典型结构受力分析——结构是怎样受力的

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。
• 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。
• 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。
拱结构优点：利于承载，美观
•
赵州桥
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？
构件的受力形式
拉力
物体所承受的拉拽力
压力
挤压物体的力
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 弯曲力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力
我们的观察首先从鸡蛋，特别是从蛋壳开始。蛋壳是由94% 的碳酸钙（以方解石晶体的形式）、1%的碳酸镁、1%的磷 酸钙和4%的蛋白质构成的。方解石晶体基本上是随意排列 的，因此在晶体之间形成了许许多多的小孔，这些蛋孔可以 让空气和湿气能通过，而空气和湿度对于雏鸡，当然还有细 菌（比如沙门氏菌）的生存来说是必不可少的。
（2）立柱的受力与变形分析
• 当人体静挂或静骑在杠体上时
两根立柱只承受压力（杠体与人的重力）
• 当人体回转到单杠的一侧（如单杠的前面）时
杠体与人的重力以及运动员运动时 手的拉力
• 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,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 • 合适的材料、合适的粗细 • 用一个力从反方向拉
（3）拉杆的作用
• 拉杆：辅助立柱抵抗弯曲 变形作用
结论二： 任意时刻，对于立共同产生 的反弯矩M2来平衡，以保持单杠 整体的稳定。
观察右下图,说明石磨的推 杆为什么要用一根绳子吊起来。 石磨在推动过 程中，绳子在空间 的轨迹是一个什么 图形？
方解石晶体的排列赋予了蛋壳 与其作用相称的一个完美的结 构，也就是它能够抗较大的压 力，但对于拉力来说相对较弱。 这样，如果通过两个凸出的顶 端，对蛋壳施加力，那么鸡蛋 抗压力就显得很强，这也是由 它们的拱状结构的力学特性决 定的，拱形结构使圆屋顶和拱 形物能够承受巨大的重量。在 这种状态下，压力沿拱状结构 （也就是沿蛋壁）分布，而不 会使结构断裂。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，从蛋壳内部看呈凹 形的顶部很容易碎裂，因为它 的抗拉力很弱。
回顾
1、结构的含义及本质 2、结构的基本分类有哪些，分类的标准 是什么？
结论：不同结构，具有不同的功能，能承受不 同的力，抵抗不同的变形。结构如何受力？如 何抵抗住变形呢？
第二节 典型结构案例分析
－－结构是怎样受力的
1、单杠受力和变形分析
• 看一段视频
杠体
名词解释 立
外力
柱
拉杆
荷载
（1）杠体的受力
本节小结
• • • • 一、单杠的结构分析 单杠的结构及组成构件的受力和变形。 二、棚室屋架结构分析 棚室荷载和立柱受力、梁的受力和拱结构 的应用。
材料阅读:
一件建筑和高级工程学的杰作
蛋壳对于压力的承受力是惊人的。人人皆知的是，在中国杂技 佳作中，不仅有人踩鸡蛋的节目，更有提起两桶水踩蛋的精彩 表演。这是巧妙地利用蛋壳承受压力能力的一个极好的例子。 蛋不仅是整个生物界最大的单体细胞，以现代技术和工程知识 系统的眼光来看，它还是一个集工程学、建筑学、防卫战略、 保存能量和使空间利用达到最佳化与将其最完美结合于一身的 大自然的绝妙之作。
二、梁的受力
材料被挤压
材料被拉伸
• 梁的上部，受压力，材料被挤压；下部， 受张力，材料被拉伸。 • 阻止梁过分弯曲的最简单方法，是在梁的 下面增加支撑点，这样梁传递下来的力就 被分摊了
思考：如图为何现在大棚顶盖都是采用拱形结
构呢？
• •
拱结构：中间高四周低呈弧形的曲面。 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。
同一荷载在静态、动态下， 结构承受的外力往往不同
杠体受到的力的方向
• 弯曲力：人对杠体施加的外力，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
杠体受力变形总结：
• 运动员对杠体施加了外力，使得杠体发生弯曲变 形 • 杠体弯曲变形的方向：随人体回转所到的空间位 置的变化而变化，即杠体总是朝着人体所在的瞬 间位置的方向发生弯曲
• 活载：雪载、风载等
小组讨论：荷载是怎样给立柱施加力的？
P1
1、压力： 立柱受压力时，荷载施加与立柱 向下的力，立柱的基础会产生反作用 力，他们大小相等，方向相反。
立 柱
P2 立柱基础
风载
P’’
P’
M 弯矩
2、弯曲力 • 当风载作用于立柱时，将于风的方向有关， 风载生成的作用力将沿立柱轴线和垂直轴 线两个方向分解，垂直轴线的力对立柱根 部产生弯矩
• 1. 保持推杆在平行于地面的一个平面上 运动； • 2. 防止推杆弯曲变形。 • 3. 抵消推杆自身的重力 • 空间轨迹是圆锥形
棚室屋架结构分析
一、棚室荷载与立柱受力
棚室屋下边的梁、立柱和墙共同组成了 荷载的主要支撑系统。荷载分为恒载和活载。
对于墙（和立柱）来说：
• 恒载：梁（拱架）的质量、屋面（草帘、塑料棚膜）