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第二節 典型案例分析
課前五分鐘提問
1、什么是架構
2、結構的定義，什么是構件？
3、結構分為哪三種常見類型？
4、實心，框架，殼體結構的特征和受力特點
5、依據幾何形狀結構還可以分為那四種？
一、單杠結構分析
杠體：是器械的主體；
立柱、拉桿：共同支撐杠體并承受荷載。
閱讀材料
構件受外力作用時，要發生形狀或大小的改變，這種改變稱為變形。
第一節的實例中，吊車的吊繩承受的力是拉力，拉力所產生的形變為拉伸，組成材料的粒子被拉開；板凳腿承受的外力是壓力，壓力所產生的變形為壓 縮，組成材料的粒子被推近。拉力和壓力都是荷載作用的結果。
當桿件受到與桿縱軸線相垂直的外力作用時，桿件 產生的彎曲，發生彎曲變形時的構件稱為梁。
當板凳很長時，櫈面可視為梁。此種櫈面在人的體重等外力的作用下，會發生彎曲變形。只是這種變形可能很小，肉眼不易看出來。而跳水的跳板發生的彎曲變形，卻是非常明顯。彎曲變形如圖：
桿件基本變形
1、拉伸、壓縮
2、彎曲
2、杠體的受力與變形
從力學角度出發，對結構理解為：結構是可承受一定力的架構形態，結構可以抵抗引起形態和大小變化的力。
單杠的受力和變形分析
球
球
球
球
F
球
小球對固定點的作用力的方向，從固定點指向小球球心所處的瞬間位置。
單擺實驗示意圖
運動員在杠體上轉動，其側視圖與單擺類似：杠體相當于固定點，人相當于小球。
所以，任意時刻，人對杠體的作用力方向都是指向人重心所處的瞬間位置。
思考題1：杠體的受力與變形如 何？杠體變形的方向
運動員在杠體上做動作，如回環等通過握杠體的手，對杠體施加了外力，包括人體質量和回轉運動產生的離心力，使得杠體發生彎曲變形。這種外力稱為彎曲力。
杠體彎曲變形的方向：杠體總是朝著人體所在的瞬間位置的方向發生彎曲
當人體靜掛在杠體上時，兩根立柱只承受壓力
當人體回轉到單杠的一側時，經過杠體傳到立柱上端的外力將對立柱產生彎矩，使立柱產生彎曲變形趨勢。固定于地基的垂直梁產生抵抗柱端的彎曲變形。同時拉桿將起到輔助立柱抵抗變形作用。
思考題2：立柱、拉桿是如何受力與變形的？
離心力
彎曲力
結論一：
杠體總是朝著人體所在的瞬間位置的方向上發生彎曲。
任意時刻，人對杠體的作用力方向都是指向人體所處的瞬間位置。
彎矩M
彎矩M’
前側
后側
彎矩M與彎矩M’大小相等，方向相反，是一對平衡的彎矩，使單杠保持整體的穩定。
問題1：
課本13頁，圖1-19，運動員從單杠前側向后側運動，起削弱、平衡作用的是拉桿5 還是拉桿6？
拉桿6
問題2：
T0時刻人在杠體的正上方，然后沿順時針方向運動到杠體正下方。假設T0時刻剛好有一只小蟲飛到人的身上，那么在小蟲看來，人是不動的，而杠體是運動的，(例如地球繞太陽轉，而人在地球上看來，是地球不動，太陽繞地球轉)。請問，小蟲看到杠體將怎樣運動？如下圖。
杠
杠
杠
人
人
人
T0時刻
T0時刻
解：
　　　在小蟲看來，杠體開始在正下方，最后在正上方，而且運動過程中一直在左邊。所以小蟲看到杠體應是從正下方順時針運動到正上方。
問題3：
知道t時刻人的位置，怎樣確定同一時刻杠體的位置？
杠
人
人
T時刻人位置
杠
T時刻杠位置
2
1
2和1要平行
1代表T時刻人對杠體的作用力；2代表同一時刻杠體對人的作用力，它們是一對作用力和反作用力，方向一定要相反，所以1和2 一定要平行。
二、棚室屋架結構分析
棚室屋架結構是怎樣受力的呢？
屋面（棚蓋）由前坡面組成，棚膜（塑料薄膜）覆蓋于前坡面上；屋面由梁承托，各梁分別由立柱和后墻支撐。
棚室荷載與立柱受力
承受的荷載主要分為恒載和活載。
恒載包括屋面、梁的質量，屬于不隨時間變化而變化的永久性荷載。
活載包括雪載、風載等，屬于隨情況變化而變化的可變性荷載。
立柱
P1
P2
永久性荷載和雪載
立柱基礎
P’’
P’
M
2.梁的受力
材料被擠壓
材料被拉伸
梁的受力
如平衡木，橋等都是梁的一種類型。
拱結構的應用
拱結構十分美觀，很多建筑物都采用了拱結構。
趙州橋
拱結構的概念：
中間高四周低呈弧形的曲面。
為什么要采用拱結構呢？
拱結構受力：
拱結構對承受荷載有利。荷載壓力作用于拱上，圓拱再把力傳到其四周的支撐上。例如雪荷載。
小試驗
——比較不同形狀的紙板承受壓力的大小
1、哪種情況下紙板的抗壓能力最強？
2、還有更好的方案嗎？
拉力 物體所承受的拉拽力
壓力 擠壓物體的力
彎曲力 作用于物體 ,使它產生彎曲的力
剪切力 兩個距離很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物體上的平行力
扭轉力 反方向向物體兩端均勻施力 ,使物體發生扭轉形變的力
列舉幾種結構承受不同外力的例子。？
本節小結
二、棚室屋架結構分析
棚室荷載和立柱受力、梁的受力和拱結構的應用。
結語
丹麥學者尼爾斯·斯坦森說得好：
“我們所見的固然美好，我們明了的愈加美妙，我們尚未徹悟的更是不勝其美，美不可言。”

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