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第三节工程中常见的约束与约束反力
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
一、约束与约束反力的概念
在空间中运动,位移不受限制的物体称为自
由体。
对非自由体的某些位移起限制作用的周围物
体称为约束体,简称约束。
约束是阻碍物体运动的物体,这种阻碍作用
就是力的作用。
阻碍物体运动的力称为约束反力,简称反力。
所以,约束反力的方向必与该约束所能阻碍物体运动的方向相反。由此可以确定约束反力的方向或作用线的位置。
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物体受力一般可以分为两类:一类是使物体运动或使物体有运动趋势的力,称为主动力。如重力、水压力、土压力、风压力等。在工程中通常称主动力为荷载。另一类是约束对于物体的约束反力,也称被动力。一般主动力是已知的,而约束反力是未知的。举例。
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W
W
FT
W
W
FN
FT
试指出下面物体的受力图中的主动力和约束反力
二、几种常见的约束及其反力
1. 柔体约束
柔软的绳索、链条、皮带等用于阻碍物体的
运动时,都称为柔体约束。
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柔体约束对物体的约束反力是通过接触点,
沿柔体中心线且背离物体的拉力,常用FT表示。
前页受力图中的FT即为柔体约束。
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物体与其它物体接触,当接触面光滑,摩擦力很小可以忽略不计时,就是光滑接触面约束。
光滑接触面约束对物体的约束反力,是作用于接触点处,沿接触面的公法线,并指向被约束物体,常用FN表示。
前页受力图中的FN即为光滑接触面约束。
3. 圆柱铰链约束
圆柱铰链简称铰链。是由一个圆柱形销钉插入两个物体的圆孔中构成,并且认为销钉和圆孔的表面都是光滑的。
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A
B
C
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圆柱铰链的约束反力可用一个大小与方向均未知的力表示,
A
C
B
C
B
C
B
FC
FCx
FCy
也可用两个相互垂直的未知分力来表示,如图所示。
圆柱铰链的约束反力是垂直于销钉轴线并通过销钉中心,而方向不定。
两端用铰链与物体分别连接且中间不受其它力的直杆称为链杆约束。
链杆又称二力杆。
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4. 链杆约束
链杆约束
三、支座及支座反力
工程中将结构或构件支承在基础或另一静止构件上的装置称为支座。支座也是约束。支座对它所支承的构件的约束反力也称支座反力。
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建筑工程中常见的三种支座:固定铰支座(铰链支座)、可动铰支座和固定端支座。
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(铰链支座)
用圆柱铰链把结构或构件与支座底板连接,并将底板固定在支承物上构成的支座称为固定铰支座。
A
FAx
FAy
FA