1.3 约束与约束力（课件）-《土木工程力学基础》同步精品课堂（高教版-第3版）

1.3 约束与约束力 土木工程力学基础 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 了解约束与约束力的概念；掌握几种常见的约束及其约束力的画法。 能力目标 使学生具有正确画不同支座约束力的能力。 情感目标 具有自学能力、理解能力与表达能力和较好的学习新知识和技能的能力。具有较强的集体意识和团队合作精神。 三维目标 构施工图，掌握图 知识点复习与回顾 ？ 1.二力平衡公理； 2.作用与反作用公理； 3.加减平衡力系公理； 4.平行四边形定则。 你了解什么是建筑结构？生活中你见过哪些常见的结构？ 问题引入——学会观察和总结 情境引入 1）、以小组为单位回答问题。 2）、每组派出代表回答老师提问 3）、学生分组相互评价 4）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 在日常生活中，我们看到：绳索吊挂的灯笼、支承在墙上或柱上的梁都掉不下来；人坐在椅子上摔不下来。为什么灯笼、梁和人都不会向下运动呢？ 探索新知 在日常生活中，我们看到：绳索吊挂的灯笼、支承在墙上或柱上的梁都掉不下来；人坐在椅子上摔不下来。为什么灯笼、梁和人都不会向下运动呢？ 一、约束与约束力的概念 探索新知 因为灯笼、梁和人的运动受到周围物体的限制，而不可能在空间某些方向上运动。这种限制物体运动的物体在力学中称为约束。绳索是灯笼的约束，墙或柱是其所支承的梁的约束，椅子是坐在它上面的人的约束。 约束对被约束物体的作用力称为约束力，也称约束反力，简称反力。约束力是被动力，其方向总是与约束所能限制的物体的运动方向相反，其作用效果是限制被约束物体的运动。例如，用一根绳索吊挂的灯笼，其在自重的作用下，有垂直向下运动的趋势，而绳索对灯笼的约束力的方向是垂直向上的。 探索新知 与约束力对应，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、风力、土压力等。主动力在工程上称为荷载。一般情况下，物体总是同时受到主动力和约束力的作用。主动力通常是已知的，而约束力则是未知的。因此，正确地分析约束力是对物体进行受力分析的关键。 工程中约束的类型很多，下面介绍几种常见的约束及其约束力。 学习新知 二、几种常见的约束及其约束力 （一）柔性约束 （二）光滑接触面约束 （三）链杆约束 （四）三种支座 学习新知 （一）柔性约束 绳索、链条、胶带等用于限制物体的运动时，称为柔体约束。由于柔体只能承受拉力，而不能承受压力，所以它们只能限制物体沿着柔体伸长方向的运动。 因此，柔体对物体的约束力是通过接触点，沿柔体中心线作用的拉力，即背离被约束的物体，常用符号FT表示，如图1-15 和图 1-16所示。 学习新知 学习新知 （二）光滑接触面约束 当物体在接触处的摩擦力很小，可以忽略不计时，它所受的就是光滑接触面约束。这种约束只能限制物体沿着光滑面的垂线并指向光滑面的运动，而不能限制物体沿着光滑面或离开光滑面的运动。所以，光滑面对物体的约束力是通过接触点，沿接触面在该点的垂线方向作用的压力，即指向被约束的物体，常用符号FN表示，如图1-17和图1-18所示。 学习新知 学习新知 （三）链杆约束 在生活和工程中常看到如图 1-19a 所示的三角支架，直杆 BC 对水平杆 AB 起看怎样的约束作用呢？ 学习新知 直杆BC只能限制水平杆AB沿直杆BC的轴线方向的运动，而不能限制其他方向的运动。 在土木工程力学中，把不计自重且两端用光滑销钉与物体相连的直杆称为链杆。图1-19a中的直杆BC可视为链杆。链杆只能限制物体沿链杆的轴线方向的运动，而不能限制其他方向的运动。所以，链杆的约束力沿链杆轴线方向，指向不定，常用符号FR表示。图1-19b中的FRB是直杆BC作用于水平杆AB的约束力。链杆约束的简图及约束力如图1-19c和图1-19d所示。 学习新知 学习新知 （四）三种支座 工程中把构件连接在墙、柱、基础等支承物上的装置称为支座。支座对构件的约束力常称为支座反力。工程中的支座通常可简化为三种：可动铰支座、固定铰支座和固定端支座。 学习新知 1、可动铰支座 房屋建筑中常将横梁支承在砖墙上，如图1-20a所示。砖墙是横梁的支座。这种支座对横梁起着怎样的约束作用呢？ 学习新知 砖墙只能限制横梁沿垂直于支承面方向的移动，不能限制横梁绕砖墙转动和沿支承面方向的移动。我们把这种支座称为可动铰支座。可动铰支座的结构简图如图1-20b所示，即用销钉把构件和支座连接，并将支座置于可沿支承面滚动的辊轴上，这就构成了可动铰支座。 可动铰支座对构件的约束力通过构件与支承面，并垂直于支承面，方向可能向上，也可能向下。可动铰支座的计算简图如图1-20c所示，其约束力（又称支座反力）常用符号Fy表示（图1-20d）。 学习新知 学习新知 在工程实际中，大型钢梁、钢筋混凝土桥梁伸缩缝处的梁端常采用可动铰支座（图1-21）。