结构是怎样受力的
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
结构是怎样受力的(单杠的受力和变形分析 ) PPT
1、棚室荷载与立柱受力
思考1：棚室屋架受哪些力？
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
对于立柱和墙来说，屋面，梁檩的质量属 于不随时间变化而变化的称为永久性荷载即 恒载 雪载，风载等属于随情况变化而变化的为可 变性荷载即活载
例如，桥的荷载有人、车及载重物、冰雪、大 风等。因此桥除了承受拉力、压力、弯曲力之 外，还要承受因荷载分布不均、不对称而产生 的扭力
又如，梯子的横梁，除了承受压力、弯 曲力之外，载横梁与支柱的两个交接处 还要承受剪切力。大坝与此类似，除承 受河水作用的压力外，由于水深的变化 还要承受剪切力
课堂小结：
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。
杠体和立柱的上端相连，人的作用 力通过杠体作用于立柱，将可能发 生弯曲变形,如果要向前发生弯曲， 请问同学们有什么方法可以抵消这 种弯曲呢？
结构是怎样受力的 (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。这也是结构的本质。
把单杠看成结构，构件有：杠体、立柱、拉杆。
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。
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
3、拱结构的应用
分析为什么要采用拱结构（从受力角度 分析）
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。 拱结构优点;利于承载，美观
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？
桥梁结构形式和受力特点
桥梁结构形式和受力特点摘要：桥梁跨过河流，跨过峡谷，让交通变得便利，让城市与城市之间的距离变短，从古代的石拱桥到今天的悬索桥，斜拉桥等，桥梁的结构发生了怎样的变化，有些怎样的特点。
关键词：桥梁结构受力特点1. 梁式桥包括简支板梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥其中简支板梁桥跨越能力最小,一般一跨在8-20m.连续梁桥国内最大跨径在200m以下,国外已达240m。
2．拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处产生竖向反力和水平推力,正是水平推力大大减小了跨中弯矩,使跨越能力增大.理论推算,混凝土拱极限跨度在500m左右,钢拱可达1200m.亦正是这个推力,修建拱桥时需要良好的地质条件。
3.刚架桥有T形刚架桥和连续刚构桥,T形刚架桥主要缺点是桥面伸缩缝较多,不利于高速行车.连续刚构主梁连续无缝,行车平顺.施工时无体系转换.跨径我国最大已达270m(虎门大桥辅航道桥)。
4.缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)是建造跨度非常大的桥梁最好的设计.道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空，缆索悬挂在桥塔之间。
斜拉桥已建成的主跨可达890m,悬索桥可达1991m。
5.组合体系桥有梁拱组合体系,如系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等.梁刚架组合体系,如T形刚构桥等。
6.桁梁式桥：有坚固的横梁，横梁的每一端都有支撑。
最早的桥梁就是根据这种构想建成的。
他们不过是横跨在河流两岸之间的树干或石块。
现代的桁梁式桥，通常是以钢铁或混凝土制成的长型中空桁架为横梁。
这使桥梁轻而坚固。
利用这种方法建造的桥梁叫做箱式梁桥。
7.悬臂桥：桥身分成长而坚固的数段，类似桁梁式桥，不过每段都在中间而非两端支承。
拱桥：借拱形的桥身向桥两端的地面推压而承受主跨度的应力。
现代的拱桥通常采用轻巧、开敞式的结构。
8.吊桥：是建造跨度非常大的桥梁最好的设计。
道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空，钢缆牢牢地悬挂在桥塔之间。
较古老的吊桥有的使用铁链，有的甚至使用绳索而不是用钢缆。
9.拉索桥：有系到桥柱的钢缆。
典型案例分析-结构是怎样受力
力在结构的各个部分之间传递，确保力的平衡和稳定。
3 应力和应变
受力后，结构的材料会发生应力和应变，这需要根据材料的性质进行合理的设计。
典型案例一：桥梁结构
悬索桥
特点是主梁悬挂在主塔上，通 过悬索支撑。
拱桥
通过拱形结构均匀分配力，能 够承受大跨度的荷载。
梁桥
由梁和支撑结构组成，适合较 小跨度和荷载。
典型案例分析-结构是怎 样受力
在这个演示中，我们将探讨结构受力的基本原理，并通过典型的桥梁、建筑 和机械结构案例来展示这些原理。
引言
结构是指由不同部分组合而成的整体，它们通过相互作用和受力来保持稳定。 了解结构受力的基本原理对于设计和维护安全可靠的结构至关重要。
结构受力的基本原理
1 力的作用
结构受到来自外部和内部的力的作用，如重力、风力、荷载等。
3
滑轨结构
使用滑动轨道来达到精密控制和平滑运动。
结构受力的重要因素
1 荷载类型
不同类型的荷载会对结构产生不同的影响，如静载、动载和自重等。
2 材料特性
结构的材料特性如强度、刚度、脆性等会影响其受力性能。
3 环境因素
温度变化、湿度、风力等环境因素也会对结构的受力产生影响。
总结和展望
通过对典型案例的分析，我们了解了结构受力的基本原理和重要因建造更安全、可持续的结 构。
典型案例二：建筑结构
钢结构
使用高强度钢材建造的结 构，轻巧且能够承受巨大 的重量。
混凝土结构
由混凝土块、板或柱组成 的结构，具有优异的抗压 强度。
木结构
使用木材构建的结构，具 有良好的耐震性和环保性。
典型案例三：机械结构
1
齿轮传动
关于索结构
关于索结构——（1）预应力和三种受力状态徐珂兄在其博客“带座位的体育馆工程设计记录（08）索单元初始张拉力与索内力”中提出了关于拉索初始预拉力的疑问，并在本网站留言，约本人一起参与讨论。
这是一个很好的话题，其实也是很多同行在实际工程设计中比较容易弄糊涂的一个问题。
借此机会，顺便谈谈我的一点个人拙见，供大家参考。
索结构（或者有拉索的结构）不同于常规结构的地方就是拉索初始预应力对结构整体的刚度贡献。
拉索是整体结构中的一根构件，其对结构整体刚度的贡献分为两部分：一是其材料刚度；二是几何刚度；其中，材料刚度像铰接杆件一样，是由于其横截面和材料刚度而产生的，只是由于索的材料比较柔，所以其材料刚度非常小，所以实际分析与设计中是可以忽略不计的。
几何刚度是由于拉索中预应力对结构产生的刚度贡献，平常我们讲索对结构的刚度贡献通常就是指这部分刚度。
索结构、张弦梁、弦之穹顶等结构体系正是充分利用拉索几何刚度对结构整体刚度的贡献。
那么在实际结构分析中，索的几何刚度怎样实现呢？这里我们不妨给出索结构分析中的三种状态：零状态、预应力状态、荷载状态。
这里我不想采用常见专业论文中的术语来描述，那样太容易把大家搅糊涂，所以下面采用我自己的“普通话”来与大家交流。
个人认为：（1）零状态就是受力分析时刚建好的模型，在此基础上我们可以得到结构的真实构件布置和受力状态；（2）预应力状态就是结构受外荷载之前的真实状态；这里有一些不同观点，有人认为是对索施加预应力，受力平衡之后的状态。
我个人认为应该是平衡预应力之后，并考虑结构自重（甚至是恒载）的状态。
（3）荷载状态是在预应力状态的基础上，结构承受外荷载的状态。
这三个状态之间的关系为：零状态是找到预应力态的基础和手段；预应力态是荷载态的基础，结构必须在预应力态上才能施加外荷载。
这里我想多讨论一下零状态和预应力态的实际用途和意义。
（1）零状态是实际工程设计和施工过程中不存在的一种状态。
它只是我们为了得到预应力状态而假定，与预应力状态较为接近的一种拓扑关系。
第3章静定结构的受力分析
M0
1 2 ql 8
弯矩图的叠加指纵坐标的叠加， 不是图形的简单拼合。
任意直段杆的弯矩图：以(a)中的AB端为例，其隔离体如图(b)。
与图(c)中的简支梁相比， 显然二者的弯矩图相同。
因此：作任意直杆段弯矩图
就归结为作相应简支 梁的弯矩图。 AB段的弯矩图如图(d)。
M0 1 2 ql 8
§3-5 静定平面桁架
武汉长江大桥
1
桁架的特点和组成 由杆件组成的格构体系， 荷载作用在结点上， 各杆内力主要为轴力。
钢筋混凝土组合屋架
优点：重量轻，受力合理，能承受较大荷载，可作成较大 跨度。
武汉长江大桥采用的桁架形式
第3 章
静定结构的内力分析
§3-1 杆件内力计算 §3-2 静定梁 §3-3 静定刚架 §3-4 三铰拱 §3-5 静定桁架 §3-6 静定结构的内力分析和受力特点
第3章 静定结构的内力分析
本章讨论静定结构。 内容：静定结构的内力分析。 静定结构分析的要点： 1、如何选择“好的”隔离体； 2、怎样建立比较简单而又恰当的平衡方程， 计算最为简捷。
FQB FQA q y dx xA xB M B M A FQ dx xA
xB
积分关系的几何意义： B端的剪力=A端的剪力-该段荷载qy图的面积
B端的弯矩=A端的弯矩+此段剪力图的面积
5. 分段叠加法作弯矩图
图(a)结构荷载有两部分： 跨间荷载q和端部力偶MA、MB 端部力偶单独作用时，弯 矩图为直线，如图(b): 跨间荷载q单独作用时，弯 矩图如图(c): 总弯矩图为图(b)基础上叠加图 (c)，如图(d):
FQ >0 F <0 增函数 降函数 Q 自左向右折角 斜直线 曲线
典型结构受力分析结构是怎样受力的
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
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
单摆实验示意图
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。
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。
（2）立柱的受力与变形分析
拱上，圆拱再把力传到其四周的支撑上。
• 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
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2 荷载
恒载：梁（拱架）的质量、屋面（草帘、塑料棚膜） 活载：雪载、风载等
3 梁的受力
荷载作用传到梁上，梁受力变形趋势如图。
梁的上部受压力，材料被挤压。 下部受张力，材力最强？
2、如果把纸板折成瓦楞状， 试验结构会发生
纸张弯曲跨度小，抗压能力大。 瓦楞状纸的抗压能力更好。
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。
例 子：拧麻花条
马上行动：请连线（p6）
1.拉力 2.压力 3.剪切力 4.扭转力 5.弯曲力
A.作用于物体，使它产生弯 曲的力
B.两个矩离很近，大小相等， 方向相反，且作用于同一物 体上的平行力
用工具：（1）刀切开 （2）剪刀剪开
空手： （3）掰弯 （4）扭断 （5）拉断
外力的基本形式
构件所受的外力形式多样，基本 形式有拉力、压力、弯曲力、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）拔河——
拉力：物体所承受的拉拽力，产生拉伸变形 。 例子：拉面、油条、拉力器
自身的重力
第二节 典型结构案例分析
－－结构是怎样受力的
分析椅子和桥的共同之处:
1.都有一定形状2.都承受外力作用, 3.都具有抵抗其形变的能力
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。
结构如何承受力？如何抵抗住变 形？
一个火腿肠，如何在中间截为两段？
4 拱的受力
拱结构：即中间高四周低呈弧形的曲面。
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
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
探究：观察右图， 说明石磨的推杆 为什么要用一根 一绳、子保吊持起人来在。推 磨时推杆始终在 平行于地面的平 面上运动，二、 防止推杆弯曲变 形。三、抵消推杆
C.挤压物体的力
D.物体所承受的拉力
E.反方向向物体两端均匀施 力，使物体发生扭转形变的 力
2 荷载
荷载:
施加于机械或结构上的外力在力学中通常被称为荷载。
依据不同的标准，荷载有不同的分类。 按荷载随时间的变化分为：
恒载(永久性荷载)：作用于结构上长期不变的荷载 活载(可变性荷载)：作用于结构上可变的荷载
（2）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
（3）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、撑杆跳高
（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。