任務(wù)3.2直桿軸向拉伸與壓縮認識直桿軸向內(nèi)力斜拉橋（又稱斜張橋）是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，主要由索塔、主梁、斜拉索組成。主梁主要承受斜拉索的水平力和活載彎矩；斜拉索將主梁承受的荷載傳遞給塔柱或基礎(chǔ)。斜拉橋的受力特點是從塔柱伸出懸掛主梁的高強度鋼索起到主梁的彈性支撐作用，從而大大減小梁內(nèi)彎矩，減小梁的截面尺寸，減輕主梁重量，節(jié)省材料，增加橋梁的跨越能力，如圖所示。那么，斜拉橋的梁、索、塔受什么力？斜拉橋的傳力途徑是什么？一、軸向拉伸與壓縮軸向拉伸與壓縮，簡稱為拉伸或壓縮，拉伸(圖1)與壓縮(圖2）是受力桿中最簡單也是最基本的變形。圖1直桿的軸向拉伸圖2直桿的軸向壓縮軸向拉壓桿的受力特點：外力（或外力的合力）的作用線與桿件的軸線重合，作用線上的兩個力大小相等，方向相反。變形特點是：桿的兩相鄰橫截面沿桿軸線方向產(chǎn)生相對移動，長度發(fā)生改變，桿件沿軸向發(fā)生伸長或縮短，同時橫截面變細或變粗，如圖1、圖2所示。圖1軸向拉伸（變細變長）圖2軸向壓縮（變短變粗）想一想圖中的桿件，哪些會發(fā)生軸向拉伸或壓縮變形？軸向拉伸變形軸向壓縮變形

二、內(nèi)力的概念小實驗思考：手拉彈簧的時候，彈簧被拉長的同時，是否也感到彈簧在拉手指？如圖所示。彈簧拉手指的力是在反抗手把彈簧拉長，這個反抗拉長的力就是內(nèi)力。工程中我們把在外力的作用下，構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的相互作用力，稱為內(nèi)力。彈簧內(nèi)部的彈力取決于外界給它施加的外力，內(nèi)力只與外力有關(guān)。外力消失，內(nèi)力也消失，內(nèi)力與構(gòu)件的尺寸形狀材料無關(guān)。

三、截面法計算軸向拉、壓桿的內(nèi)力1.截面法確定內(nèi)力的基本方法。如圖a所示的拉桿，如果計算該桿任一截面上的內(nèi)力，可沿此截面將桿件用假想的m-m面截開分為Ⅰ和Ⅱ兩個部分，如圖b、圖c所示。取其中任一部分作為研究對象，將移去部分對留下部分的作用以內(nèi)力FN來代替。桿件原來處于平衡狀態(tài)，故截開后各部分仍然保持平衡。由平衡方程∑X=0,FN-F=0FN=F

三、截面法計算軸向拉、壓桿的內(nèi)力2.計算內(nèi)力截面法求內(nèi)力可歸納為四個字：截、取、代、平。截：計算某一截面的內(nèi)力，假想地沿該截面將構(gòu)件截成兩部分。?。喝∑渲腥我獠糠譃檠芯繉ο?，而移去另一部分。代：用作用于截面上的內(nèi)力代替移去部分對留下部分的作用力。平：對留下部分建立平衡方程，由利用已知力確定未知的內(nèi)力。四、軸向拉、壓桿內(nèi)力正負號規(guī)定軸向拉壓桿的內(nèi)力，稱為軸力。軸向拉、壓桿內(nèi)力正負號規(guī)定：拉伸時其軸力為正值（拉力），方向背離所在截面，即拉力與截面外法線同向，如圖3-2-9a）所示；壓縮時其軸力為負值（壓力），方向指向所在截面，即壓力與截面外法線反向，如圖3-2-9b）所示。圖3-2-9軸力正負號規(guī)定ab五、軸力圖用x坐標表示各橫截面的位置，以垂直于桿件軸線的縱坐標FN表示對應(yīng)橫截面上的軸力，所繪出的軸力隨橫截面位置變化的函數(shù)圖線稱為軸力圖。當壓力為正值的軸力畫在X軸的上側(cè)，如圖3-2-10所示；當壓力為負值的軸力畫在X軸的下側(cè)，如圖3-2-11所示。圖3-2-10正值軸力圖圖3-2-11負值軸力圖五、軸力圖圖3-2-10正值軸力圖圖3-2-11負值軸力圖繪制軸力圖的方法：建立FN-X坐標系，用平行于桿件軸線的橫坐標X表示橫截面的位置，垂直于桿件軸線的縱坐標FN表示橫截面上軸力的大小。用截面法，計算直桿所受內(nèi)力計算步驟計算方法第一步：以外力作用點為分界點，將桿件用假想截面分開第二步：截取其中一半做研究對像（通常選擇受力簡單的那一半）第三步：假設(shè)出截面上的內(nèi)力拉壓時內(nèi)力垂直于截面按照拉為正、壓為負原則，先假定為拉力第四步：列平衡方程∑Fx=0第五步：計算內(nèi)力FN2-F=0,FN2=F(拉力)等截面直桿如圖3-2-12所示，其受軸向力為