4．2　外力、内力和反力

对任何一个土木工程的结构而言，力有外力、反力、内力之分。当人将重物放在独木桥中跨处的轴线上时，人体、重物的重力和木桥自重是独木桥承受的外力（External　Force），桥身两端固定处承受的是桥座给桥身的反力（Reaction　Force）。倘若仔细观察桥身，就会发现桥身下半部伸长了、上半部缩短了、全桥弯曲且下垂了，这说明独木桥还承受有内力（Internal　Force）。这些内力使桥身下半部受拉伸、上半部受压缩，使全桥受弯曲［图4．2（a）］。再想象倘若桥的两端曾可能被锯过又接了起来［图4．2（b）］，当人一旦拿着重物走上去时，桥身必然像被剪切般地下落［图4．2（c）］，现在桥身没有被锯，受力后完好无损，说明在可能锯开的地方附近还承受有剪切力。如果再设想将重物放在桥身一侧，全桥还将受到扭曲［图4．2（d）］。这些拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭曲就是桥身承受内力的结果，人和重物能静止地位于桥上，说明它处于平衡状态（∑F＝0，

∑M＝0）。

图4．2　独木桥受力的示意图

独木桥是最简单的案例。所有土木工程设施的结构，无论大小、重轻、厚薄（大如铁路大桥、小如独木桥）都处于外力、反力和内力作用下的平衡状态。它承受的内力，归纳起来无非是下列5种（图4．3）以及它们间的组合：

图4．3　土木工程结构的基本内力特征(www.daowen.com)

（a）受拉，发生拉伸变形（拉长）；（b）受压，发生压缩变形（缩短）；（c）受弯，发生弯曲变形（上部压缩，下部拉伸）；（d）受剪，发生剪切变形；（e）受扭，发生扭曲变形

（1）产生拉伸变形的是拉力（Tension），一般以＋N表示；

（2）产生压缩变形的是压力（Compression），一般以－N表示；

（3）产生弯曲变形的是弯矩（Moment），一般以M表示；

（4）产生剪切变形的是剪力（Shear），一般以V表示；

（5）产生扭曲变形的是扭矩（Torsion），一般以MT表示。

土木工程结构就是通过上述5种内力的基本作用，将施加在结构上的外力通过基础传递给地球（即工程设施下面的土层，在土木工程中称为地基）的。地球给予结构的则是作用在结构基础上的反力。