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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
球
球
球
球
F
球
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
杠
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
杠
T时刻杠位置
2
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？
拉力 物体所承受的拉拽力
压力 挤压物体的力
弯曲力 作用于物体 ,使它产生弯曲的力
剪切力 两个距离很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力
扭转力 反方向向物体两端均匀施力 ,使物体发生扭转形变的力
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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