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第二节 典型案例分析,课前五分钟提问 1、什么是架构 2、结构的定义,什么是构件? 3、结构分为哪三种常见类型? 4、实心,框架,壳体结构的特征和受力特点 5、依据几何形状结构还可以分为那四种?,一、单杠结构分析,杠体:是器械的主体; 立柱、拉杆:共同支撑杠体并承受荷载。,阅读材料,构件受外力作用时,要发生形状或大小的改变,这种改变称为变形。 第一节的实例中,吊车的吊绳承受的力是拉力,拉力所产生的形变为拉伸,组成材料的粒子被拉开;板凳腿承受的外力是压力,压力所产生的变形为压 缩,组成材料的粒子被推近。拉力和压力都是荷载作用的结果。,当杆件受到与杆纵轴线相垂直的外力作用时,杆件 产生的弯曲,发生弯曲变形时的构件称为梁。 当板凳很长时,櫈面可视为梁。此种櫈面在人的体重等外力的作用下,会发生弯曲变形。只是这种变形可能很小,肉眼不易看出来。而跳水的跳板发生的弯曲变形,却是非常明显。弯曲变形如图:,杆件基本变形,1、拉伸、压缩,2、弯曲,2、杠体的受力与变形,从力学角度出发,对结构理解为:结构是可承受一定力的架构形态,结构可以抵抗引起形态和大小变化的力。,单杠的受力和变形分析,小球对固定点的作用力的方向,从固定点指向小球球心所处的瞬间位置。,单摆实验示意图,运动员在杠体上转动,其侧视图与单摆类似:杠体相当于固定点,人相当于小球。 所以,任意时刻,人对杠体的作用力方向都是指向人重心所处的瞬间位置。,思考题1:杠体的受力与变形如 何?杠体变形的方向,运动员在杠体上做动作,如回环等通过握杠体的手,对杠体施加了外力,包括人体质量和回转运动产生的离心力,使得杠体发生弯曲变形。这种外力称为弯曲力。 杠体弯曲变形的方向:杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向发生弯曲,当人体静挂在杠体上时,两根立柱只承受压力 当人体回转到单杠的一侧时,经过杠体传到立柱上端的外力将对立柱产生弯矩,使立柱产生弯曲变形趋势。固定于地基的垂直梁产生抵抗柱端的弯曲变形。同时拉杆将起到辅助立柱抵抗变形作用。,思考题2:立柱、拉杆是如何受力与变形的?,离心力,弯曲力,结论一: 杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上发生弯曲。 任意时刻,人对杠体的作用力方向都是指向人体所处的瞬间位置。,弯矩M,弯矩M,前侧,后侧,弯矩M与弯矩M大小相等,方向相反,是一对平衡的弯矩,使单杠保持整体的稳定。,问题1: 课本13页,图1-19,运动员从单杠前侧向后侧运动,起削弱、平衡作用的是拉杆5 还是拉杆6?,拉杆6,问题2: T0时刻人在杠体的正上方,然后沿顺时针方向运动到杠体正下方。假设T0时刻刚好有一只小虫飞到人的身上,那么在小虫看来,人是不动的,而杠体是运动的,(例如地球绕太阳转,而人在地球上看来,是地球不动,太阳绕地球转)。请问,小虫看到杠体将怎样运动?如下图。,杠,人,人,人,T0时刻,T0时刻,解: 在小虫看来,杠体开始在正下方,最后在正上方,而且运动过程中一直在左边。所以小虫看到杠体应是从正下方顺时针运动到正上方。,问题3: 知道t时刻人的位置,怎样确定同一时刻杠体的位置?,杠,人,人,T时刻人位置,1,2和1要平行,1代表T时刻人对杠体的作用力;2代表同一时刻杠体对人的作用力,它们是一对作用力和反作用力,方向一定要相反,所以1和2 一定要平行。,二、棚室屋架结构分析,棚室屋架结构是怎样受力的呢?,屋面(棚盖)由前坡面组成,棚膜(塑料薄膜)覆盖于前坡面上;屋面由梁承托,各梁分别由立柱和后墙支撑。,棚室荷载与立柱受力,承受的荷载主要分为恒载和活载。 恒载包括屋面、梁的质量,属于不随时间变化而变化的永久性荷载。 活载包括雪载、风载等,属于随情况变化而变化的可变性荷载。,立柱,P1,P2,永久性荷载和雪载,立柱基础,P,P,M,2.梁的受力,材料被挤压,材料被拉伸,梁的受力,如平衡木,桥等都是梁的一种类型。,拱结构的应用,拱结构十分美观,很多建筑物都采用了拱结构。,赵州桥,拱结构的概念:,中间高四周低呈弧形的曲面。,为什么要采用拱结构呢?,拱结构受力:,拱结构对承受荷载有利。荷载压力作用于拱上,圆拱再把力传到其四周的支撑上。例如雪荷载。,小试验 比较不同形状的纸板承受压力的大小,1、哪种情况下纸板的抗压能力最强? 2、还有更好的方案吗?,列举几种结构承受不同外力的例子。?,本节小结,二、棚室屋架结构分析 棚室荷载和立柱受力、梁的受力和拱结构的应用。,结语,丹麦学者尼尔斯斯坦森说得好: “我们所见的固然美好,我们明了的愈加美妙,我们尚未彻悟的更是不胜其美,美不可言。”,
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