1.3 约束与约束力（教案）高教版（第三版）

《土木工程力学基础》（高教版） 《 约束与约束反力》教学设计 课题 1.3约束与约束反力 教学时间 2课时 教学目标 知识与技能 1、认识约束、主动力、被动力等概念； 2、了解工程中常见的约束类型； 3、理解重要约束类型的约束反力三要素。 4、掌握约束反力的符号表示。 过程与方法 1、通过观察与思考、应用实例等让学生对工程中常见的约束类型有感性认识； 2、引导学生依据力的三要素来表示不同类型的约束反力。 情感、态度、价值观 1、通过探究建筑工程安装、施工中各物体的受力，培养敢于创新的精神，举一反三的能力； 2、通过分析力的三要素，增强安全生产的意识。 教学重点 常见约束及约束反力。 教学难点 1、区分约束反力的施力物体和受力物体； 2、准备描绘约束反力（大小、方向、作用点）。 教学内容及其过程 学生活动 教师导学 一、引入 [观察与思考] 在日常生活中可以看到：绳索悬挂的灯、支承在墙上或柱子上的梁都掉不下来；人坐在椅子上也摔不下来。为什么灯、梁和椅子上的人都不能向下运动呢？ 答：因为灯、梁和人的运动受到周围物体的限制，不可能在空间某些方向运动。 二、导学提纲 1．约束和约束反力的概念 （1）限制物体运动的 物体 在力学中称为约束。 （2）对于绳索悬挂的灯来讲， 绳索 是灯的约束；支承在墙上或柱子上的梁掉不下来， 墙或柱子 是梁的约束；人坐在椅子上也摔不下来， 椅子 是人的约束。 （3）约束对被约束物体的作用力称为 约束反力 （约束力），简称 反力 。约束反力是 被动力 。 （4）主动使物体运动或使物体有运动趋势的力称为主动力，如重力、风压力、土压力等。主动力在工程上称为 荷载 。 （5）主动力 通常是已知的，而约束反力 则是未知的。 2．几种常见约束及其约束反力 （1）绳索、链条、皮带等用于 限制物体 的运动时，称为柔体约束。 （2）绘制图示梁的受力 （3）光滑接触面约束是指当物体限制其他物体运动时，在接触处的摩擦力很小，可以 略去不计 。 （4）绘制图示梯子的受力 （5）可动铰支座只能限制物体沿 垂直于支承面 方向的上下移动， 不能 限制物体绕支座转动和沿支承面方向的水平移动。 （6）桥梁伸缩缝处的可动铰支座如图所示。在实际工程中，大型钢梁或一些钢架桥以及立交桥伸缩缝处，常把一端采用可动铰支座。其作用是：当因热胀冷缩而长度稍有变化时，可动铰支座相应地沿支承面 滑动 ，从而避免温度变化引起的不良后果。 （7）固定铰支座限制物体 上下、左右 移动；但可以产生微小的 转动 。 （8）如图所示的柱子插入杯形基础后，在柱脚与杯口之间填以沥青麻丝，基础允许柱子产生微小的转动，但不允许柱子上下、左右移动。因此这种基础也可看成固定铰支座。 （9）门窗用的合页就是 圆柱铰链 的约束实例。这种约束不能限制物体绕销钉 转动 ，但能限制物体在垂直于销钉轴线的平面内沿任意方向的 移动 。 （10）固定端支座是指构件与支承物固定在一起，构件在固定端既不能 沿任何方向 移动（也就是说上下、左右都不能移动），同时也不能 转动 。 （11）如图所示的钢筋混凝土柱，插入基础部分较深，而且四周又用混凝土与基础浇筑在一起，也属于 固定端支座 。 三、教师精讲 1.柔体约束 约束反力的作用线：通过接触点，沿柔体中心线； 方向：背离被约束的物体，即为拉力； 大小：未知； 字母表示：FT。 2. 光滑接触面约束 约束反力的作用线：通过接触点，沿接触面在该点的垂线； 方向：指向被约束的物体，即为压力； 大小：未知； 字母表示：FN 3. 可动铰支座 约束反力的作用线：通过接触点，并垂直于支承面； 方向：指向不定； 大小：未知； 字母表示：FN 4. 固定铰支座 约束反力的作用线：通过接触点，通常采用两个互相垂直的力表示； 方向：指向不定； 大小：未知； 字母表示：Fx、Fy 5. 圆柱铰链（简称为铰链） 约束反力的作用线：通过接触点，垂直于销钉轴线，通常采用两个互相垂直的力表示； 方向：指向不定； 大小：未知； 字母表示：Fx、Fy 6. 固定端支座 约束反力的作用线：通过接触点，通常采用两个互相垂直的力及一个力偶表示； 方向：指向不定； 大小：未知； 字母表示：Fx、Fy，M 四、探究 有兴趣的同学可以考虑下，对于固定铰支座、圆柱铰链约束、及固定端支座中的约束反力Fx、Fy还有没有其他表示方法。 布置作业 课本作业：P26 一、3-8 三、1 课外作业： 1、通过本内容的学习，你有哪些收获？还存在哪些困惑？ 2、参观构件吊装的施工现场，运用所学知识对吊装的受力加以说明。 让同学来回答问题。 1、自主学习 自学教材、自主完成导学提纲，记录疑点或无法解决的问题，为交流作准备。 2、组内交流 在小组长的组织下，有序开展交流