1.2约束与约束力

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1、§1—2约束与约束力一、自由体与非自由体1.自由体：位移不受限制的物体称为自由体。如，空中飞行的炮弹、飞机或入造卫星等。飞机2.非自由体：位移受到限制的物体称为非自由体。轴承中的轴、支承在柱子上的屋架等。如，轨道上的机车，二、约束1.定义：对非自由体的某些位移起限制的其它物体，称为约束。2.实例：上述轨道对机车、轴承对轴、柱子对屋架等都是约束。三、约束力（约束反力、反力）1．定义：约束对物体的作用，实际上就是力，称为约束反力，也简称反力。GGF1NF2N2．性质：约束力是被动力。（由主动力引起，且随主动力改

2、变而改变）3．作用点：约束力的作用点是非自由体上与约束的接触点。4．方向：约束反力的方向必与该约束所能阻碍的位移方向相反。由此可判断约束力的方向作用线的位置。5．大小：约束力的大小总是未知的6．产生条件：当物体沿着约束所能阻止的方向上有运动或有运动趋势时，才会出现约束力。GF1NF2N主动力（荷载）物体的受力可分为两类：约束力和主动力。除约束力以外的其它力称为主动力或荷载。例如：物体的重力、结构承受的风力和水压力、机械零件中的弹簧力、以及电磁力等。主动力一般为已知力。四、工程中常见的几种约束及约束力特点1.

3、理想柔性约束忽略摩擦，将约束看成柔性体。把实际中的绳索、链条、胶带等看成十分柔软又不可伸长的柔索，它限制了被约束体沿索向向外的运动。2.理想刚性约束（1）光滑面接触（Smoothsurface）光滑面约束的约束反力作用在接触点处，沿两接触面公法线方向，并指向受力物体。以FN表示。反力特点：过接触点并沿接触面的公法线，指向被约束的物体（压力）。PFNFNPFANFBN（2）光滑圆柱形铰链两物体分别被钻上直径相同的圆孔，两孔相叠，中间穿以圆柱销钉。这样，两物体只能绕销钉转动。限制运动的方式：限制物体在垂直销钉轴

4、线的平面内沿任意方向的相对移动。由于销钉与销钉孔可在圆周上任一点发生接触，因此，光滑圆柱形铰链提供一个过圆孔中心，大小和方向均未知的二维约束力，一般用其两个分矢量表示，即FAR＝FAx＋FAy（3）固定铰支座支座——把结构或构件与支承物（如桥墩、墙、柱、机座等）连接起来的约束，称为支座。用铰链将结构或构件与支座底板相连，则构成固定铰支座。如图所示为固定铰支座的力学简图。（4）可动铰支座若在固定铰支座的底座与支承物体之间安装几个辊轴，可构成可动铰支座，又称辊轴支座。计算简图可以用图1—12a所示的三种表示。大

5、型屋架、桥梁等结构在荷载、温度等影响下发生变形时，将绕其端部略有转动，且两端之间的距离也将略有改变，故通常均一端采用固定铰支,另一端采用可动铰支来支承。这种支承方式称为简支。简支梁桥预制钢筋混凝土门窗过梁和简易桥梁的简化钢木混合屋架计算简图钢筋混凝土门式框架计算简图屋架计算简图（5）轴承向心轴承：对轴的约束特点与固定铰支座的约束特点相似。向心轴承又称为径向轴承，简称轴承。计算简图可以用图1—13所示。反力特点：只知过轴心，沿公法线，但方向待定。一般用其两个分矢量表示，即FR＝FAx＋FAy止推轴承：止推轴承

6、：止推轴承可视为由一光滑面将向心轴承圆孔的一端封闭而成。因此，它同时具有向心轴承与光滑面接触这两类约束的作用。约束反力可表示为：FAx、FAy、FAz(6)球形铰链支座将固结于物体一端的球体置于球窝形支座内就形成了球形铰链支座。8.球形铰链支座（7）链杆约束约束特点：只能限制物体上的铰接点沿链杆轴线方向的位移。反力特点：链杆的约束反力沿链杆的轴线，且既可是拉力也可是压力。重庆大学建筑馆厂房排架计算简图