2.4约束和约束反力(课件）-《土木工程力学基础》同步教学（化学工业出版社）

第二章 静力学基本知识 知识目标： 理解静力学基本公理及推论 掌握力偶的性质、合力矩定理及力的平移定理 熟悉工程中常用的约束类型及其相应的约束反力 掌握单个物体和物体系统的受力图画法 能力目标： 能阐述力的概念和静力学基本公理 熟练掌握力矩的计算及合力矩定理的应用 能叙述力的平移定理 能熟练画出单个物体和物体系统的受力图 第二章 力、力系、荷载 第一节 静力学公理 第二节 力矩与力偶 第三节 约束和约束反力 第四节 物体的受力分析 第五节 第四节　约束和约束反力 返回 下一页 上一页 　　(1) 自由体与非自由体 　　运动不受任何限制的物体称为自由体，例如在空中飞行的飞机、火箭。在空间的运动受到某些限制的物体称为非自由体。例如放在桌子上的课本，建筑物中的梁和楼板。 　　(2) 约束与约束反力 　　一个物体的运动受到周围其它物体的限制，这种限制非自由体运动的物体称为约束。约束对非自由体的作用力称为约束反力，简称反力。 　　约束反力的作用点，总是在约束与被约束物体的接触处；约束反力的方向总是与约束所能限制的物体运动或运动趋势方向相反。 　　(3) 主动力：使物体产生运动或运动趋势的力，如物体的重力。 　　除约束反力以外，物体上往往还作用有主动力，也称为荷载。物体所受的主动力一般是已知的，而约束反力是未知的，因此正确地分析约束反力是对物体进行受力分析的关键。　 一、柔体约束 　柔体约束是指由柔软的绳索、链条、皮带等构成的约束。柔体约束只能限制物体沿柔体伸长方向的运动，而不能限制其他方向的运动。因此，柔体约束对物体产生的约束力作用在接触点，方向沿柔体的中心线且背离物体，即为拉力。如图2-19所示。 返回 下一页 上一页 图2-19 二、光滑接触面约束 　　若两个物体间的接触面光滑无摩擦时，其中的一个物体对另一个物体就构成了光滑接触面约束。光滑接触面只能限制物体沿接触点处公法线朝接触面方向的运动，而不能限制物体沿其它方向的运动。因此，光滑接触面约束的约束反力作用在接触点，其方向沿接触面的公法线并指向被约束的物体，即为压力。光滑接触面约束的约束力表示见图2-20，这种约束反力也称为法向反力。 返回 下一页 上一页 图2-20 三、光滑铰链约束 　　（一）铰链连接 　　铰链连接的组成情况如图2-21(a)、（b）所示，铰链连接的计算简图如图2-21（c）所示。 　　铰链连接中的销钉只限制物体在垂直于销钉轴线的平面内相对移动，但不能限制物体转动和沿销钉轴线方向的移动。当主动力尚未确定时，铰链约束力的方向不能预先确定，但无论方向如何，这个约束力的作用线必然垂直于销钉轴线并通过销钉中心。因此，铰链约束力作用在垂直于销钉轴线的平面内，通过销钉中心，指向待定。铰链约束力通常用两个互相垂直的分力来表示，见图2-21（d），图中两分力的指向是假定的。 返回 下一页 上一页 图2-21 三、光滑铰链约束 　　（二）固定铰支座 　　用铰链连接的两个构件中，如果其中一个构件固定在基础或静止不动的物体上，则这种约束称为固定铰支座，简称铰支座，如图2-22（a）所示。固定铰支座的计算简图如图2-22（b）～（e）所示。固定铰支座约束力与铰链连接的情形相同，也用两个互相垂直的分力来表示，见图2-22（f），图中两分力的指向是假定的。 返回 下一页 上一页 图2-22 三、光滑铰链约束 　　（三）活动铰支座 　　活动铰支座也称为辊轴支座，其组成情况如图2-23（a）所示。活动铰支座的计算简图如图2-23(b)、(c)所示。 　　活动铰支座只能限制物体沿着支承面法线的运动，但不能限制物体转动和沿着支承面切线方向的运动。因此，活动铰支座的约束力垂直于支承面，通过铰链中心，指向待定。活动铰支座的约束力表示见图2-23（d），图中约束力的指向是假定的。 返回 下一页 上一页 图2-23 四、固定端约束 返回 下一页 上一页 　物体的一部分嵌固于另一物体所构成的约束，称为固定端约束。如图2-24(a) 所示的阳台、图2-24(b)的桥墩、图2-24（c）中埋在地基中的电线杆等都是受固定端约束的实例。 图2-24 四、固定端约束 　固定端约束的共同特点：既能限制物体在约束处水平和垂直方向的移动，又能限制物体在约束处的转动。固定端约束反力的方向和约束力偶的转向均无法预先确定，因此，固定端约束的约束力为一个方向待定的力和一个转向待定的力偶。这个方向待定的力通常两个互相垂直的分力来表示。固定端约束力的表示方法见图2-25，图中两分力的指向和力偶的转向是假定的。 返回 下一页 上一页 图2-25 五、链杆约束 　　两端用光滑销钉与其他物体连接而中间不受力的直杆，称为链杆。图2-26(a)中的杆件AB即为链杆，其计算简图如图2-26 (b)所示。 　　链杆只能阻止物体上与