由于当前建筑工程越来越复杂,故其约束类型也越来越多。现将工程中常见的约束类型和约束力介绍如下:
(1)柔体约束
类似柔软的绳索、链条、胶带等约束,其本身只能承受拉力,因此它给物体的约束力也只能是拉力。柔体约束的约束力作用在接触点,方向沿着柔体约束的中心线背离被约束物体。常用FT表示这类约束力,如图3.3所示。
图3.3
(2)光滑接触面约束
两个物体接触面上的摩擦力可以忽略不计时,即可认为接触面是光滑的。此时,不论接触面是平面还是曲面,都不能限制物体沿接触面切线方向运动,而只能限制物体沿接触面公法线压紧方向的运动。因此,光滑接触面约束力作用在接触点处,方向沿接触面的公法线且指向物体,是压力,常用FN表示,如图3.4所示。
图3.4
(3)圆柱铰链约束
圆柱铰链简称铰链,是由一个圆柱形销钉插入两个物体重叠的圆孔中构成,并且认为销钉和圆孔的表面都是光滑的,如图3.5(a)、(b)所示。常见的铰链实例是门窗用的合页。圆柱铰链的简图如图3.5(c)所示。销钉只能限制物体在垂直于销钉轴线平面内任意方向的相对移动,而不能限制物体绕销钉的转动。当一个物体相对于另一物体有运动趋势时,销钉与圆孔壁将在某点接触,约束力作用线通过销钉中心与接触点,由于接触点的位置一般不能预先确定,所以,圆柱铰链的约束力是垂直于销钉轴线并通过销钉中心,而方向不定,通常用两个正互分力表示,如图3.5(e)、(f)所示。
图3.5
(4)固定铰支座
用圆柱铰链把结构或构件与支座连接,并将支座底板固定在支承物上构成的约束称为固定铰支座,如图3.6(a)所示。固定铰支座的计算简图如图3.6(b)所示。这种支座能限制构件在垂直于销钉平面内任意方向的移动,而不能限制构件绕销钉的转动。可见固定铰支座的约束性能与圆柱铰链相同,固定铰支座对构件的支座反力也通过铰链中心,而方向不定,通常用两个正互方向的分力表示,如图3.6(c)所示。
在房屋建筑中,只要构件具有约束两个方向的移动而不约束转动的性能,可视为固定铰支座。如图3.6(d)所示为预制钢筋混凝土柱子,将柱插入杯形基础预留的杯口中,用麻丝沥青填实,在荷载作用下,柱脚A的水平和竖直位移被限制,但它仍可作微小转动,因此可简化为固定铰支座。
图3.6(www.xing528.com)
(5)可动铰支座
在固定铰支座的下面加几个辊轴支承于平面上,并且由于支座的连接,使它不能离开支承面,就构成可动铰支座〔也叫滑动支座,图3.7(a)〕。可动铰支座的计算简图如图3.7(b)所示。
这种支座只能限制物体垂直于支承面方向的移动,但不能限制物体沿支承面切线方向的运动,也不能限制物体绕销钉转动。因此,可动铰支座的约束力通过销钉中心,垂直于支承面,指向未定,如图3.7(c)所示。
图3.7
在房屋建筑中,如钢筋混凝土梁通过混凝土垫块搁置在砖墙上(图3.8),就可将砖墙简化为可动铰支座。
图3.8
(6)固定端支座
房屋建筑中的阳台挑梁如图3.9(a)所示,它的一端嵌固在墙壁内或与墙壁、屋内梁一次性浇筑。墙壁对挑梁的约束,既限制它沿任何方向移动,又限制它的转动,这样的约束称为固定端支座。它的计算简图如图3.9(b)所示,约束力如图3.9(c)所示。
图3.9
(7)定向支座
定向支座能限制构件的转动和垂直于支承面方向的移动,但允许构件沿平行于支承面方向的移动,如图3.10(a)所示。定向支座的约束力为垂直于支承面的反力FN和反力偶矩M,如图3.10(b)所示为计算简图和约束力的形式。当支承面与构件轴线垂直时,定向支座的反力为水平方向,如图3.10(c)所示。
图3.10
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