結構的強度與穩(wěn)定性課件

1、1.什么是結構?從力學的角度：結構是指可承受一定應力的架構形態(tài)，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。結構的功能本質：為了承受力，抵抗變形 2.結構的本質是什么?結構是指物體的各組成部分之間的搭配和排列小試驗小試驗當這些物體受到外力作用時，原有的平衡狀態(tài)被打破導致的 這是一種我們生活中的現(xiàn)象，在沒吹它時它是穩(wěn)定的，后來它為什么會翻倒呢？ 生活中的現(xiàn)象什么是結構的穩(wěn)定性呢？ l 結構的穩(wěn)定性是指結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。 如何保持在有風力情況下礦泉水瓶的穩(wěn)定性？ l 可以在瓶子中裝入一定量的水 提高穩(wěn)定性可以減少損失 結構的穩(wěn)定性被打破后往往會造成嚴重的后果， 探究探究11：拿一

2、本書，讓它直立在桌面上，它馬上傾倒了，顯然，其穩(wěn)定性不好。同樣的一本書，把它的下端各書頁展開一定的角度，仍舊將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撐面積的大小1.穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。A.落地電風扇或者賓館里的落地燈，它們都有一個比較大的底座結構的底座，結構與地面接觸所形成的支撐面大,穩(wěn)定 。B：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？ 大壩需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實，穩(wěn)定性就越好。C.為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾

3、斜？ 為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。注意：注意：支撐面支撐面接觸面。接觸面。接觸面接觸面: :是物體與地面接觸形成的面。支撐面支撐面: :是物體與地面接觸形成支撐點的連線與地面構成的面。增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性 探究探究22：落地扇為什么不易傾倒？：落地扇為什么不易傾倒？ 落地扇的底座采用較重的材料，風扇比底座輕很多，使落地扇的重心降低。 2結構的穩(wěn)定性與重心位置有關。物體重心越低，越穩(wěn)定。因素二：重心位置因素二：重心位置A.不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上

4、掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？ 不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環(huán)，它的重心位置升高了，當鐵環(huán)達到一定數(shù)量時，不倒翁就不再是不倒翁了。重心的高低影響結構的穩(wěn)定性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。 B.以前的農(nóng)作物個子高，遭遇暴風驟雨容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普遍個子矮。就是利用了重心低結構穩(wěn)定的原理 它從它從11741174年始建，年始建，13501350年竣年竣工，經(jīng)歷了工，經(jīng)歷了176176年。但由于塔身過重，年。但由于塔身過重，地質松軟，因此塔身仍以每年地質松軟，因此塔身仍以每年1 12525毫毫米的速度向南傾斜。到米的速度向

5、南傾斜。到19991999年年1 1月，塔月，塔頂比中軸線偏斜已達頂比中軸線偏斜已達4 48 8米。意大利米。意大利當局為了拯救斜塔，已向全世界廣泛當局為了拯救斜塔，已向全世界廣泛征求保護方案，同時在塔的北側加壓征求保護方案，同時在塔的北側加壓了了830830噸的鉛塊，并在塔身的三分之一噸的鉛塊，并在塔身的三分之一處加了一圈銅纜，向北牽拉固定。不處加了一圈銅纜，向北牽拉固定。不過斜有斜的好處，每天為過斜有斜的好處，每天為“斜斜”而來而來的參觀者多達的參觀者多達1010余萬人，扔下大把大余萬人，扔下大把大把的銀子。如果它是一座正塔，比薩把的銀子。如果它是一座正塔，比薩就不會有今天的風光，也就不會

6、有這就不會有今天的風光，也就不會有這么多便宜可占了。么多便宜可占了。 遼寧瑞州古塔，現(xiàn)遼寧瑞州古塔，現(xiàn)存塔身高存塔身高1010米，塔身向東北米，塔身向東北方向傾斜方向傾斜1212度，塔尖水平位度，塔尖水平位移移1.71.7米。該塔建成之后雖米。該塔建成之后雖幾經(jīng)地震與洪水破壞，卻始幾經(jīng)地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。終斜而不倒，堪稱奇跡。小資料：中國的斜塔小資料：中國的斜塔蘇州的虎丘塔蘇州的虎丘塔虎丘塔高虎丘塔高47.747.7米，比意大利米，比意大利比薩斜塔矮比薩斜塔矮6 6米；塔尖偏離米；塔尖偏離中心中心2.342.34米，是比薩塔的一米，是比薩塔的一半；虎丘塔建于半；虎丘塔建于

7、961961年，比年，比比薩塔早完工比薩塔早完工390390年。因為年。因為地基不牢，重地基不牢，重60006000噸的塔便噸的塔便傾向土堆的一邊。傾向土堆的一邊。 小資料：中國的斜塔小資料：中國的斜塔3 3、結構的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關。、結構的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關。 A A、A A字形梯為什么載人時能夠保持字形梯為什么載人時能夠保持穩(wěn)定？如果沒有梯子中間的拉桿將穩(wěn)定？如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？會怎么樣？ 一般情況下，梯子打開的時候，一般情況下，梯子打開的時候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩(wěn)。當連接兩個梯面的橫桿拉能站得穩(wěn)。當連接兩個梯

8、面的橫桿拉直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿構成了穩(wěn)定的三角形，這就進一步加構成了穩(wěn)定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承受強了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒有梯子中間的拉人體的壓力。如果沒有梯子中間的拉桿，載人時就不能保持穩(wěn)定。桿，載人時就不能保持穩(wěn)定。 因為三角支架與地面有三個接觸點，形成的三角形結構使照相機的支撐架更容易穩(wěn)定。B B、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？因素三：結構的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關。 建筑中廣泛運用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是

9、由多個三角形構成的；鋼架結構的十字梁同樣是運用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對角線，形成多個三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結構的質量，又有效地加強了結構的強度和穩(wěn)定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結構中都被普遍地采用。補充（三角形穩(wěn)定性的應用）：補充（三角形穩(wěn)定性的應用）：靜止狀態(tài)的單車如何保持穩(wěn)定 案例分析案例分析 ：（1）雙腿支撐 （2）單腿支撐 不穩(wěn)定的結構應用：不穩(wěn)定的結構應用：.倒置的啤酒瓶可以預報地震。.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水。 練習練習: :(2)貨物應盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？要提高這種籃

10、球架的穩(wěn)定性可以怎么做？ 在籃球底座上加些比較重的石板之類的重物。是為了使籃球架的重心向后偏移，重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內，達到結構穩(wěn)定的基本條件。還有什么方法嗎？可以增大底座與地面的接觸面，這樣也可以使重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內。?但我們在日常生活中沒有發(fā)現(xiàn)這樣做的，為什么呢？ 結構的強度結構的強度這條板凳、這個防盜網(wǎng)的強度是怎樣的，也就是指它受到外力作用的情況下，它不被外力破壞的能力如何。結構具有的抵抗被外力破壞的能力。所以說結構的強度是指： 我們知道穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài)的能力，強度是研究不被外力破壞的能力。例如我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是

11、一個強度問題，那么椅子會不會左右晃動，搖擺，那就是一個穩(wěn)定性問題了。強度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別：強度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別： 根據(jù)你的生活經(jīng)驗填寫下表：馬上行動：馬上行動：事件事件結果結果原因原因 分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質量的重物 沿著垂直于重心線的方向撞擊一根完整的鋼管與用同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管竹竿比脆性塑料桿能掛更多的重物而不會斷裂不同材料的抗拉性能不同中間有焊接縫的鋼管受到撞擊時容易損壞因為有連接點應力和強度的關系：應力和強度的關系： 這只是我們一個籠統(tǒng)的說法，我們如何來衡量一件東西的強度呢?那就要用到應力的知識。內力外力內力PNl 外力是使構件

12、發(fā)生變形的同時，構件內部分子之間隨之產(chǎn)生一種抵抗變形的抵抗力，稱為內力。1.影響結構強度的主要因素 吊蘭支撐使用的三角形支架結構，而不使用由一根直桿挑起的結構。從材料方面考慮，吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，鋼管抗拉力性能好。從連接方式考慮，吊蘭的三角形支架的構件是焊接而不是捆縛，這種連接方式更牢固。1.影響結構強度的幾個主要因素結構的形狀使用的材料構件之間的連接方式結構外部形狀結構的構件截面形狀鉸連接剛連接(1)(1)結構的形狀結構的形狀: : A.不同橫截面形狀的構件所能承受力的程度是不一樣的。注意：結構對強度的影響有兩點，一是結構的外部形狀，二是結構的構件截面形狀。C.C.

13、相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構件強度不同。相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構件強度不同。B.B.結構的外形相同，構件的截面不同，其強度不一樣。結構的外形相同，構件的截面不同，其強度不一樣。(1)(1)結構的形狀結構的形狀: : D.D.三角形形狀三角形形狀: : 三角形是框架結構中最基本的形狀之一三角形是框架結構中最基本的形狀之一, ,它結實、穩(wěn)定、它結實、穩(wěn)定、所用材料最少。所用材料最少。 在長方形或六邊形的框架中間，加上支撐構件，構成在長方形或六邊形的框架中間，加上支撐構件，構成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。三角形，就可以大大增加它的牢固程度。(2)材料結構的強度與材料有

14、關結構的強度與材料有關(2)材料橋梁三大基本類型混凝土材料?；炷敛牧稀?使用鋼筋混凝土結構的好處是什么？使用鋼筋混凝土結構的好處是什么？ 混凝土抗壓性能較好，而抗拉能力就比鋼筋要小得多。因此在制造時可在梁的受拉區(qū)放置鋼筋，組成鋼筋混凝土梁，在這種梁中，鋼筋受拉，混凝土受壓，它們合理組成一個整體，共同承擔載荷的作用。 （3 3）構件之間的連接方式：）構件之間的連接方式： 結構的連接是指通過一定的連接物將構件組成整體結構。 結構構建的連接通常有以下兩類：結構構建的連接通常有以下兩類： 鉸連接鉸連接 剛連接剛連接鉸連接：鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可以被連接的構件在連接處不能相對移動，但可以相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。 剛連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等。膠接