理解結構力學(4)：看懂那些結構簡圖之荷載

什麼是杆件

經過前面的內容，我們已經能夠理解單純的一個結構如何被化簡到紙上，那麼必然面臨的一個問題就出現了，那就是

力如何進行簡化

。

確實，相較於梁，柱，支座這些可視的物件而言，力要抽象的多，我們不妨先從實際出發，來“感受”一下所謂的荷載概念。

1、現實中的荷載

我們先假想一個立方體，這個立方體在幾何特性來說有兩個重要的特徵，一是

體積

，二是

表面積

。

對於構件承受的荷載而言，也可大致分為兩類，一是

體積力

，二是

表面力

。

什麼是體積力？

靜力學分析的層次來講，體積力就是處在這個世界中，萬事萬物都會收到的力——

重力

，如果考慮動力學部分，比如結構受到地震作用，那麼結構的

慣性產生的力

也是體積力。

什麼是表面力？

不難理解，那些

靠接觸結構表面傳遞的荷載

就是表面力，比如水對大壩產生的水壓力，土對擋土牆產生的土壓力，汽車對路面產生的輪壓力等。

瞭解到真實的荷載分類後就會發現一個問題，以上的力不管是關於體積還是表面積而言都是三維空間下的描述，而我們之前作出的結構簡圖都是二維的，三維下的力不能不做處理的直接與二維結構簡圖結合分析，自然的，

力也需要進行簡化

。

2、力學簡圖中的荷載

因為力學簡圖中，所有的梁體，杆件都被抽象成了一根直線，因此，所有的

力也只能作用在軸線上

，如果某荷載的作用面相對結構自身表面而言很小，那麼就可以將這個荷載抽象成一

集中力

。比如汽車過橋時，車輪對橋面的荷載就可以抽象為集中力（作區域性力學問題分析除外）。

將其力學簡圖表達如下（上面部分為力學簡化，下面部分表示車輪分佈）：

那如果上部荷載遍佈或部分作用於軸向長度方向上，那麼這樣的力我們就要將它們抽象成

均布荷載

。

比如下完大雪後房頂的積產生的雪荷載，再比如公路的安全護欄也可抽象成均布荷載。

對於這類荷載的力學簡圖我們表達如下：

3、“特殊”點的情況

現在我們知道了一般簡化原則以及如何進行荷載表達，那麼對於一些相對稍微特殊點的問題的應對就變得尤為重要。

比如集中力的大小該如何在圖中體現出來，這點和所有物理學的原則一致，

箭頭的方向代表力的方向，箭頭所指的點代表力點作用點，箭線點長度代表力點大小

。

那麼均布荷載呢？其實原則是一致的，

均布荷載可以看成是很多集中力彙總的宏觀效果

，如果結構上部的均布荷載不一致（比如雪在房頂如果堆積後經人為掃雪而不均勻等），那麼均布荷載表示簡圖中的箭尾連線就既可能是一條斜線，也可能是一條曲線了。

至此我們就已經能將一個實際結構，從結構到受力簡化到紙上了，下面將舉一個例子作為示範：

4、一個實際例子

這是一水電站的高壓水管被一系列支託承託的示意圖，若是

只對溫度伸縮接頭到右側固定臺部分的水管作分析

，這樣的工程實際問題，我們如何將其進行力學簡化呢？

首先自然是結構簡化，這是一個典型的

連續梁結構

，讀者可以將

右側的固定臺看作是固定端支座

（自重很大，既限制移動，也限制轉動），其餘的

支託看作可動鉸支座

（此部分內容可在支座這篇文中閱讀）。

然後

水壓力是均勻的施加在水管壁上

的，於是可以將其所受自重以及水壓力

抽象為均布荷載

，整合以上內容和，可將其力學簡圖表達如下：

如此，一個實際問題就被力學化了，至於如何進行分析將會是後面結構力學重點研究的內容了。

物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應致力於觀察和實驗。——普朗克