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悬臂与简支梁的结构及用途

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:所有这些结构的基本用途都一样,也就是说,支撑垂直作用于梁的长度的载荷,不会在支撑梁的任何东西上施加纵向力。梁整体上可分成两个主要的范畴:“悬臂”与“简支”梁。图11-11载荷分布的悬臂梁简支梁是一种两端随意置于支持物之上的梁。图11-12简支梁从结构学角度看,这两种情况密切相关。图11-13简支梁可被视为将两个悬臂背靠背并颠倒过来

悬臂与简支梁的结构及用途

显然在功能上,无论“梁”是以连续的长材料的形式——实心树干、钢棍、钢管或钢搁栅——出现,还是以某种开放式桁架的形式出现,都没有多大区别。后一种可能是木制屋顶桁架、航海绳索与船桅木,或者某种现代组装玩具格栅,比如桥梁或高压输电塔。我们将会看到,动物中也多见这两种梁。桥梁、屋顶桁架、马背与腊肠犬通常是水平的,船桅、电线杆、高压输电塔和鸵鸟的脖子则通常是竖直的,但事实上差异不大。所有这些结构的基本用途都一样,也就是说,支撑垂直作用于梁的长度的载荷,不会在支撑梁的任何东西上施加纵向力。这本质上便是梁的所有用途所在。

可以认为,像船桅这样的事物是个例外,因为桅杆会有力地向下推挤船体。但同时,横桅索和稳定索正好以等大的力向上拉船体,所以没有净的垂直方向的力作用于船体,结果就是船在水中既不上浮也不下沉。类似的探讨适用于许多动物结构。例如,马的脖子就非常像桅杆。马的颈椎骨像桅杆一样处于挤压状态并向后推马的躯体,但马又像桅杆一样静立,靠的是马的颈部肌腱以等大且反向的力向前拉马的躯体。

就我们刚才探讨的意义而论,所有梁,无论对于有生命的物体还是无生命的物体来说,都有同样的作用。梁整体上可分成两个主要的范畴:“悬臂”与“简支”梁。事实上,梁还可进一步区别和细分,这往往有助于应试或其他目的,但我们暂时忽略它们。

悬臂是一种梁,它可被看作一端“内置”于某个刚性支持物(比如墙壁或地面),另一端伸出并支撑载荷的结构。高压输电塔、电线杆、船桅、涡轮叶片、角、牙齿、动物脖子、树、秸秆蒲公英皆为悬臂,鸟类、飞机和蝴蝶的翅膀,以及老鼠孔雀的尾巴,也是悬臂。

图11-11 载荷分布的悬臂梁

简支梁(见图11-12)是一种两端随意置于支持物之上的梁。(www.xing528.com)

图11-12 简支梁

从结构学角度看,这两种情况密切相关。我们由图11-13可知,简支梁等价于让两个悬臂背靠背并颠倒过来。

图11-13 简支梁可被视为将两个悬臂背靠背并颠倒过来

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