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图解弹性力

2018年08月17日 钢结构 暂无评论
       讲完了惯性力、阻尼力,最后一个与地震相关的是弹性力。
       弹性力是指发生变形的物体由于要恢复原状,对接触的物体所产生的力。一个最简单的例子就是弹簧下面吊一个重物,在重力作用下,重物向下运动,弹簧会施加一个反向作用力,使它向上运动。胡克定律用来定量描述这一现象:

       弹簧发生弹性形变时,弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比。

F=-KX

弹性力作用方向与位移方向相反,所以上面的方程有一个“-”号。

K称为弹簧的弹性常数,由材料性质、几何形状等确定,是表征单位长度变形所需要的力,单位是牛顿/米。

在结构分析中,通常将K称为刚度系数,表示使结构产生单位位移时,所需施加的力。刚度越大,结构越难变形。建筑物的结构形式确定了它的K(刚度系数),会产生与位移相反的弹性力。

假设刚度无穷大时,表明物体不会发生变形,称为刚体。这是一个理想模型,实际并不存在。

例如:书放在桌子上,桌子和书都受到了力的作用而发生形变,但是光凭肉眼却无法看到,需要借助仪器才可以观察到。这是就可以假设桌子相对于书本是刚体。

建筑物通过基础与大地相连,在地震波到达建筑物时,地面运动会诱发建筑物产生位移,从而产生与位移方向相反的弹性力。

在地震作用下,一栋大楼产生侧移,由于底部薄弱层的存在,弹性力无法抵抗地震力,从而导致倒塌。

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