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力的等效平移原理及其在建筑力学中的应用

【摘要】:由此可得力的平移定理:作用在刚体上A点的力F可以等效地平移到此刚体上的任意一点B,但必须附加一个力偶,附加力偶的力偶矩等于原来的力F对新的作用点B的矩。力P与柱轴线的距离为e,称为偏心距。按力的平移定理,可将力P等效地平移到立柱的轴线上,同时附加一力偶矩m=-Pe,如图4-2所示。说明力P所引起的变形是压缩和弯曲两种变形的组合。

前面两章已经研究了平面汇交力系与平面力偶系的合成与平衡问题。为了将平面一般力系简化为这两种力系,首先必须解决力的作用线如何平行移动的问题。

如图4-1所示,设在刚体的A点作用一力F,在力F的作用面内任意取一点B,并在B处加一对平衡力F1,使其作用线与力F平行,大小与F相等。由加减平衡力系公理可知,这与原力系的作用效果相同。显然F和组成一力偶,其力偶矩

图4-1

于是,原作用于A点的力F就与B点的力F1和力偶(F,)等效。

由此可得力的平移定理:作用在刚体上A点的力F可以等效地平移到此刚体上的任意一点B,但必须附加一个力偶,附加力偶的力偶矩等于原来的力F对新的作用点B的矩。

顺便指出,根据上述力的平移的逆过程,还可将共面的一个力和一个力偶合成为一个力,该力的大小和方向与原力相同,其作用线间的垂直距离为

力的平移定理不仅是力系向一点简化的工具,而且可以用来解释一些实际问题。例如,图4-2(a)所示的一厂房立柱,在立柱的凸出部分(牛腿)承受起重机梁施加的压力P。力P与柱轴线的距离为e,称为偏心距。按力的平移定理,可将力P等效地平移到立柱的轴线上,同时附加一力偶矩m=-Pe,如图4-2(b)所示。移动后可以清楚地看到力P′使立柱产生压缩变形;力偶m使立柱产生弯曲变形。说明力P所引起的变形是压缩和弯曲两种变形的组合。

图4-2