲,结构受力时其内部的力流的分布是极不均匀的,受力点局部区域力流密度大,分布不均;而远离受力点区域的力流密度小,分布均均,因此我们可以近似地把受力结构内部划分为两个不同的力流区,即:B区和D区。
下面就对这两个力流区的概念作进一步的解释。
B区:这里“B”代表“梁”,或伯努力弯曲理论,进一步说是对于B区,伯努力的平截面假定在结构承弯后是成立的,因此常规的弯曲理论是适用的。
另外,B区的特点是结构的断面尺寸沿高度方向变化均匀(没有突变点),结构的外荷载是连续不间断的,因此结构内部任意断面的内力和应力都可以由初等梁理论求导出。
D区:“D”代表“不连续的”,也就是该区内力流分布极不均匀,构件截面有突变,外力荷载也是不连续的。
实际工程中的如深梁,锚固构件,框架节点和随集中力的构件等都是典型的D区构件。
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永久性荷载 P1 和雪载
立 柱
立柱基础 P2
风 P’’
P’
P
弯矩 M
2.梁的受力
材料被挤压
ห้องสมุดไป่ตู้
材料被拉伸
梁的受力
如平衡木，桥等 都是梁的一种类 型。
拱结构的应用
拱结构十分美观，很多建 筑物都采用了拱结构。
赵州桥
拱结构的概念：
中间高四周低呈弧形的 曲面。
为什么要采用 拱结构呢？
2、弯曲
单杠的受力和变形分析
• 从力学角度出发，对结构理解为：结构 是可承受一定力的架构形态，结构可以 抵抗引起形态和大小变化的力。
单摆实验示意图
F
球
小球对固定点的作用力的方向，从固定 点指向小球球心所处的瞬间位置。
单杠竞技体操
• 运动员在杠体上转动，其侧视图与 单摆类似：杠体相当于固定点，人 相当于小球。 • 所以，任意时刻，人对杠体的作用 力方向都是指向人重心所处的瞬间 位置。
棚室荷载与立柱受力
1. 作用：指能使结构产生效应（内力、位移、应 力、裂缝）的各种原因的总称。分为直接和间 接两种 2. 直接作用称为荷载 3. 承受的荷载主要分为恒载和活载。 4. 恒载包括屋面、梁的质量，属于不随时间变化 而变化的永久性荷载。 5. 活载包括雪载、风载等，属于随情况变化而变 化的可变性荷载。
拱结构受力：
拱结构对承受荷载有利。 荷载压力作用于拱上，圆 拱再把力传到其四周的支 撑上。例如雪荷载。
小试验 ——比较不同形状的纸板承受压力的大小 1、哪种 情况下纸 板的抗压 能力最强？ 2、还有 更好的方 案吗？
后 侧
弯矩M 弯矩M’
前 侧
弯矩M与弯矩M’大小相等，方 向相反，是一对平衡的弯矩，使单 杠保持整体的稳定。
问题1： 课本11页，图1-15，运动员 从单杠前侧向后侧运动，起削弱、 平衡作用的是拉杆5 还是拉杆6？
拉杆6
二、棚室屋架结构分析
• 棚室屋架结构是怎样受 力的呢？
屋面（棚盖）由前坡面组 成，棚膜（塑料薄膜）覆 盖于前坡面上；屋面由梁 承托，各梁分别由立柱和 后墙支撑。
• 课前回顾
• 1、结构的定义，什么是构件？ • 2、结构分为哪三种常见类型？ • 3、实心，框架，壳体结构的特征并举例。
第二节 典型结构案例分析
－－结构是怎样受力的
一、单杠结构分析
杠体：是器械的主体； 立柱、拉杆：共同支撑杠体 并承受荷载。
阅读材料(p11)
• 构件受外力作用时，要发生形状或大小的改 变，这种改变称为变形。 • 第一节的实例中，吊车的吊绳承受的力是拉 力，拉力所产生的形变为拉伸，组成材料的 粒子被拉开；板凳腿承受的外力是压力，压 力所产生的变形为压 缩，组成材料的粒子被 推近。拉力和压力都是荷载作用的结果。
• 当杆件受到与杆纵轴线相垂直的外力作用时， 杆件 产生的弯曲，发生弯曲变形时的构件 称为梁。 • 当板凳很长时，櫈面可视为梁。此种櫈面在 人的体重等外力的作用下，会发生弯曲变形。 只是这种变形可能很小，肉眼不易看出来。 而跳水的跳板发生的弯曲变形，却是非常明 显。弯曲变形如图：
杆件基本变形
1、拉伸、压缩
思考题1：杠体的受力与变形如何? 杠体变形的方向?
运动员在杠体上做动作，如回 环等通过握杠体的手，对杠体施加 了外力，包括人体质量和回转运动 产生的离心力，使得杠体发生弯曲 变形。这种外力称为弯曲力。 杠体弯曲变形的方向：杠体总 是朝着人体所在的瞬间位置的方向 发生弯曲
离心力
弯曲力
• 结论一：
杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上 发生弯曲。 任意时刻，人对杠体的作用力方向都是指向 人体所处的瞬间位置。
思考题2：立柱、拉杆是如何受 力与变形的？
• 当人体静挂在杠体上时，两根立柱只承受 压力 当人体回转到单杠的一侧时，经过杠体传 到立柱上端的外力将对立柱产生弯矩，使立 柱产生弯曲变形趋势。同时拉杆将起到辅助 立柱抵抗变形作用。