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土木工程概论:外力、内力及反力详解

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:对任何一个土木工程的结构而言,力有外力、反力、内力之分。如图3-7所示,当人将重物放在独木桥中跨处的轴线上时,人体、重物的重力和木桥自重是独木桥承受的外力,桥身两端固定处承受的是桥座给桥身的反力。所有土木工程设施的结构,无论大小、重轻、厚薄都处于外力、反力和内力作用下的平衡状态。图3-8土木工程结构的基本内力特征土木工程结构就是通过上述五种内力的基本作用,将施加在结构上的外力通过基础传递给地球的。

土木工程概论:外力、内力及反力详解

对任何一个土木工程的结构而言,力有外力、反力、内力之分。如图3-7所示,当人将重物放在独木桥中跨处的轴线上时,人体、重物的重力和木桥自重是独木桥承受的外力,桥身两端固定处承受的是桥座给桥身的反力。倘若仔细观察桥身,就会发现桥身下半部伸长了、上半部缩短了、全桥弯曲且下垂了,这说明独木桥还承受有内力。这些内力使桥身下半部受拉伸、上半部受压缩,使全桥受弯曲,如图3-7(a)所示。再想象倘若桥的两端曾可能被锯过又接了起来,当人拿着重物走上去时,桥身必然像被剪切般地下落,如图3-7(b)、(c)所示。现在桥身没有被锯,受力后完好无损,说明在可能锯开的地方附近还承受有剪切力。如果再设想将重物放在桥身一侧,全桥还将受到扭曲,如图3-7(d)所示。这些拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭曲就是桥身承受内力的结果,人和重物能静止地位于桥上,说明它处于平衡状态。

图3-7 独木桥受力示意

独木桥是最简单的案例。所有土木工程设施的结构,无论大小、重轻、厚薄(大如铁路大桥、小如独木桥)都处于外力、反力和内力作用下的平衡状态。它承受的内力,归纳起来为下列五种(见图3-8)及它们间的组合。

(1)拉力:产生拉伸变形,一般以+N表示;

(2)压力:产生压缩变形,一般以-N表示;

(3)弯矩:产生弯曲变形,一般以M表示;(www.xing528.com)

(4)剪力:产生剪切变形,一般以V表示;

(5)扭矩:产生扭曲变形,一般以Mr表示。

图3-8 土木工程结构的基本内力特征

土木工程结构就是通过上述五种内力的基本作用,将施加在结构上的外力通过基础传递给地球(即工程设施下面的土层,在土木工程中称为地基)的。地球给予结构的则是作用在结构基础上的反力。

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