靜定反力

幾種靜定結(jié)構(gòu)的受力分析大致相同，繪制內(nèi)力圖的一般步驟如下：

①求反力（懸臂梁可以不必求反力）。

②定點(diǎn)：選外力的不連續(xù)點(diǎn)作為控制截面，如集中力及集中力偶作用點(diǎn)兩側(cè)的截面；分布荷載的起迄點(diǎn)。用截面法求出這些截面的內(nèi)力值，并將它們?cè)趦?nèi)力圖的基線上用縱距繪出。這樣就定出了內(nèi)力圖上的各控制點(diǎn)。

③聯(lián)線：根據(jù)結(jié)構(gòu)在各控制點(diǎn)之間內(nèi)力圖形狀特點(diǎn)，分別用直線或曲線相聯(lián)，即得內(nèi)力圖。若相鄰控制截面之間無荷載，則該段彎矩圖為斜直線。當(dāng)繪制彎矩圖時(shí)，若相鄰控制截面之間有荷載作用，則該段可按疊加法繪出其彎矩圖。

幾種典型的靜定結(jié)構(gòu)有靜定梁、靜定剛架、靜定三鉸拱、靜定桁架和靜定組合結(jié)構(gòu)等。公交站臺(tái)的雨棚是用剛性結(jié)點(diǎn)連接的三根直桿所組成的T字結(jié)構(gòu)，柱子固定于基礎(chǔ)中，屬于典型的靜定剛架結(jié)構(gòu)。北京頤和園昆明湖上的十七孔橋就是由十七個(gè)靜定三鉸拱所構(gòu)成，單個(gè)橋跨的破壞不會(huì)引起整個(gè)橋體的連續(xù)倒塌。靜定三鉸拱和靜定桁架結(jié)構(gòu)在制造誤差和溫度改變作用下均不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，也常用作對(duì)溫度敏感的大跨度房屋屋蓋結(jié)構(gòu)，如大型商場(chǎng)、禮堂和展覽館等。陜西秦始皇兵馬俑展覽館屋蓋體系很好的利用了三鉸剛拱架的靜定特性，既實(shí)用又美觀。

在均布荷載作用下，兩跨連續(xù)梁相對(duì)于兩跨靜定梁，連續(xù)梁結(jié)構(gòu)剛度大、變形小，跨中彎矩的最大值可以大幅降低，但其支座有負(fù)彎矩產(chǎn)生。當(dāng)結(jié)構(gòu)存在溫度變化和支座沉降情況時(shí)，兩跨連續(xù)梁和兩跨靜定梁均會(huì)產(chǎn)生一定程度的變形，兩跨連續(xù)梁在中間支座處會(huì)出現(xiàn)較大正彎矩，而兩跨靜定梁則無彎矩產(chǎn)生。

超靜定結(jié)構(gòu)雖然具有較好的抵抗破壞能力，在多余約束被破壞的情況下仍能保持其幾何不變性，但在工 程應(yīng)用時(shí)易受到溫度變化、制造誤差以及支座沉降等因素的影響。靜定結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)突然破壞的防護(hù)能力較弱， 但其受力特點(diǎn)不受材料影響，其受力狀態(tài)不易被外界干擾。在對(duì)溫度變化、制造誤差以及支座沉降敏感的結(jié)構(gòu)中，采用靜定結(jié)構(gòu)比超靜定結(jié)構(gòu)更為合適。由此得出，任何事物都具有兩面性，在某種特定情況下，靜定結(jié)構(gòu)反而會(huì)比超靜定結(jié)構(gòu)更加適用工程實(shí)際。 2100433B

靜定反力靜定結(jié)構(gòu)

對(duì)于幾何不變的且無多余約束的結(jié)構(gòu)來說，由于其可列出的靜力平衡方程式數(shù)目與未知約束力數(shù)目相等，故其全部反力和內(nèi)力僅用靜力平衡方程就可求得，且解是唯一的，這種結(jié)構(gòu)就是靜定結(jié)構(gòu)。

根據(jù)靜定結(jié)構(gòu)在一定的外荷載作用下，其反力與內(nèi)力的解答是唯一的，可得其在靜力方面的另兩個(gè)特性：

①由于靜力平衡方程與結(jié)構(gòu)的材質(zhì)和截面尺寸無關(guān)，故靜定結(jié)構(gòu)的反力、內(nèi)力與結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、截面尺寸無關(guān)；

②在靜定結(jié)構(gòu)中，除荷載外，其他外因如溫度變化、支座移動(dòng)、制造誤差、材料收縮等都不能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反力和內(nèi)力。這是因?yàn)楫?dāng)靜定結(jié)構(gòu)上荷載為零時(shí)，由靜力平衡條件可知，其反力、內(nèi)力必都為零。

幾種典型的靜定結(jié)構(gòu)有：梁、剛架、桁架等。

靜定反力靜力學(xué)

力學(xué)的一個(gè)部分，它研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律，建立各種力系的平衡條件。靜力學(xué)還研究力系的簡(jiǎn)化和物體受力的基本分析方法。物體受到幾個(gè)力的作用，仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，叫做物體處于平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱物體的平衡。處于平衡狀態(tài)的物體，可以是靜平衡，即物體既無平動(dòng)，又無轉(zhuǎn)動(dòng)，保持靜止，也可以是動(dòng)平衡，即物體作勻速直線運(yùn)動(dòng)，或勻角速轉(zhuǎn)動(dòng)。無論是處于靜平衡，還是動(dòng)平衡，物體的受力情況是沒有區(qū)別的。區(qū)別在于物體的初始狀態(tài)，即物體開始處于力平衡的瞬時(shí)，它為靜止的，還是平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的。

靜力學(xué)發(fā)展時(shí)期，是從公元前3世紀(jì)，到16世紀(jì)伽利略奠定動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)為止。阿基米德是使靜力學(xué)成為一門真正科學(xué)的奠基者。著名的意大利藝術(shù)家、物理學(xué)家和工程師達(dá)·芬奇，對(duì)靜力學(xué)的建立作出了重要貢獻(xiàn)。靜力學(xué)的基本物理量是力、力偶和力矩。學(xué)科內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

①力作用于物體的效應(yīng)分為外效應(yīng)和內(nèi)效應(yīng)。外效應(yīng)是指力使整個(gè)物體對(duì)外界參照系的運(yùn)動(dòng)變化；內(nèi)效應(yīng)是指力使物體內(nèi)各部分相互之間的變化。對(duì)剛體不必考慮內(nèi)效應(yīng)。

②靜力學(xué)公理。靜力學(xué)的全部推理是以幾個(gè)簡(jiǎn)單公理為基礎(chǔ)的。這些公理是人類在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中積累起來的力的知識(shí)的總結(jié)。它反映了作用在剛體上的力的最簡(jiǎn)單、最基本的屬性，這些公理的正確性是可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證的，但不能用更基本的原理來證明。

公理Ⅰ： 二力平衡原理。

公理Ⅱ： 加減平衡力系原理?？稍谧饔糜趧傮w上的已知力系中增加一個(gè)平衡系，或者從這個(gè)力系中減去一個(gè)平衡系，而不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。

公理Ⅲ： 力的平行四邊形法則。

公理Ⅳ： 作用和反作用定律。

公理Ⅴ： 硬化原理。設(shè)一個(gè)變形體在一個(gè)力系作用下，處于平衡狀態(tài)，若將這種狀態(tài)下的變形體看成剛體，則其平衡狀態(tài)不被破壞。

靜力學(xué)知識(shí)在工程技術(shù)中有直接的應(yīng)用。例如，對(duì)軸上零件的受力分析，從而合理地布置軸承；應(yīng)用平衡條件求出軸承反力，作為選用軸承的一個(gè)依據(jù)；對(duì)考慮摩擦力的平衡問題進(jìn)行分析，得出某些零件的自鎖條件，以便正確地設(shè)計(jì)這些零件等等。

靜定反力約束反力

約束的作用力。指被約束體受約束體的作用力，簡(jiǎn)稱約束力。約束反力分動(dòng)靜兩類，動(dòng)約束力亦稱附加動(dòng)反力，和被約束體的加速運(yùn)動(dòng)有關(guān)。例如，電梯以加速度a上升，其中質(zhì)量為m的人受向上的動(dòng)約束反力大小為ma；繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的偏心轉(zhuǎn)子要受到軸承的動(dòng)約束反力，軸承必受到動(dòng)壓力。靜約束力大小取決于被約束物體所受的主動(dòng)力，方向與被阻礙的運(yùn)動(dòng)方向相反，作用點(diǎn)為約束和被約束體的接觸點(diǎn)。例如，對(duì)于光滑接觸面，約束力通過接觸點(diǎn)垂直公切面指向被約束體；對(duì)于光滑球鉸鏈，約束力通過鉸心，方向不定，但可用三個(gè)未定的垂直分量表示。在工程技術(shù)方面，約束力的分析計(jì)算十分重要。而對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，動(dòng)約束力有時(shí)能達(dá)到靜約束力的10倍以上，這種力的消除成為高速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的重要技術(shù)問題。理論上講，使轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心并成為慣性主軸就可使這種動(dòng)約束反力為零。

幾何不變體系

靜定梁是沒有多余約束的幾何不變體系，其反力和內(nèi)力只用靜力平衡方程就能確定， 這是靜定梁的基本靜力特征。梁以受彎形變?yōu)橹?，主要?nèi)力為軸力、剪力和彎矩，靜定梁是一種最常見的靜定結(jié)構(gòu)（無多余約束的幾何不變體系）。對(duì)應(yīng)靜定結(jié)構(gòu)還有一種有多余約束( n > 0)的幾何不變體系——超靜定結(jié)構(gòu)。2100433B

首先判斷其外超靜定次數(shù)，再判斷內(nèi)超靜定次數(shù)，二者之和為系統(tǒng)的總超靜定次數(shù)。

反力在結(jié)構(gòu)計(jì)算上，可提供平衡條件，用以推算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，并進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)變形量。 某些結(jié)構(gòu)分析方法，會(huì)以假設(shè)反力的方式，減少靜不定的支承形式，此種假設(shè)反力，稱作靜不定余力或贅力（Redundant）。

分類：柔體約束,光滑接觸面約束，可動(dòng)鉸支座，固定鉸支座，固定端支座。

可以根據(jù)該反力墻試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和受力特點(diǎn),提出了合理的結(jié)構(gòu)布置方案 。通過有限元分析軟件ABAQUS和MIDAS Gen建立了反力墻試驗(yàn)系統(tǒng)的整體模型,進(jìn)行了最不利試驗(yàn)工況下的承載力分析、變形分析和應(yīng)力分析。

還可以利用FLAC3D建立鋼管頂進(jìn)過程的數(shù)值模型 ,對(duì)鋼管頂進(jìn)過程中提供反力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。