可以承受压力与拉力等3壳体结构受力特点共38页
薄壳结构
建筑结构选型——薄壳结构学校：专业班级：指导老师：小组成员：摘要大跨建筑中的壳体结构通常为薄壳结构，即壳体厚度于其中的最小曲率半径之比小于1/20，为薄壁空间结构的一种，它包括球壳、筒壳、双曲扁壳和扭壳等多种形式。
他们的共同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。
关键词形态分类受力特点应用与发展案例研究正文1 薄壳结构的定义壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。
薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。
壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。
1.1薄壳结构的特点壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。
两个曲面之问的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。
现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。
而薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力(双向法向力)和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。
而只有在非对称荷载(风，雪等)作用下，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。
由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为凸面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。
由于壳体强度高、刚度大、用料省、自重轻，覆盖大面积，无需中柱，而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅、食堂、剧院、天文馆、厂房、飞机库等。
不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，由于体形多为曲线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体(如球壳、扁壳)易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜。
壳体结构知识点PPT(29页)
壳体结构由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架） 组成的空间结构。
壳体结构具有很好的空间传力性能，能以较小的 构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，能覆 盖或围护大跨度的空间而不需中间支柱，能兼承重结 构和围护结构的双重作用，从而节约结构材料。
壳体结构可做成各种形状，以适应工程造形的需要， 因而广泛应用于工程结构中，如大跨度建筑物顶盖、中 小跨度屋面板、工程结构与衬砌、各种工业用管道压力 容器与冷却塔、反应堆安全壳、无线电塔、贮液罐等。
壳板厚50~80mm； 边梁应设置纵向受拉钢筋，由于可以进行壳底水平 侧移的约束，有时将边梁水平放置。
短筒壳一般为多跨，纵向应力分布则呈曲线关系；
短筒壳壳顶有纵向拉应力，纵向最大压应力也不发 生在壳顶处。
一般跨度为l1=6~12m,l2=18~30m,失高f≥（l2/8） 壳板构造筋φ4~ φ6，@100~160mm
故特别适合没有保暖要求的仓库及水泵房。
2）拱圈
3）参照梁的配筋配置长筒体的抗弯、抗剪钢筋并 保证纵向受压稳定
4）横隔构件按偏心受拉构件设计估算
长筒壳的壳身大部分是多波式；
筒壳截面总高度H不宜小于（1/15~1/10）l1其中l1 可达30m，壳身矢高f≥（l2/8）；
与壳身截面对应的圆心角不宜大于900（φ≤450）， 300时较好；
工程结构中采用的壳体多由钢筋混凝土做成，也可 用钢、木、石、砖或玻璃钢做成。
中国国家大剧院位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂 西侧，西长安街以南，由国家大剧院主体建筑及南北两侧的水下 长廊、地下停车场、人工湖、绿地组成，总占地面积11.89万平 方米，总建筑面积约16.5万平方米，其中主体建筑10.5万平方米， 地下附属设施6万平方米，总投资额26.88亿人民币（大剧院最新 公布的造价数字是31亿元人民币）。
可以承受压力和拉力等3壳体结构受力特点
、 、
、 、
、 、Biblioteka 。 。2. 结构与力
1981年7月17日美国的堪萨斯城饭店发生倒塌。 造成113人死亡，200人受重伤。 这一惨案的结论是：空中通道和凉台的构造设 计有缺陷，从墙壁至立柱间的空中距离过长。
二.结构和力
从力学角度来说, 结构是指 可承受一定力的架构形态, 它可 以抵抗能引起形状和大小改变 的力。
马上行动
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。
探究：
观察右图， 说明石磨的推 杆要用绳子吊 起来的原因。
1、抵消推杆自身的重力 2、保持人在推磨过程时推杆始终在平行于 地面的 平面上运动；
石磨在推动过程中，绳子在空间的轨迹是一个什么图形？
小试验
小 结
自然领域中的结构 1. 广义的结构 技术领域的结构 社会领域的结构 2.自然界结构对技术领域的启发 二、结构与力
1.力学的结构、构件的概念 2.构件的五种基本受力和变形形式 3.简单结构的受力分析
三.结构的类型 实体结构、框架结构、壳体结构
实体结构：结构体本身是实心的。 受力特点：外力分布在整个体积中，如实心墙， 大坝。 框架结构：结构体由细长的构件组成的结构。 受力特点：支撑空间而不充满空间。如铁架塔， 建筑用脚手架，厂房的框架。 壳体结构：通常是指层状的结构。 受力特点：外力作用在结构体的表面上，如摩托 车手的头盔，飞机的外壳，贝壳。
4.扭转力
5.弯曲力
若一个物体承受与之垂直的负荷时，一
般称其为梁。受此一负荷后梁必会产生弯 曲现象。
壳体结构
：“钓线”长达108米 由于国家大剧院的钢结构外壳东西跨度达212.24米，南北跨度为143.64米，吊车无法进行近距离安装，而里面已被歌剧院、音乐厅、戏剧院三组巨大建筑以及地下深达三四层的辅助设施等挤满。 对策600吨巨型履带吊车进行远距离高空作业，用长达108米的“钓线”以“空中钓鱼”的方式将一块块“蛋壳”送到四五十米的高空，组成钢结构穹顶。
位于人民大会堂西侧的“巨蛋”———国家大剧院采用壳体结构安装。一台600吨巨型履带吊车将第一块长35米、重38吨的钢组合梁缓缓吊起，安装到大剧院中心45米高的预定位置上。根据施工方案，巨型“蛋壳”将被分成数十块分批吊装。 国家大剧院的基础结构矗立于一片开阔地中，其顶部第一块“蛋壳”已经安装到位，工人们正在进行加固工作。约二三十个同样的钢组合梁被整齐地码放在附近一片洼地里。在工地中央，专门从上海运到北京600吨重的巨型履带吊车正静静地等待着。 “蛋壳”面积为3.5万多平方米，相当于上海大剧院屋顶面积的3倍多，钢结构总重达6750吨。由于整个结构没有一根柱子支撑，全靠弧形钢梁承重，这样又大又高又重的曲线壳体在施工时有着前所未有的难度。
分类方法
计算要点 壳体的内力和变形计算比较复杂。为了简化，薄壳通常采用下述假设：材料是弹性的、均匀的，按弹性理论计算；壳体各点的位移比壳体厚度小得多，按照小挠度理论计算；壳体中面的法线在变形后仍为直线且垂直于中面；壳体垂直于中面方向的应力极小，可以忽略不计。这样就可以把三维的弹性理论问题简化成二维问题进行计算。在考虑丧失稳定的问题时，需要采用大挠度理论并求解非线性方程。厚壳结构的计算则不能忽略垂直于中面方向的应力变化，并按三维问题进行分析（见壳的计算）。编辑本段应用 国家大剧院壳体结构
难点二
：最大误差不超2厘米 在安装钢结构设施时，七项精度控制误差最大累计不能超过2厘米，如此精度要求在钢结构建筑史上前所未有。 对策先后承建过金茂大厦、东方明珠电视塔等超高建筑的施工公司进行了精心的技术准备，攻克了壳体施工过程中整体结构稳定、曲面结构高精度测量等高科技难题。
结构怎样受力(通用技术2)
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
问题： 课本12页，图1-19，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？
先是拉杆6，后是拉杆5
二、棚室屋架结构分析
1、棚室荷载
阅读书中13页阅读材料：棚室屋架的构成， 了解恒载与活载的区别，以及永久性荷载和 可变性荷载的概念。
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）
从力学的角度来说，结构是 指可承受一定力的架构形态，它 可以抵抗能引起形变的力。
体操全能
男子体操全能有六项：跳马，自由体操，鞍马，单杠，双杠，吊环 女子体操全能有四项：跳马，自由体操，平衡木，高低杠
单杠的结构
把单杠看成结构，构件有：杠体、 立柱、拉杆。
读材料课本（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。
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。
我们再来看运动员做的大回环动作。从侧面来看，是怎样？
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。
通用技术必修ⅱ苏教版1.4经典结构的欣赏-案例分析(第1课时.
1代表T时刻人对杠体的作用 力；2代表同一时刻杠体对人的作 用力，它们是一对作用力和反作用 力，方向一定要相反，所以1和2 一定要平行。
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二、棚室屋架结 构分析 •棚室屋架结构
是怎样受力的 呢？
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30
• 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。
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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
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思考题2：立柱、拉杆是 如何受力与变形的？
6
杆件基本变形
1、拉伸、压缩
2、弯曲
7
8
9
2、杠体的受力与变形
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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。
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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。
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• 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。
经典结构的欣赏--案例分析
• 课前五分钟提问
• • • • • 1、什么是架构 2、结构的定义，什么是构件？ 3、结构分为哪三种常见类型？ 4、实心，框架，壳体结构的特征和受力特点 5、依据几何形状结构还可以分为那四种？
2
薄壳结构分析圆柱壳和圆锥壳的受力分析与设计
薄壳结构分析圆柱壳和圆锥壳的受力分析与设计薄壳结构是一种常见的工程结构，具有重要的应用价值。
在工程实践中，圆柱壳和圆锥壳是常见的薄壳结构形式。
本文将针对这两种薄壳结构进行受力分析与设计的探讨。
一、圆柱壳的受力分析与设计1. 圆柱壳的基本概念圆柱壳是由一个平行于母线的曲面和两个平行于轴线的平面所围成的结构形式。
圆柱壳的内外曲面称为壳体，两平面称为壳底。
2. 圆柱壳的受力分析圆柱壳主要受到的力有压力、剪力和弯矩。
在设计圆柱壳时，需对这些作用力进行合理计算与选取。
2.1 压力分析圆柱壳承受的压力主要沿着壳体方向作用，通过壳底传递给基础。
设计时需要考虑圆柱壳的工作环境和受力情况，选择合适的材料和壳体厚度。
2.2 剪力分析剪力主要发生在圆柱壳壳体与壳底的接触面上，主要由基础产生的水平作用力引起。
设计时需考虑到基础的强度和稳定性，确保圆柱壳的稳定性。
2.3 弯矩分析弯矩是圆柱壳在垂直于轴线方向产生的力矩。
设计时需考虑到圆柱壳的荷载情况和弯曲刚度，选择适当的截面形状和材料。
3. 圆柱壳的设计原则在设计圆柱壳时，需要遵循以下原则：3.1 强度原则确保圆柱壳在承受外部荷载时，各个壳体和壳底部分的应力处于安全范围内，避免出现破坏现象。
3.2 稳定性原则保证圆柱壳在受力情况下能够保持稳定，避免产生位移或失稳现象。
3.3 经济性原则通过合理的设计和材料选取，使圆柱壳的制作和施工成本尽量低，达到经济效益最大化。
二、圆锥壳的受力分析与设计1. 圆锥壳的基本概念圆锥壳由一个锥面和两个平行于轴线的平面所围成的结构形式，是一种比圆柱壳更为复杂的薄壳结构。
2. 圆锥壳的受力分析圆锥壳的受力情况与圆柱壳类似，主要是压力、剪力和弯矩。
然而，由于圆锥壳的几何形态不规则，对其进行受力分析和设计时需要更多的考虑。
2.1 压力分析圆锥壳承受的压力分布较为复杂，需要通过数学模型或实验手段进行分析和计算。
2.2 剪力分析圆锥壳的剪力分布不均匀，需考虑壳体的几何形态和局部应力集中的情况，选择合适的剪力设计。
高中通用技术课程结构是怎样受力的-PPT
用工具:(1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ刀切开 (2)剪刀剪开
空手:(3)掰弯 (4)扭断 (5)拉断
火腿肠都受到 了哪些力？
1、构件得基本受力形式
构件受外力作用时,要发生形状 或大小得改变,这种改变称为变形。
常见得力与变形都有哪些呢？
(1)拔河——
拉力:物体所承受得拉拽力,产生拉伸变形 。 例子:拉面、油条、拉力器
(2)趁热打铁——
(5)拧干衣服——
扭转力:反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转 形变得力。
例 子:拧麻花条、拧毛巾
马上行动:请连线
1、拉力
2、压力
3、剪切 力
4、扭转 力
5、弯曲
A、构件承受使之产生弯曲得 力
B、构件承受两个矩离很近、 大小相等、方向相反得平行力
C、构件承受使之被挤压得力
D、构件承受拉拽力
E、构件两端承受方向相反得 均匀得力,使它发生扭转变形。
2 、结构弯曲
• 梁受力变形趋势
• 梁得上部受压力,材料被挤压。 • 下部受张力,材料被拉伸。
小实验
1、哪种情况下纸板得抗压能 力最强？
2、如果把纸板折成瓦楞状,试 验结果会发生什么变化
纸张弯曲跨度小,抗压能力大。 瓦楞状纸得抗压能力更好。
3、结构抵抗张力
• 壳体结构受力分析: • (1)壳体结构:通常就是指层状得结构。 • (2)壳体结构得受力特点:外力作用在结构体得表面
高中通用技术课程结构是怎样受力 的
自然界中得结构
分析椅子与桥得共同之处:
1、都有一定形状 2、都承受外力作用, 3、都具有抵抗其形变得能力
结构从力学的角度：结构是指可承受一定应 力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大 小改变的力。结构的各组成部分，称为构件。
壳体结构
唐时宇
常见壳体结构
图片欣赏1
三、结构的类型
3、壳体结构： 定义：通常是指层状的结构。
受力特点：外力作用在结构体的表面上。
举例：摩托车头盔、贝壳……
课堂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ习
观看视频并分析：在这次实验中，测试人能够毫发无
损的主要原因是什么？
单击观看视频
试验时，摩托车头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔
是壳体结构，在受撞击时外力沿壳体分布出去，使得所受力迅速 分布到头盔表面，形成整个头盔表面均匀受力，这是对外力的第 一次减弱，起到了保护安全的作用。
课后作业
观察我们身边现有壳体结构的物体， 并分析结构的受力特点，写一篇总结 报告。
福建省高二通用技术典型结构案例分析结构是怎样受力PPT教案
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•---THE END---
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剪切力 挤压物体的力
扭转力 物体所承受的拉拽力
弯曲力
反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭 转形变的力（弯曲）
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把单杠看成结构，构件有：杠体、立柱、拉杆。 活动：阅读+朗读 ：P12
第12页/共79页
梁的受力
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1、杠体AB
⑴自身重力
向下
⑵运动员的压力
向下
⑶立柱支撑力（压力）向上
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技术小试验
1、哪种情况下纸板的抗压 能力最强？
2、还有更好的方案吗？
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鸡蛋承载试验
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①材料：竹签10根，502胶水一袋 ②工具：十锦锉一套，钳子一把 ③要求：制作一个秋千架，此秋千架的宽度
大于10cm，高度大于15cm，可承受一定重量的沙袋在 其上荡秋千
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刺蛋壳试验
准备两个半截的蛋壳，一个蛋壳倒扣 在桌上，一个蛋壳口向上；用铅笔分别 往下刺。
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回忆… 受力特点：将外力分散到整个表面，如
蛋壳、摩托车手的头盔，飞机的外壳，贝 壳。
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我们知道：结构的本质是为了承 受力和抵抗变形，因此，有必要了解 结构一般会受到哪一些力？
沿拉轩轴线 压弯
支撑力
拉力 拉 杠
拉力
地基 立柱 地面
方向不定 压弯
沿杆件轴 拉
线
伸
沿杆件轴 拉
线
伸
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典型结构受力分析[可修改版ppt]
![典型结构受力分析[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/397828e8af45b307e87197dc.png)
3.钢筋混凝土梁中混凝土主要是起着抗压的 作用，而钢筋主要是起抗拉的作用，如下图， 楼板和阳台的加固钢筋位置都安装正确的是
（A ）
结语
• 丹麦学者尼尔斯·斯坦森说得好：
“我们所见的固然 美好，我们明了的 愈加美妙，我们尚 未彻悟的更是不胜 其美，美不可言。
尽善尽美一颗蛋
知识回顾：常见结构的类型
壳体结构：力沿壳体表面分布 实心结构：能够承受较大的力
框架结构：支撑但不充满空间， 能够承受垂直和水平荷载
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。
• 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。
三、立柱的受力与变形
压力 弯曲力
压缩 弯曲趋势
柱子两侧 人运动的一侧
• 注意：同一荷载在静态、动态下，结构承受的外 力往往不同。
1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， 有什么方法可以削弱或抵消这种弯曲呢？
用一个力从反方向拉
四、拉杆的作用
典型结构受力分析
蛋壳的材料
94% 1% 1% 4%
蛋壳的受力
压力沿拱状结构的弧面（也就是蛋壁）分布，而 不会使结构断裂。拱形结构使圆屋顶和拱形物能够承 受巨大的重量。
蛋壳的受力
而蛋壳又必须是易碎的，这 样雏鸡只用微弱的力就能破壳而 出。雏鸡用嘴向外用力，从蛋壳 内部看成凹形的顶部很容易碎裂， 那是因为它的抗拉力很弱。
P1永久性荷载
立 柱
P2 立柱基础
1.2_典型结构受力分析——结构是怎样受力的
－－结构是怎样受力的
• 上节回顾
• 1、什么是架构？ 物体的主体框架与构造形式 • 2、结构的定义，什么是构件？
结构是指物体各个组成部分之 间的搭配和排列。 构件：结构的各组成部分。
• 3、结构的本质是什么？ 结构的本质是承受力、抵抗变形
• 4、结构分为哪三种常见类型？
• （1）实心结构 • （2）框架结构 • （3）壳体结构
例子：拉面、油条、拉力器
（3）趁热打铁——
压力：挤压物体的力，产生压缩变形 。
例子：压订书机、坐板凳、压路机压路
（4）修理草坪——
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。 例 子：剪刀剪纸、钢丝钳钳钢丝
（5）拧干衣服——
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。
• 5、实心，框架，壳体结构的特征和受 力特点？ （1）实体结构：能承受较大的压力 （2）框架结构：几何外形比较复 杂，能承受垂直和水平荷载 （3）壳体结构：壳体内空，形态稳 定，受力合理
阅读材料
• 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：