§1.3 约束和约束力
1.约束和约束力的概念
在建筑工程中所研究的物体，一般都要受到其他物体的限制而不能自由运动。例如，基础受到地基的限制，梁受到柱子或者墙的限制。物体某些方向的运动受到一定限制，这种物体称为非自由体。可在空间自由运动不受任何限制的物体称为自由体，例如，飞行的飞机、炮弹和火箭等。
（1）约束。将限制或阻碍物体运动的装置称为约束。例如上面提到的地基是基础的约束；墙或柱子是梁的约束。而非自由体称为被约束物体。
（2）约束力。由于约束限制了被约束物体的运动，在被约束物体沿着约束所限制的方向有运动趋势时，约束必然对被约束物体有力的作用，以阻碍被约束物体的运动。这种力称为约束力。因此，约束力的方向必与该约束所能阻碍物体的运动方向相反。运用这个准则，可确定约束力的方向。
2.工程中常见的几种约束
（1）柔体约束。用柔软的皮带、绳索和链条等阻碍物体运动而构成的约束叫柔体约束。这种约束只能限制物体沿着柔体中心线离开柔体方向的移动。所以约束力一定通过接触点，沿着柔体中心线背离被约束物体的拉力。如图1.11（a）所示重物，受到绳索的约束，其约束力如图1.11（b）中所示的力FT。
（2）光滑面约束。当两物体表面接触压紧传力，在接触处的摩擦力很小且略去不计时，就是光滑接触面约束。这种约束不论接触面的形状如何，只能限制物体沿着接触面的公法线向着光滑面内的运动。所以光滑接触面约束力是通过接触点，沿着接触面的公法线指向被约束物体的压力。如图1.12（a）所示地面对球体的约束力，可表示成图1.12（b）中的力FN。
图1.11
图1.12
（3）圆柱铰链约束。如图1.13（a）所示两个构件中的销孔和销轴，将销轴插入两构件的销孔内，如图1.13（b）所示。两个构件受到的约束称为光滑圆柱铰链约束。受这种约束的物体，只可能绕销轴的中心轴线转动，而不能沿销孔径向任意方向运动。光滑圆柱铰链的简图如图1.13（c）所示。这种约束实质是两个光滑圆柱面的接触，其约束力作用线是通过销轴中心和销轴与销孔接触点。一般情况销轴和销孔内壁的接触点是事先不能确定的，所以光滑圆柱铰链的约束力的大小和方向都是未知的，通常用两个垂直分力表示，力的指向可假定，如图1.13（d）所示。
图1.13
（4）链杆约束。链杆就是两端用圆柱铰链与物体相连而中间不受力的刚性直杆。如图1.14 （a）所示支架中的斜杆BC，斜杆BC在C端用铰链与墙连接，在B处与杆AB铰链连接，杆BC是两端用光滑铰链连接而中间不受力的刚性直杆。杆BC就可看成是杆AB的链杆约束。这种约束只能限制物体沿链杆的轴线方向运动。链杆可以受拉或者是受压，如图1.14（b）所示。链杆约束的约束力沿着链杆的轴线，其指向可假定，如图1.14（c）所示
。
（5）固定铰支座。图1.15（a）是固定铰支座的示意图。构件与支座用光滑的圆柱销轴连接，构件不能产生沿任何方向的移动，但可以绕销轴转动，固定铰支座的约束力与圆柱铰链相同，即约束力一定作用于接触点，垂直于圆柱销轴线，并通过销轴中心，而方向未定，如图1.15（b）所示。固定铰支座的简图如图1.15（c）所示。约束力如图1.15（d）所示，可以用FA和一未知大小的α角表示，也可以用一个水平分力FAx和铅直分力FAy表示。
图1.14
图1.15
（6）可动铰支座。图1.16（a）是可动铰支座的示意图。构件与支座用销轴连接，而支座可沿支承面移动，这种约束只能约束构件沿垂直于支承面方向的移动，而不能阻止构件绕销轴的转动和沿支承面方向的移动。所以，它的约束力的作用点就是约束与被约束物体的接触点，约束力通过销轴的中心，垂直于支承面，指向可假定。这种支座的简图如图1.16（b）所示，约束力FA如图1.16（c）所示。
图1.16
图1.17（a）所示是一个搁置在砖墙上的梁，墙就是梁的支座，如略去梁与墙之间的摩擦力，则墙只能限制梁向下运动，而不能限制梁的转动与水平方向的移动。这样就可以将墙简化为可动铰支座，如图1.17（b）所示。
图1.17
（7）固定端支座。现浇钢筋混凝土雨篷，它的一端完全嵌固在墙中，另一端悬空，如图1.18（a）所示的支座称为固定端支座。在嵌固端，梁既不能沿任何方向移动，也不能转动，所以固定端支座除产生水平和铅直方向的约束力外，还有约束力偶。这种支座简图如图1.18（b）所示。其支座约束力用FAx、FAy和MA表示，约束力如图1.18（c）所示。
图1.18
图1.19
（8）定向支座。定向支座约束又称滑动支座，在工程实际中我们把一根构件一端插入墙体里，这根构件可以向一个方向移动，但不能转动如图1.19（a）所示。其约束力是一个力偶和一个与支撑面垂直的力，支座简图如图1.19（b）所示。
上面我们介绍了工程中常见八种约束类型以及它们的约束力的确定方法。当然，这远远不能包括工程实际中遇到的所有约束情况，在实际分析时注意分清主次，略去次要因素，可把约束简化为以上基本类型。