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2.9 作用在平面上的静水总压力 在工程实际中,常常需要知道用于某一受压面上的静水压力。 由于工程中常将静水压强称为‘静水压力’,故作用于整个平面上的静水压力称为静水总压力。 求静水总压力需从分析受压面上点的静水压强以及其分布规律规律出发,确定静水总压力的大小、方向和作用点。 一、作用在矩形平面上的静水总压力1、压强分布图的绘制 将某一受压面上压强随水深的变化函数关系绘制成图形,具体讲,将各点压强用一定比例带有箭头线表示,箭头方向就是压强方向,线段长度代表压强大小,将线的另一端连起来构成图形。(如图1.22) 由于p与h一次方关系,所以,只要求出A、B点压强连线即可。 由于建筑物四周都有大气存在,大气压相互抵消,一般压强分布图只绘制相对压强值。 图1.23绘出了几种有代表性的相对压强分布图。 图1.23 2、用压力图法求矩形平面上的静水总压力。 如图1.24,ABEF矩形平面倾斜放置在水中,矩形平面长L,宽b现沿宽度方向取一微小面积dA, 在dA上,各点压强相等 则 所以,静水总压力为
所以, 对于梯形: 所以, 结论:矩形断面上的静水总压力等于平面宽度与压强分布图的面积的乘积, 总压力作用点:沿宽度方向在作用面的对称轴上。沿长度方向通过压强分布图形心点。 常见的压强分布图及形心位置(图1.25): 矩形 梯形 (对于梯形,可以用三角形,矩形,求合力方法求出形心点) 二、作用于任意平面上的静水总压力如图1.26,有一任意平面EF,倾斜置于水中,其与水平面夹角 为便于分析以平面EF的延长面与水面的交线ob,以及EF平面上与ob相垂直的oL为坐标轴,建立坐标系。 1、总压力大小 在EF取一点M,围绕M取个微小面积dA,M点坐标 所以,M点压强 则作用在dA上的静水总压力 整个面上静水总压力 所以, 其中 由面积矩的性质有: A:平面EF的面积。
代入①中, 可见作用于任意平面上的静水总压力等于该平面形心点的压强与平面面积的乘积。 EF平面上平均静水压强等于形心点的静水压强。 2、作用点(压力中心) 设总压力作用点为D,坐标 根据力矩平衡原理,(合力对任一轴的力矩等于各分力对该轴力矩代数和) 对ob轴取矩 因为, 所以,
根据平移原理 其中 将②代入①中, 所以, 同样,对OL轴取矩。 所以, 因为, 所以, 因为, 所以,压力中心点D可以在C点左右两边。
例1.9 已知:某泄洪洞,在进口设一矩形平面闸门,闸门 解: 所以,主要求 (方法一)解析法 作用点 所以, (方法二)压力分布图法
例1.10 一垂直放置的平板闸门,如图:已知 解:图形平面上的静水总压力,只能用解析法 作用点:左右对称, |
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