二、结构的强度.pptx

第三节结构的强度和稳定性,知识回顾,1.什么是结构?,从力学的角度：结构是指可承受一定应力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。,结构的功能本质：为了承受力，抵抗变形,2.结构的本质是什么?,结构是指物体的各组成部分之间的搭配和排列,小试验,当这些物体受到外力作用时，原有的平衡状态被打破导致的,这是一种我们生活中的现象，在没吹它时它是稳定的，后来它为什么会翻倒呢？,生活中的现象,什么是结构的稳定性呢？,结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。,如何保持在有风力情况下矿泉水瓶的稳定性？,可以在瓶子中装入一定量的水,台风视频,提高稳定性可以减少损失,结构的稳定性被打破后往往会造成严重的后果，,探究1：,拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。,因素一：支撑面积的大小,1.稳定性与支撑面积的大小有关支撑面越大越稳定，越小越不稳定。,A.落地电风扇或者宾馆里的落地灯，它们都有一个比较大的底座,结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定。,B：为什么大坝的横截面总是建成梯形？,大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。,C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？,为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。,注意：支撑面接触面。接触面:是物体与地面接触形成的面。支撑面:是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。,增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性,探究2：落地扇为什么不易倾倒？,落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。,2结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。,因素二：重心位置,A.不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？,不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不再是不倒翁了。重心的高低影响结构的稳定性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。,B.以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理,它从1174年始建，1350年竣工，经历了176年。但由于塔身过重，地质松软，因此塔身仍以每年125毫米的速度向南倾斜。到1999年1月，塔顶比中轴线偏斜已达48米。意大利当局为了拯救斜塔，已向全世界广泛征求保护方案，同时在塔的北侧加压了830吨的铅块，并在塔身的三分之一处加了一圈铜缆，向北牵拉固定。不过斜有斜的好处，每天为“斜”而来的参观者多达10余万人，扔下大把大把的银子。如果它是一座正塔，比萨就不会有今天的风光，也就不会有这么多便宜可占了。,辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。,小资料：中国的斜塔,苏州的虎丘塔,虎丘塔高47.7米，比意大利比萨斜塔矮6米；塔尖偏离中心2.34米，是比萨塔的一半；虎丘塔建于961年，比比萨塔早完工390年。因为地基不牢，重6000吨的塔便倾向土堆的一边。,小资料：中国的斜塔,3、结构的稳定性与它的几何形状有关。,A、A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？,一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。,因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定。,B、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？,因素三：结构的稳定性与它的几何形状有关。,建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。,补充（三角形稳定性的应用）：,静止状态的单车如何保持稳定,案例分析：,（1）双腿支撑,（2）单腿支撑,不稳定的结构应用：,.倒置的啤酒瓶可以预报地震。,.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。,练习:,(2)货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？,要提高这种篮球架的稳定性可以怎么做？,在篮球底座上加些比较重的石板之类的重物。是为了使篮球架的重心向后偏移，重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，达到结构稳定的基本条件。,还有什么方法吗？,可以增大底座与地面的接触面，这样也可以使重心所在点的垂线落在结构底面的范围内。?,但我们在日常生活中没有发现这样做的，为什么呢？,结构的强度,这条板凳、这个防盗网的强度是怎样的，也就是指它受到外力作用的情况下，它不被外力破坏的能力如何。,结构具有的抵抗被外力破坏的能力。,所以说结构的强度是指：,我们知道稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。例如我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。,强度与稳定性的联系与区别：,根据你的生活经验填写下表：,马上行动：,竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂,不同材料的抗拉性能不同,中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏,因为有连接点,应力和强度的关系：,这只是我们一个笼统的说法，我们如何来衡量一件东西的强度呢?那就要用到应力的知识。,内力,外力,内力,P,N,外力是使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力，称为内力。,1.影响结构强度的主要因素,吊兰支撑使用的三角形支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。从材料方面考虑，吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，钢管抗拉力性能好。从连接方式考虑，吊兰的三角形支架的构件是焊接而不是捆缚，这种连接方式更牢固。,1.影响结构强度的几个主要因素,结构的形状,使用的材料,构件之间的连接方式,结构外部形状结构的构件截面形状,铰连接刚连接,(1)结构的形状:,A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。,注意：结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。,C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。,B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。,(1)结构的形状:,“工”字形横梁被广泛应用,D.三角形形状:,三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定、所用材料最少。,在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。,(2)材料,形状相同，材料不同，强度就不同,结构的强度与材料有关,(2)材料,桥梁三大基本类型,混凝土材料。,使用钢筋混凝土结构的好处是什么？,混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。,（3）构件之间的连接方式：,结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。,结构构建的连接通常有以下两类：铰连接刚连接,不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样,铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。,刚连接：被连接的构件在连接处不