1-2典型结构受力分析——结构是怎样受力的
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Hale Waihona Puke Baidu
五种基本的受力方式
拔河！
拉拉面、拉油 条、拉拉力器
拉力：物体所承受的拉拽力。
趁热打铁！
压订书机、桥墩 受到压力、压路 机压路
压力：挤压物体的力。
修理草坪！
剪刀剪纸、钢 丝钳钳钢丝
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。
剪 切 力：
使用弓、使用 臂力器、撑杆 跳高
钓 鱼！
如何解决这个问题呢？ • 办法是将圆拱的两段弧拉直，这时垂 直的力就可以压缩桁架斜臂。这种形状的 桁架不仅有利于结构的强度增加，而且可 以节约建筑材料。 • 是不是可以把斜臂厚度减小，节省一 半材料呢？如果简单地减小斜臂厚度，就 会发生纵向弯曲的危险。为了节省材料而 又避免发生这种现象，可以把斜臂上节省 下来的材料应用每个斜臂中间与桁架横拉 杆中间的连接上。
• 荷载中的风载，作用于棚室的情况比较复 杂，它与风的作用方向有关。 压力 推力
• 认识到： 不同形式的荷载，同一结构承受 的 外力也不同
观察右下图,说明石磨的推杆为 什么要用一根绳子吊起来。
小试验 • 用一张纸做桥梁,河面的宽度为15CM，如 何只用一张纸让你设计的桥梁能承受最大 的重量？ 1、哪种 情况下纸 板的抗压 能力最强？ 2、还有 更好的方 案吗？
赵州桥
• 认识到： 拱结构既有利于承载，又美观 • 在较大的跨度情况下，建筑物多采用 拱结构。
探究与交流：哪一种梁的承重能力 强？
• 这里有一个满有意思的题目：我们取两根 大小完全相同的矩形梁，一根平放、一根 竖放，请你判断一下，哪一种放法梁承受 的重量大？
三、抵抗张力结构的受力分析
• 在第一节中提及的桁架结构、薄壳结构、捆扎结 构会受到张力（拉力）作用，与压缩力相比，张 力对结构的破坏作用相对大一些，因此在结构设 计时要尽量避免集中载荷的发生，并要想办法分 散受力，让结构的生部分都合理受力。 • （一）球罐的受力 • 压力容器广泛应用于石油、化工生产中，如各种 储罐、反应塔等。从压力容器的结构上看，它的 体积大，壁薄，而直径较壁厚大几十倍甚至上百 倍。压力容器绝大部分为圆柱形或球形，其中圆 柱形压力容器的制造比球形容器简单。由于球体 的几何形状呈高度对称性，各球瓣焊接的焊缝所 受到的应力大小基本一致，所以在压力容器的壁 上不会产生集中的张力，球体形状容器的扩张力 强度高，圆柱形或其他几何形状容器的扩张强度
1、单杠受力和变形分析 • 看一段视频
杠体
立 柱
拉杆
•单杠为什么如此设计？
（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 • 包括人体质量、回转运动产生的离心力
杠体受到的力的方向
• 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。
（3）构件——拱的受力
• 拱结构：即中间高四周低呈弧形的曲面。 • 试验：纸桥
• 荷载压力作用于拱上，圆拱再把力传到其四周的 支撑上。 • 拱的受力面积大，例如雪荷载
• 拱结构对承受荷载有利
拱(P20——阅读材料)
• (1)形状特点：曲线形结构 • (2)受力特点： 在竖向荷载作用下，水平方向约束力是推力。推 力对拱上任意点力矩与支持力对该点力矩转向相反， 故其任意截面弯矩小于相当的梁在相同截面弯矩。 • (3)优点： 比梁经济。因弯矩小，应力就小，强度高，等强 度时，可以用较少的材料。 • (4)用途： 较大跨度。如天安门门楼的拱门、拱形桥洞等。 • (5)型式：三铰拱、两铰拱、无铰拱
实践与体验：四种金属丝的抗拉强度
•
做如图1.17所示的实验，取相同长度， 截面积都是1平方毫米的铅、铝、铜、铁四 种金属丝，用重力将它们拉断，请计算并 比较四种金属丝的抗拉强度，再分别称下 四种金属丝的质量，计算一下拉断单位质 量所需的应力。
二、结构弯曲的受力分析
一座限重1.5吨的简单梁式桥，如果要 使它的承重增加，该如何改进。
弯曲力：作用于物体，使它产生
弯曲的力
拧干衣服！
拧瓶盖 拧麻花条
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。
马上行动: 请连线
拉 作用于物体 ,使它 力 产生弯曲的力 两个距离很近 ,大 压 小相等,方向相反, 力 且作用于同一物体 上的平行力 剪 切 挤压物体的力 力 扭 物体所承受的拉拽 转 力 力 弯 反方向向物体两端 曲 均匀施力,使物体发 力 生扭转形变的力
离心力
弯曲力
2、棚室屋架结构受力分析
• 图中有什么？
6 后墙 7 通道
5 立柱
1 3 2 4 草帘 后屋面 塑料棚膜 拱架（梁）
9 防渗膜固定槽 10 防渗膜
8 防寒沟 11 混凝土墙
（1）构件——梁(拱架)的受力 对于梁（拱架）来说：
• 恒载：塑料棚膜、后屋面、梁（拱架）的自重 • 活载：雪载、风载等
• 单杠的立柱，是总荷载的主支撑点。 • 总荷载：杠体传到立柱上端的外力（杠体和人体）
• 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
• 认识到： 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？ • 立柱埋深一点 • 用一个力从反方向拉
（二）圆拱的受力
• 在建筑结构设计中，有一种奇妙的圆拱屋顶 结构，这一构思最早受到大家熟知的鸡蛋壳的启 发。沿着鸡蛋壳长轴线方向用两手掌挤压，试一 试能否将它压破。即使能够压破它，那么和弄碎 小块鸡蛋壳相比也必须付出较大的力气。至今， 圆屋顶结构的计算原理已经研究得很详细了。已 经有这样的圆屋顶结构，它的薄壳厚度对直径的 比值仅为鸡蛋壳相比的几分之一。 • 从现代建筑技术的观点来看，圆拱或圆屋顶结构 的主要缺点是曲线形的。对于下层住户来说，有 一个圆顶棚结构并不会感到不方便，但是对上层 的住户是否方便呢？当然可以把圆顶棚搞平，往 往是铺上一层平板，这不仅浪费了材料，也使圆 屋顶结构的优点消失了。圆拱和圆屋顶的另一个 缺点是抗集中载荷的性能差。
小结
• 典型结构案例分析：
（1）单杠受力和变形分析 （2）棚室屋架受力与变形分析 （3）拱结构的应用
分析结构受力的方法：
结构 构件 总荷载 恒载、活载
（3）拉杆的作用
• 拉杆：辅助立柱抵抗弯曲变形趋势
单杠的受力与变形
• 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。固定于地基的垂直梁产生抵抗柱端的 弯曲变形。同时拉杆将起到辅助立柱抵抗变形作 用。
• 荷载作用传到梁上，梁受力变形趋势如图。
• 棚室屋面支撑拱架的 两个支撑点
梁的受力
什么办法可以防 止梁过分弯曲？
1、加支撑 2、在上面施加 拉力 3、减少梁的长 度 4、增加厚度 5、更换材料
如：梁必须是混泥土 底部含有加固钢筋， 混泥土擅长抗压力， 而钢筋擅长抗拉力， 他们共同形成了非常 牢固的结构
• 单摆实验
小球对固定点的作用力，其方向，从固定点指向小 球球心所处的瞬间位置。
杠体受力弯曲变形、方向
• 运动员对杠体施加了外力 • 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 • 与杠体受外力的方向一致 • 杠体总是朝人体所在的瞬间位置的方向发生弯曲。
（2）立柱的受力与变形分析
探究与交流：结构小试验
• 做一个互动性试验，先找一副院长 扑克牌和几张比扑克牌略薄的纸， 照图1.14所示分别将纸展平、弯曲 并定型，曲折后放在两叠同高度书 本上，请问：如果将扑克牌轻轻放 到纸上面，哪种情况可以放最多的 纸牌而纸不塌掉？可以边动手边分 析。
一、结构的受力分析
• 力是物体之间的相互作用。大小、方向、作用点 是力的三要素 力可分为内力和外力 外力是；比 如说有这么两个箱子,中间夹着一个弹簧,现在用双 手挤箱子,使弹簧压缩.此时,以两个箱子和弹簧组 成的系统中,内力就是弹簧对两个箱子的弹力,外力 就是用双手挤压箱子的压力,此系统之外,那么就应 该是外力~! 物体的内力，一般是指物体内部各质 点之间的相互作用力。 在没有外力作用的情况 下，其内部各质点之间均处于平衡状态，各质点 之间保持一定的相对位置，从而使物体维持一定 的几何形状。 研究强度问题，还需要了解内力 在材料截面上的聚集程度，所以在工程上我们把 单位面积上的内力称为应力，应力的法定计量单 位是帕斯卡（Pa），简称帕，1Pa=1N/㎡。但在工程上
第二节
－－结构是怎样受力的
学习目标：1.能够对简单结构的受力情况进行分析。 2.理解不同受力形式所引的结构变化。
回顾 1、结构的定义、构件、力学本质 2、结构的作用 3、常用的结构类型
掰手腕游戏：
• 游戏规则： • 今天我们不比力量，比结构，比智谋。 • 掰手腕时，立在桌子上的手好比单杠中的主柱， 现在大家想一下，如何让自己在比赛中胜出呢？ • 如何让自己的手处于不倒之地，即使自己是力 量比较弱的一方？
混凝土和石材，较能抵抗压力，却无法抗拉力， 为避免产生裂变，一般在混凝土梁上加钢筋。以下 两种结构（屋顶、雨搭）要在哪一面加钢筋？
屋顶 雨搭
受拉力一侧加上钢筋
（2）构件——墙的受力 对于墙（和立柱）来说：
• 恒载：梁（拱架）的质量、屋面（草帘、塑料棚膜） • 活载：雪载、风载等
• 荷载压力——由恒载和雪载生成。 • 墙受压力时的情形。
我们习惯用兆帕MPa作为应力计量单位，1MPa=10^6Pa 应力计算 公式：σ=P/A P为拉伸或压缩载荷，单位为N，A为拉伸或压缩所作
拉伸和压缩是由外力引起的，外力在 力学中又叫做载荷，它可以分为两类 • （1.）分散荷载:连续作用在构件表面的较大面积 上，不能看成集中荷载，且任意两个荷载的大小 方向均相同的荷载称为均布荷载。例如墙的自重。 其单位为千牛顿每米 • （2）集中荷载:反正作用在一个点上的荷载叫集 中荷载，比如构造柱布置在梁上那么这一点的荷 载就叫做集中荷载。在工程上结构设计总是希望 载荷能在受力对象内均匀分布，尽量避免载荷集 中。
五种基本的受力方式
拔河！
拉拉面、拉油 条、拉拉力器
拉力：物体所承受的拉拽力。
趁热打铁！
压订书机、桥墩 受到压力、压路 机压路
压力：挤压物体的力。
修理草坪！
剪刀剪纸、钢 丝钳钳钢丝
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。
剪 切 力：
使用弓、使用 臂力器、撑杆 跳高
钓 鱼！
如何解决这个问题呢？ • 办法是将圆拱的两段弧拉直，这时垂 直的力就可以压缩桁架斜臂。这种形状的 桁架不仅有利于结构的强度增加，而且可 以节约建筑材料。 • 是不是可以把斜臂厚度减小，节省一 半材料呢？如果简单地减小斜臂厚度，就 会发生纵向弯曲的危险。为了节省材料而 又避免发生这种现象，可以把斜臂上节省 下来的材料应用每个斜臂中间与桁架横拉 杆中间的连接上。
• 荷载中的风载，作用于棚室的情况比较复 杂，它与风的作用方向有关。 压力 推力
• 认识到： 不同形式的荷载，同一结构承受 的 外力也不同
观察右下图,说明石磨的推杆为 什么要用一根绳子吊起来。
小试验 • 用一张纸做桥梁,河面的宽度为15CM，如 何只用一张纸让你设计的桥梁能承受最大 的重量？ 1、哪种 情况下纸 板的抗压 能力最强？ 2、还有 更好的方 案吗？
赵州桥
• 认识到： 拱结构既有利于承载，又美观 • 在较大的跨度情况下，建筑物多采用 拱结构。
探究与交流：哪一种梁的承重能力 强？
• 这里有一个满有意思的题目：我们取两根 大小完全相同的矩形梁，一根平放、一根 竖放，请你判断一下，哪一种放法梁承受 的重量大？
三、抵抗张力结构的受力分析
• 在第一节中提及的桁架结构、薄壳结构、捆扎结 构会受到张力（拉力）作用，与压缩力相比，张 力对结构的破坏作用相对大一些，因此在结构设 计时要尽量避免集中载荷的发生，并要想办法分 散受力，让结构的生部分都合理受力。 • （一）球罐的受力 • 压力容器广泛应用于石油、化工生产中，如各种 储罐、反应塔等。从压力容器的结构上看，它的 体积大，壁薄，而直径较壁厚大几十倍甚至上百 倍。压力容器绝大部分为圆柱形或球形，其中圆 柱形压力容器的制造比球形容器简单。由于球体 的几何形状呈高度对称性，各球瓣焊接的焊缝所 受到的应力大小基本一致，所以在压力容器的壁 上不会产生集中的张力，球体形状容器的扩张力 强度高，圆柱形或其他几何形状容器的扩张强度
1、单杠受力和变形分析 • 看一段视频
杠体
立 柱
拉杆
•单杠为什么如此设计？
（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 • 包括人体质量、回转运动产生的离心力
杠体受到的力的方向
• 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。
（3）构件——拱的受力
• 拱结构：即中间高四周低呈弧形的曲面。 • 试验：纸桥
• 荷载压力作用于拱上，圆拱再把力传到其四周的 支撑上。 • 拱的受力面积大，例如雪荷载
• 拱结构对承受荷载有利
拱(P20——阅读材料)
• (1)形状特点：曲线形结构 • (2)受力特点： 在竖向荷载作用下，水平方向约束力是推力。推 力对拱上任意点力矩与支持力对该点力矩转向相反， 故其任意截面弯矩小于相当的梁在相同截面弯矩。 • (3)优点： 比梁经济。因弯矩小，应力就小，强度高，等强 度时，可以用较少的材料。 • (4)用途： 较大跨度。如天安门门楼的拱门、拱形桥洞等。 • (5)型式：三铰拱、两铰拱、无铰拱
实践与体验：四种金属丝的抗拉强度
•
做如图1.17所示的实验，取相同长度， 截面积都是1平方毫米的铅、铝、铜、铁四 种金属丝，用重力将它们拉断，请计算并 比较四种金属丝的抗拉强度，再分别称下 四种金属丝的质量，计算一下拉断单位质 量所需的应力。
二、结构弯曲的受力分析
一座限重1.5吨的简单梁式桥，如果要 使它的承重增加，该如何改进。
弯曲力：作用于物体，使它产生
弯曲的力
拧干衣服！
拧瓶盖 拧麻花条
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。
马上行动: 请连线
拉 作用于物体 ,使它 力 产生弯曲的力 两个距离很近 ,大 压 小相等,方向相反, 力 且作用于同一物体 上的平行力 剪 切 挤压物体的力 力 扭 物体所承受的拉拽 转 力 力 弯 反方向向物体两端 曲 均匀施力,使物体发 力 生扭转形变的力
离心力
弯曲力
2、棚室屋架结构受力分析
• 图中有什么？
6 后墙 7 通道
5 立柱
1 3 2 4 草帘 后屋面 塑料棚膜 拱架（梁）
9 防渗膜固定槽 10 防渗膜
8 防寒沟 11 混凝土墙
（1）构件——梁(拱架)的受力 对于梁（拱架）来说：
• 恒载：塑料棚膜、后屋面、梁（拱架）的自重 • 活载：雪载、风载等
• 单杠的立柱，是总荷载的主支撑点。 • 总荷载：杠体传到立柱上端的外力（杠体和人体）
• 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
• 认识到： 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？ • 立柱埋深一点 • 用一个力从反方向拉
（二）圆拱的受力
• 在建筑结构设计中，有一种奇妙的圆拱屋顶 结构，这一构思最早受到大家熟知的鸡蛋壳的启 发。沿着鸡蛋壳长轴线方向用两手掌挤压，试一 试能否将它压破。即使能够压破它，那么和弄碎 小块鸡蛋壳相比也必须付出较大的力气。至今， 圆屋顶结构的计算原理已经研究得很详细了。已 经有这样的圆屋顶结构，它的薄壳厚度对直径的 比值仅为鸡蛋壳相比的几分之一。 • 从现代建筑技术的观点来看，圆拱或圆屋顶结构 的主要缺点是曲线形的。对于下层住户来说，有 一个圆顶棚结构并不会感到不方便，但是对上层 的住户是否方便呢？当然可以把圆顶棚搞平，往 往是铺上一层平板，这不仅浪费了材料，也使圆 屋顶结构的优点消失了。圆拱和圆屋顶的另一个 缺点是抗集中载荷的性能差。
小结
• 典型结构案例分析：
（1）单杠受力和变形分析 （2）棚室屋架受力与变形分析 （3）拱结构的应用
分析结构受力的方法：
结构 构件 总荷载 恒载、活载
（3）拉杆的作用
• 拉杆：辅助立柱抵抗弯曲变形趋势
单杠的受力与变形
• 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。固定于地基的垂直梁产生抵抗柱端的 弯曲变形。同时拉杆将起到辅助立柱抵抗变形作 用。
• 荷载作用传到梁上，梁受力变形趋势如图。
• 棚室屋面支撑拱架的 两个支撑点
梁的受力
什么办法可以防 止梁过分弯曲？
1、加支撑 2、在上面施加 拉力 3、减少梁的长 度 4、增加厚度 5、更换材料
如：梁必须是混泥土 底部含有加固钢筋， 混泥土擅长抗压力， 而钢筋擅长抗拉力， 他们共同形成了非常 牢固的结构
• 单摆实验
小球对固定点的作用力，其方向，从固定点指向小 球球心所处的瞬间位置。
杠体受力弯曲变形、方向
• 运动员对杠体施加了外力 • 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 • 与杠体受外力的方向一致 • 杠体总是朝人体所在的瞬间位置的方向发生弯曲。
（2）立柱的受力与变形分析
探究与交流：结构小试验
• 做一个互动性试验，先找一副院长 扑克牌和几张比扑克牌略薄的纸， 照图1.14所示分别将纸展平、弯曲 并定型，曲折后放在两叠同高度书 本上，请问：如果将扑克牌轻轻放 到纸上面，哪种情况可以放最多的 纸牌而纸不塌掉？可以边动手边分 析。
一、结构的受力分析
• 力是物体之间的相互作用。大小、方向、作用点 是力的三要素 力可分为内力和外力 外力是；比 如说有这么两个箱子,中间夹着一个弹簧,现在用双 手挤箱子,使弹簧压缩.此时,以两个箱子和弹簧组 成的系统中,内力就是弹簧对两个箱子的弹力,外力 就是用双手挤压箱子的压力,此系统之外,那么就应 该是外力~! 物体的内力，一般是指物体内部各质 点之间的相互作用力。 在没有外力作用的情况 下，其内部各质点之间均处于平衡状态，各质点 之间保持一定的相对位置，从而使物体维持一定 的几何形状。 研究强度问题，还需要了解内力 在材料截面上的聚集程度，所以在工程上我们把 单位面积上的内力称为应力，应力的法定计量单 位是帕斯卡（Pa），简称帕，1Pa=1N/㎡。但在工程上
第二节
－－结构是怎样受力的
学习目标：1.能够对简单结构的受力情况进行分析。 2.理解不同受力形式所引的结构变化。
回顾 1、结构的定义、构件、力学本质 2、结构的作用 3、常用的结构类型
掰手腕游戏：
• 游戏规则： • 今天我们不比力量，比结构，比智谋。 • 掰手腕时，立在桌子上的手好比单杠中的主柱， 现在大家想一下，如何让自己在比赛中胜出呢？ • 如何让自己的手处于不倒之地，即使自己是力 量比较弱的一方？
混凝土和石材，较能抵抗压力，却无法抗拉力， 为避免产生裂变，一般在混凝土梁上加钢筋。以下 两种结构（屋顶、雨搭）要在哪一面加钢筋？
屋顶 雨搭
受拉力一侧加上钢筋
（2）构件——墙的受力 对于墙（和立柱）来说：
• 恒载：梁（拱架）的质量、屋面（草帘、塑料棚膜） • 活载：雪载、风载等
• 荷载压力——由恒载和雪载生成。 • 墙受压力时的情形。
我们习惯用兆帕MPa作为应力计量单位，1MPa=10^6Pa 应力计算 公式：σ=P/A P为拉伸或压缩载荷，单位为N，A为拉伸或压缩所作
拉伸和压缩是由外力引起的，外力在 力学中又叫做载荷，它可以分为两类 • （1.）分散荷载:连续作用在构件表面的较大面积 上，不能看成集中荷载，且任意两个荷载的大小 方向均相同的荷载称为均布荷载。例如墙的自重。 其单位为千牛顿每米 • （2）集中荷载:反正作用在一个点上的荷载叫集 中荷载，比如构造柱布置在梁上那么这一点的荷 载就叫做集中荷载。在工程上结构设计总是希望 载荷能在受力对象内均匀分布，尽量避免载荷集 中。