结构与设计专题知识讲座PPT课件

两 个 力 偶 相邻 矩相等、 横 截 转 向 相 反 ，面发 作 用 面 垂 生相 直 于 杆 的 对转 轴线的力 动 偶作用
外力垂直 梁 的
于杆的轴 轴 线
线，外力 由 直
偶与轴线 线 变
共面
成曲
线
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四、三类（按几何尺寸分）结构的形态及受力特点
结构名称
形态特点
受力特点
结构体是实心，几何特征 外力分布在整个体积
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❖ 力偶矩的正负规定与力矩的正负规定一样 ，即使物体逆时针转动的力偶矩为正（图1d）；反之为负（图1-e）。
❖ 力偶矩的单位与力矩的单位相同，即N·m或 kN·m。
图1
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❖ 结构与构件不是孤立存在的。它们总是与 其它物体连接在一起，结构和构件受荷载 作用后，可能产生运动。为此，必须有物 体限制其运动，下面介绍对物体运动的限 制，以便对物体进行受力分析。
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❖ 力学基本要素的一元论和二元论简介 ❖ 一元论：力偶对物体的转动效应，也属于
力对物体产生的效应范畴之内。因此，力 偶只是两个力构成的一种特殊力系。 ❖ 二元论：力偶无合力，力与力偶既不能互 相平衡，也不能互相替代。因此，力和力 偶是力学研究中两个相互彼此独立的基本 要素。这种观点被绝大多数人接受。
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结构与设计专题知识讲座
主讲人:
北京Байду номын сангаас科院基教研中心
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主要内容
❖ 一、载荷简介 ❖ 二、常见约束类型及其约束力 ❖ 三、杆件变形的基本形式 ❖ 四、三类结构的形态及受力特点 ❖ 五、结构（物体）的受力分析 ❖ 六、结构设计从技术层面应考虑的因素 ❖ 七、影响结构稳定性的主要因素 ❖ 八、影响结构强度的主要因素 ❖ 九、梁的强度 ❖ 十、压杆的稳定性
❖ 2、光滑面约束：不考虑摩擦的接触面约束 称为光滑面约束。
❖ 3、圆柱铰链约束：圆柱铰链是用一圆柱（ 销钉）插入两个构件的圆孔中，且认为销 钉与圆孔的表面是完全光滑的，两个构件 都可绕销钉自由转动。门、窗用的合页、 燃气灶盘上的爪联接等都是圆柱铰链约束 的实例。如图2所示。
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❖ 圆柱铰链约束的常见形式有： ❖ （1）固定铰支座约束：如果其中一个构件
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❖ 5、链杆约束（二力杆）：凡两端具有光滑 铰链，杆中间不受外力作用，又不计自身 重量的刚性杆，即二力杆。
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三、杆件变形的基本形式
❖ 结构的本质是为了承受力和抵抗变形，因 此，有必要了解杆件变形的基本形式及其 受力特点。
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变形 形式 扭转
工程实例
弯曲
受力简图
受力特点 变形 特点
图1
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❖ 力偶中，两力作用线间的垂直距离d称为力偶 臂，两个力所在的平面称为力偶的作用面。 在平面问题中，力偶使刚体转动的效应，可用 力偶中一个力的大小F与力偶臂d的乘积，并冠 以适应的正负号来度量，称为力偶矩，记为M 或M（F，F′）。即M＝±Fd＝±F′d
❖ 力偶与力一样也有三要素，即力偶矩的大小、 力偶的转向及力偶作用面。
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❖ （5）按荷载对结构产生的运动形式分类 ❖ 力：对物体有移动和转动两种作用的荷载。 ❖ 力偶：对物体只有转动作用的荷载。
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❖ 力偶与力偶矩 ❖ 汽车司机用双手转动方向盘（图1-a），钳
工用铰杠丝锥攻螺纹（图1-b）等等，都作 用了一对等值、反向、不共线的平行力。
图1
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❖ 我们把大小相等、方向相反、作用线平行 但不在同一直线上的两个力称为力偶（图1c）。
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❖ （2）按荷载的分布形式分类 ❖ 集中荷载：施加在结构或构件某一点（力
的作用范围远小于构件时）上的力。如图 钉对物体的压力。 ❖ 线荷载：施加在结构或构件某一长度上的 力。如从屋檐落到地面上兩滴的力。 ❖ 面荷载：施加在结构或构件某一面积上的 力。如压力。 ❖ 体荷载：施加在结构或构件某一体积上的 力。如重力。
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❖ （3）按荷载随位置的变异分类 ❖ 固定荷载：是指在结构空间位置上具有固
定分布的荷载，如固定设备等。 ❖ 可动荷载：是指在结构空间位置上的一定
范围内可任意分布的荷载，如吊车荷载等 。
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❖ （4）按荷载对结构的运动状态变异分类 ❖ 静态荷载：是指不使结构产生加速度或产
生的加速度可忽略不计的荷载，如自重、 楼面活荷载等。本书（技术与设计）主要 介绍静载作用下结构的受力问题。 ❖ 动态荷载：是指使结构产生不可忽略的加 速度的荷载，如车辆荷载等。
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一、荷载简介
所谓作用，是指能使结构产生效应（内 力、位移、应力、应变、裂缝等）的各种 原因的总称。它可归结为直接作用和间接 作用两种。直接作用是指直接施加在结构 上的力，如结构自重、设备重量、风、雪 等；间接作用是指能使结构产生外加变形 或约束的原因，如地震、温度变化、地基 变形、材料的收缩等。
直接作用通常又称为荷载。按不同的依 据，荷载可有多种分类方式。
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❖ （1）按荷载随时间的变异分类 ❖ 恒载（永久性荷载）：指作用在结构上长
期不变的荷载，如结构自重等。 ❖ 活载（可变性荷载）：指作用在结构上可
变的荷载，如风荷载、雪荷载等。 ❖ 偶然荷载：是指在设计基准期内出现的概
率很小，但一旦出现其量值很大且持续时 间很短的荷载，如爆炸力、撞击力、龙卷 风等。
固结于地面或机架上（图3a），这种约束 称为固定铰链支座，其简图如图3b。
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❖ （2）活动铰链支座约束：如果铰链支座的 座体，用几个圆柱形辊轴支承在光滑面上 （图4a），这种支座称为活动铰链支座， 其简图如图4b所示。
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❖ 4、固定端约束：物体的一部分固嵌于另一物 体内所构成的约束，称为固定端约束。例如， 建筑中的阳台（图5a），车床刀架对车刀杆的 约束（图5b），插入地面中的电线杆所受的约 束，以及铆接、焊接构件所受的约束等，均可 视为固定端约束。
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二、常见约束类型及其约束力
❖ 约束与约束力 ❖ 1、约束：我们把对物体运动起限制作用的
周围物体称为该物体的约束。对结构整体 讲约束又是构件间的连接或结构的支撑。 ❖ 2、约束力：约束施加在所研究物体上的力 称为约束力。
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❖ 1、柔体约束：绳索、链条、皮带等柔性体 对物体的约束称为柔体约束。
实体（实心） 是长、宽、高尺寸约为同 中，能承受较大压力
结构
一数量级
框架（杆系） 结构体外形较复杂，支撑