力学基础-力学基本知识约束（建筑力学）

1.3约束与约束反力

在空间中运动，位移不受限制的物体称为自由体。

对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束体，简称约束。

约束是阻碍物体运动的物体，这种阻碍作用就是力的作用，并且这个力的作用方向总是与物体运动方向相反。

阻碍物体运动的力称为约束反力，简称反力。约束的本质是约束反力WFT

约束反力是被动力，大小取决于作用于物体的主动力，作用位置在约束与被约束物体的接触面上。方向与约束所能限制的物体运动方向相反。在进行力学分析和计算中，用约束反力来代表约束对杆件的影响。物体受力一般可以分为两类：一类是使物体运动或使物体有运动趋势的力，称为主动力。如重力、水压力、土压力、风压力等。在工程中通常称主动力为荷载。另一类是约束对于物体的约束反力，也称被动力。一般主动力是已知的，而约束反力是未知的。WWFTWWFNFT试指出下面物体的受力图中的主动力和约束反力主动力约束反力主动力约束反力约束反力1）柔体约束由绳索、链条、皮带、钢丝等柔软物体所构的约束称为柔体约束。这种约束只能阻止物体与绳索连接的一点沿绳索中心线离开绳索方向运动，而不能阻止这一点沿其它方向运动。二、常见约束的约束反力

柔体约束反力的作用点是物体与柔体的连接点，方位沿绳索的中心线，其指向背离物体，也就是说绳索只能受拉，常用FT表示

。柔索只能受拉力，又称张力。柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体。胶带对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力。吊车的钢丝绳斜拉索桥的钢丝绳

光滑面约束反力的作用点是物体间的接触点，其方向沿着光滑接触面的公法线方向指向物体，即光滑面约束反力是体现为对被约束体所施加的压力，通常用FN或N表示。2）光滑面约束

在相互接触的物体上，如果接触处很光滑，或者摩擦力很小可忽略不计，则就构成了光滑接触面约束。这种约束只能限制物体沿着光滑面公法线方向且指向光滑面的运动，而不能限制物体沿着光滑面的公法线运动或离开光滑面的运动。W0G光滑约束（接触面法向压力）G1G2NN1N2N1N2N3光滑面约束实例FNFNFN光滑面约束实例3）圆柱形铰链约束

理想的圆柱形铰链是由一个圆柱形销钉插入两个物体的光滑圆孔中构成。并且认为销钉和圆孔的表面都是光滑的。圆柱形铰链约束限制物体在垂直销钉轴线的平面内沿任意方向的移动，但不能限制物体绕销钉的转动。

圆柱形铰链的约束反力作用于接触点，并垂直于销钉轴线通过销钉中心，而方向未定。

圆柱铰链的约束反力可用一个大小与方向均未知的力表示，也可用两个相互垂直的未知分力FX、FY表示来表示，如图所示。AFABABCCαACBCBFCFCxCBFCy4）链杆约束

链杆约束就是两端用铰链与物体（或支座）相连而中间不受外力的直杆。

链杆又称二力杆。

链杆约束只能限制物体沿着中心线离开链杆中心线，而不能限制物体沿其它方向的运动。

链杆的约束反力作用线与链杆的轴线线重合，但指向未定，由受力情况而定。FAFBACBAB链杆约束CABABFAFB受力图正确吗?二力杆约束CABABFAFB二力杆约束CBDAABFBFA双铰链刚杆约束光滑球铰链约束ABN

任何建筑结构（构件），都必须安置在一定的支承物上，才能承受荷载的作用，达到稳固使用的目的。在工程上常常通过支座将构件支承在基础或另一静止的构件上，我们将构建与基础连接的装置称为支座。支座对构件就构成约束，支座对构件的约束反力叫做支座约束反力。对实际支座进行简化后，得到三种理想支座：固定铰支座（铰链支座）、可动铰支座和固定端支座。支座及支座反力

1）固定铰支座

用圆柱铰链将构件与基础或另一静止的构件相连的支座称为固定铰支座。这种支座限制构件沿任何方向移动，但不限制其绕A点的转动。其约束反力的特点及表示方法与圆形铰链相同，通过铰链中心指向不定，用两个X、Y正交分量表示。AFAxFAyFAAXAYA

建筑结构中这种理想的支座是不多见的，通常把不能产生移动，只可能产生微小转动的支座视为固定铰支座。例如：一榀屋架，用预埋在混凝土垫块内的螺栓和支座连在一起，垫块则砌在支座(墙)内，这时，支座阻止了结构的垂直移动和水平移动，但是它不能阻止结构微小转动。这种支座可视为固定铰支座。2）可动铰支座（辊轴支座）

在固定固定铰支座的座体与支承面之间加辊轴就成为可动铰支座，这种支座只能限制物体垂直于支承面方向运动。其约束反力通过销钉中心，垂直于支承面，指向未定。BFB

一个搁置在砖墙上的梁；砖墙就是梁的支座，如略去梁与砖墙之间的摩擦力，则砖墙只能限制梁向下运动，而不能限制梁的转动与水平方向的移动。这样，就可以将砖墙简化为可动铰支座。

3）固定端支座（固定支座）

把构件和支承物完全连接为一整体，构件在固定端既不能沿任意方向移动，也不能转动的支座称为固定端支座。其约束反力为两个正交分量FX、FY及一个约束反力偶M。AFAxFAyMA[1]既能阻止杆端的任何移动，也能阻止杆端转动，其约束力必为一个方向未定的力和一个力偶。[2]

固定支座的约束力表示，其中力的指向及力偶的转向都是假设的.细石混凝土填充4）定向