稳固结构的探析.ppt

1、第二节 稳固结构的探析,第一单元 结构与设计,1、结构与稳定性 2、结构与强度 3、结构与功能,楼脆脆：上海的一栋高楼整体倒覆,广告牌被大风吹倒了,货装多了 车“罢工”了,1.结构的稳定性：,结构的稳定性是指结构在荷载的作用下，维持原有平衡状态的能力。,2.影响结构稳定性的主要因素,观察以下三种车型，考虑它们能行驶的最高速度与其结构的关系，为什么会有这样的关系？,A.不倒翁为什么不倒？,影响结构稳定性的因素,因素一：重心位置,不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒。,如果往它的耳朵上挂上铁环，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。,B.如果在它耳朵上挂上

2、一定数量的铁环，它还会不倒吗？,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。,比萨斜塔为什么不倒塌？,想一想：,通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，使我们知道：比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。,结构重心的位置：结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。,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

3、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。,影响结构稳定性的因素,因素二：支撑面积的大小,提示：注意接触面与支撑面的区分。,支撑面,为什么大坝的横截面总是建成梯形的？,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。,为什么许多课桌椅的支撑脚要 做成往外倾斜？,想一想：,影响结构稳定性的因素,因素三：结构的形状,A字形梯为什么载人

4、时能够保持稳定？ 如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？,结构的稳定性与它的几何形状有关。,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。,想一想：,照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？,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。,桁架结构,影响结构稳定性的因素：,结论,1.重心位置 2.支撑面积 3.结构形状,学以致用：,单脚支撑的自行车放稳的原因分析,

5、探究:自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？,在静止情况下，自行车本身不能自我平衡，需要加一支撑脚。当由骑车人和自行车构成一个 系统时，系统动起来之后，骑车人为系统注入动力，从而在自行车前进的时候，通过人的不断调节，自行车和骑车人与地面垂直，使自行车的重心落在车轮与地面接触的面积内。因此，在没有明显的外力干涉时，这一动态系统能够表现出一种稳定。,要提高这种篮球架的稳定性可以怎么做？,1.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。,2.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

6、结构底面的范围内。,结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。,拓展：不稳定的结构应用,不稳定的结构应用：,1.倒置的啤酒瓶可以预报地震。 2.跨栏架能避免伤害运动员。 3.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。,不稳定结构的应用,欹（qi）器，又常被称做歌器。它是一种计时器，类似沙漏。设计奇特：有双耳可穿绳悬挂，底厚而收尖，利于空瓶时向下垂直；口薄而敞开，利于盛满大量的水时而倾倒。其上放置匀速滴水，则形成周期性自动滴入水、倾倒水、空瓶立正，循环往复。,不稳定结构的应用,候风地动仪 世界上第一架测验地震

7、的仪器。中国东汉时期天文学家张衡于汉顺帝阳嘉元年（132）制成,如果发生较强的地震，都柱因受到震动而失去平衡，这样就会触动八道中的一道，使相应的龙口张开，小铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可知道地震发生的时间和方向。,生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。,人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。,这些都是与结构的强度有关,结构的强度是指结构具有的抵抗破坏的能力。,二、结构的强度,结构如何抵抗外力作用？,当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗力，称为内力。内力，是用来抵抗外力与变形，并力图使变形

8、部分复原的力。,构件的单位横截面上所产生的内力称为应力，当应力达到某一极限值时，结构就会遭到破坏。,用公式表示应力为：=F/S, 其中 ,F是内力 ,S是受力面积 , 是应力。,=F/S,那么，影响结构强度的主要因素有哪些？,1、结构的形状,空调架,金刚石及其内部结构,1、结构的形状,相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。,2、强度与材料,结构的强度与材料有关,VS,纸杯,钢杯,结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。,3、结构的连接,结构构建的连接通常有以下两类： 铰连接 刚连接,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。,3、结构的连接,刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。,胶接,榫接,3、结构的连接,三、结构与功能,结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变,多功能起子,3 结构与功能,结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能的变化。,一种人力驱动的冰上自行车，有车架、踏板曲柄、链轮、前转向轴及后轴。其特点是在前转向轴的一端处装有一只前冰刀，在后轴的两端对称地刚性联接两个倾斜