穩(wěn)固結(jié)構(gòu)探析 完整版課件

1、第二節(jié) 穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析 隆回一中 寧俊波臺風過后的災害 打破原有的平衡狀態(tài)出現(xiàn)了不穩(wěn)定現(xiàn)象 暴雪過后的災害 打破原有的平衡狀態(tài)出現(xiàn)了不穩(wěn)定現(xiàn)象 1 結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性(Stability)是指結(jié)構(gòu)在負載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。它是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。(受外力后恢復原有平衡狀態(tài)的能力)研究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的：是為了在技術(shù)領(lǐng)域中設(shè)計出更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 與 什么因素有關(guān)雞蛋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定嗎？有什么方法能使雞蛋豎起來？不倒翁為什么不倒?結(jié)論一: 重心高低影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 重心越低，穩(wěn)定性越好 重心越高，穩(wěn)定性越差注意:不要把穩(wěn)定性看成是倒與不倒的問題. 有些結(jié)構(gòu)存在倒與不倒的問

2、題. 有些物體的結(jié)構(gòu)沒有倒與不倒的問題. 如:球,手杖,雨傘等【想一想】重心低而穩(wěn)定的原理有哪些應(yīng)用？仔細觀察它們有何特點?結(jié)論二: 底座大?。ńY(jié)構(gòu)與地面所形成的支撐面）影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 支撐面越大，穩(wěn)定性越好 支撐面越小，穩(wěn)定性越差注意:并不是所有的物體結(jié)構(gòu),支撐面越大,穩(wěn)定性就越好.其實底面大小不是主要的,重要的是,重心在底面上的射影與底面邊界的最短距離的大小.如一個物體的底面為5mmX100mm的矩形,另一個物體的底面為10mmX10mm的正方形,且它們的重心在底面上的垂線均在底面中心,且高度相同.雖然前者底面面積大,但穩(wěn)定性差.仰韶文化的尖底瓶，是否違背支撐面大穩(wěn)定的原則？【問題探討

3、】1、利用尖底不穩(wěn)，可以使瓶子很容易倒伏，以便汲水；2、尖底插入土中可以立穩(wěn)；也可以掛在墻上。3.當時那里的土地比較松軟,器具可以直接插到土里,這樣雖然器具是尖底的,但它與土所形成的支撐面還是比較大的.這種看似不合理的結(jié)構(gòu),實際上恰恰反映了我國古代勞動人民的聰明智慧.你們還能發(fā)現(xiàn)生活中的相關(guān)例子嗎?對于一個結(jié)構(gòu)而言，如果重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)地面的范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定的，不會出現(xiàn)傾倒。重心點的垂線位置，落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)比薩斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇跡。由于塔身壓力過重和地質(zhì)松軟，南面的地基比北面約低米。在施工期間塔身既出現(xiàn)輕微傾斜，隨著工程的進度，傾斜度

4、不斷增加。到塔身建到第三層時，可明顯看出傾斜，曾一度停工。一百多年以后，經(jīng)工程師托馬索皮薩諾精心測量和計算，證明比薩斜塔雖傾斜，但不會倒塌，使工程繼續(xù)按原設(shè)計繼續(xù)施工，直到竣工。 重心點的垂線位置，落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)【想一想】支撐面大而穩(wěn)定的原理有哪些應(yīng)用？阿聯(lián)酋迪拜塔（世界第一高樓）埃菲爾鐵塔結(jié)論三: 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 三角形結(jié)構(gòu)使支架更容易穩(wěn)定【分析】右圖的門為什么制作成這樣？推斷結(jié)論3:結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)?！鞠胍幌搿繛槭裁创髩蔚臋M截面總是建成梯形的？用剛才的知識想一下他們?yōu)槭裁磧A而不倒?觀察一下靜止狀態(tài)的單車如何保持平衡?【案例分析】P14靜態(tài)的自行車是如何

5、保持穩(wěn)定的【問題探討】古人制作的陶鬲(li與立同音)為什么采取三只腳的形制而不是四只腳？ 野外地不平，陶鬲如果制成四只腳，往往只能三只腳著地，這樣，它的重心易偏移出支撐面，穩(wěn)定性也就差了 。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有多種，主要有：1、重心位置的高低2、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小3、結(jié)構(gòu)的形狀木雕圓桌、圓凳 受地面積大 擺放穩(wěn)定雙腳支撐輕騎車單腳支撐自行車履帶式小轎車如何進行改進能使這張椅子更加穩(wěn)定？想一想分析不同壘法的墻，當施加同樣的力時，哪種壘法的墻不容易推倒？穩(wěn)定性最強，你認為最好的壘法是什么？影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素結(jié)構(gòu)的強度與結(jié)構(gòu)的形狀、使用的材料、構(gòu)件之間的

6、連接方式等因素有密切的關(guān)系。交綽搭建增加結(jié)構(gòu)強度針對P12有關(guān)照相機三腳架穩(wěn)定性的論述，你有何看法？【問題探討】相機采用三腳架的原因：1、便攜；2、適應(yīng)野外地面不平的情況（四腳反而不易平穩(wěn)）；3、省材。桌子采用四腿的原因：室內(nèi)地平，四腿能同時著地，四腿的形制支撐面大于三只腿。結(jié) 論影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素：重心位置支撐面積結(jié)構(gòu)形狀重心越低越穩(wěn)定支撐面積越大越穩(wěn)定三角形具有穩(wěn)定性小資料：外國的建筑阿聯(lián)酋首都阿布扎比市的“首都之門”，高160米，其整體結(jié)構(gòu)從12層開始朝西傾斜角度達18度，幾乎是意大利比薩斜塔傾斜度的5倍，將成為“世界上傾斜度最大的建筑”。 小資料：中國的斜塔遼寧瑞州古塔，現(xiàn)存塔身高1

7、0米，塔身向東北方向傾斜12度，塔尖水平位移1.7米。該塔建成之后雖幾經(jīng)地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。 活動：給定一張16K紙，少量雙面膠，試設(shè)計一個結(jié)構(gòu)，試其頂端能承受50克砝碼。能夠達到一分鐘的穩(wěn)定。測量其結(jié)構(gòu)的高度，（高度為：桌面到砝碼底部的距離）1、高度能達到=40cm，得分5分2、高度能達到=50cm,得分10分2 結(jié)構(gòu)與強度結(jié)構(gòu)的強度(Strength)是指結(jié)構(gòu)具有抵抗被外力破壞的能力.海嘯大壩拔河繩子的強度普洱地震唐山地震（2004年5月23日，6死3傷) 2、為了在新建航站正中央開辟一條通往機場主樓的銜接走道，大廈的部分建筑結(jié)構(gòu)被掏空，進一步增加了壓力。3、玻璃外殼

8、極易導致溫度變化，溫度變化使外部構(gòu)架每天變形12厘米，使混凝土構(gòu)架逐漸磨損。 事件的啟示戴高樂機場倒塌事件事故調(diào)查委員會的結(jié)論：1、候機廳的水泥頂棚不足以支撐用來鞏固大廈玻璃外殼的鋼鐵支架，最終支柱刺破了房頂導致頂棚坍塌。鳳凰縣在建沱江大橋發(fā)生坍塌2007年8月13日下午4時40分左右，湖南省鳳凰縣在建沱江大橋發(fā)生坍塌事故，已確認造成14人死亡，22人受傷，現(xiàn)場施救工作正在緊張進行。上述兩個事件給我們什么啟示？試驗探究試驗內(nèi)容：將課本張開分別豎直站立和人字形站立，哪一個站得牢？請分析原因。試驗結(jié)果：如果僅從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性角度分析，應(yīng)當是人字形站得穩(wěn)，因為它的支撐面更大，重心更低。但實事是人字形站

9、立不如豎直站立穩(wěn)。 結(jié)果分析：人字形站立不穩(wěn)的原因有兩個，其一是人字形不穩(wěn)定，底下容易張開；其二是人字形的兩側(cè)坡不夠堅固，易塌陷，這屬于結(jié)構(gòu)強度的問題。那么，什么是結(jié)構(gòu)的強度呢？2、結(jié)構(gòu)與強度結(jié)構(gòu)的強度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。 以上兩例屬于物體的結(jié)構(gòu)強度不夠（抵抗不住外力的破壞）（1）結(jié)構(gòu)的強度穩(wěn)定性是物體保持平衡狀態(tài)的能力，強度是結(jié)構(gòu)不被外力破壞的能力。（2）強度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別在保持結(jié)構(gòu)不被破壞的情況下，結(jié)構(gòu)能承受的應(yīng)力越大，結(jié)構(gòu)越強。 （3）應(yīng)力和強度的關(guān)系【問題】為什么一根筷子容易折斷，一把筷子不容易折斷？。 應(yīng)力F/S其中F為內(nèi)力；S為受力面積（橫截面）【案例】分析三

10、種支架的共性特點采用三角形結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)固性，可見結(jié)構(gòu)的強度與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)。 （4）影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素共性特點：三角形結(jié)構(gòu)因素1：結(jié)構(gòu)的形狀【思考】哪種橋梁與恐龍的結(jié)構(gòu)有相似的受力特征？ 結(jié)構(gòu)的外部形狀與恐龍結(jié)構(gòu)力學相似的橋梁右圖斜向支撐條是扁鐵，如果扁鐵從豎著支撐改成橫著支撐會怎樣？【案例分析】支架的支撐條如右圖所示，如果要加大支架的支撐力，通常改成那種形狀的鐵件制作支架？以上分析說明了什么？結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀 【案例分析】增加橫梁的體量可以提高橫梁的支撐力，那么，增加寬度與增加高度（厚度）哪個更有效？梁的支撐力與梁的寬度成正比，還與梁的厚度的立方成正比。因此增加厚度更有效。結(jié)構(gòu)形狀各種形

11、狀的橫截面構(gòu)件，所承受力的程度是不一樣的。三角形是框架結(jié)構(gòu)最基本的形狀之一，結(jié)實、穩(wěn)定、材料最少。在四邊形、六邊形構(gòu)件中，加上三角形支撐件，就可大大增加構(gòu)件的牢固程度。因素2：材料二戰(zhàn)德國兵鋼盔“凱夫拉”纖維頭盔 結(jié)構(gòu)的 材料不同材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，其強度各不相同。有抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結(jié)構(gòu)不同要求中，選擇不同特性的材料。梁的示意圖壓力拉力跳板材料鋁合金A字形梯案例分析ETFE膜的強度國際上建筑的膜結(jié)構(gòu)多用不透明的PTFE膜?！八⒎健笔褂玫氖荅TFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物） ，這種輕質(zhì)新型材料，具有有效的熱學性能和透光性，可調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，冬季保溫、夏季散熱，還能避免建

12、筑結(jié)構(gòu)受到游泳中心內(nèi)部環(huán)境的侵蝕。國內(nèi)對這種薄膜結(jié)構(gòu)的理論研究近乎空白。經(jīng)試驗，ETFE膜的防雹能力完全達到設(shè)計要求。 【案例分析】混凝土中為什么一定要用鋼筋？混凝土耐壓不耐拉，鋼筋耐拉不耐壓，二者結(jié)合兼具兩個優(yōu)點。 因素3：構(gòu)件的連接方式【問題探討】混凝土澆注平臺時，鋼筋處在上中下的哪個位置為好？ 1）鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，但可相對轉(zhuǎn)動，具體有松螺栓、松鉚等。結(jié)構(gòu)的連接方式 鉸連接具體有松螺栓、松鉚等。構(gòu)件連接的類別 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對 移動，但能相對轉(zhuǎn)動。2）剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉(zhuǎn)動，具體有榫接、膠接、焊

13、接、固定鉚接等。剛連接具體有榫接、膠接、焊接等。膠 接構(gòu)件連接的類別 榫 接榫接膠接焊接剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處既不能相 對移動，也不能相對轉(zhuǎn)動，具體有榫接、膠接、焊接等。榫接膠接焊接【馬上行動】P19-20，1、2、31、粘上強力膠、角落釘三角形構(gòu)件、背后加襯板。2、剛連接、鉸連接、鉸連接3、第三種最好；第二種最差，因為只靠釘子的支撐力；第三種因為橫梁被鑿孔，結(jié)構(gòu)遭受一定的破壞，所以不如第三種的受力強度大。3 結(jié)構(gòu)與功能 結(jié)構(gòu)不僅是事物存在的一種形式，而且對事物的功能和作用產(chǎn)生著直接影響。結(jié)構(gòu)的變化可能導致功能的變化。案例分析 刀片由固定改為活動，使削皮時不受角度限制。正把改成歪把，更順

14、勢。添加了挖孔器。添加了開罐頭的裝置。 一種人力驅(qū)動的冰上自行車，有車架、踏板曲柄、鏈輪、前轉(zhuǎn)向軸及后軸。其特點是在前轉(zhuǎn)向軸的一端處裝有一只前冰刀，在后軸的兩端對稱地剛性聯(lián)接兩個傾斜的盤狀冰刀，從而形成一種三點支撐的可在冰面上前進、倒退、前后滑行及剎車的冰上自行車。 殘疾人專用電動車探 究P231、如果要設(shè)計一輛水上自行車，你會怎樣構(gòu)思？它的結(jié)構(gòu)有什么特征？2 、如果在你上學騎車經(jīng)過的路上，橋和坡較多，你可以對你的自行車做哪些結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，以便騎起來更輕便？內(nèi)容小結(jié) 1、結(jié)構(gòu)的強度：指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。2、影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素（1）結(jié)構(gòu)的形狀（結(jié)構(gòu)的外部形狀、構(gòu)件的截面形狀）（

15、2）材料（3）構(gòu)件的連接方式自測練習.選擇題1.我們常用的A形梯不直接采用鋁合金片,而用長方形截面的鋁合金構(gòu)件,這說明影響結(jié)構(gòu)強度的是 ( )A.構(gòu)件截面的形狀B.材料C.重心的高低D.連接方式2.家用落地風扇的底座一般做得比較重,這是為了 ( )A.增加風扇的強度B.增加風扇的穩(wěn)定性C.安裝電線的需要D.更加美觀3.可以用受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來解釋的事實是 ( )A.拔河的繩子斷裂B.雞蛋在某種情況下可以承受很大的外力C.廣告牌被臺風吹倒D.耳機與電腦主機的插口接觸不良,聽不到 音樂 . 4.空調(diào)的外機支架通常采用三角形結(jié)構(gòu),而 不用由根直桿挑起的結(jié)構(gòu),這說明以下 哪個因素影響著結(jié)構(gòu)強度 ( )A.材料B.構(gòu)件C.連接方式D.形狀5.分別在一根竹竿和根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質(zhì)量的重物,竹竿比脆性塑料桿能掛更多重物而不會斷裂,這可表明下列哪項影響結(jié)構(gòu)的強度 ( )A.材料B.結(jié)構(gòu)的形狀C.構(gòu)件橫截面形狀D.構(gòu)件的連接方式6.房子,橋梁的桁架大多數(shù)是由多個三角形 構(gòu)成的.這是運用了三角形的什么原理. ( )A.三角形簡單B.三角形美觀C.三角形用料少D.三角形穩(wěn)定.牢固二.案例分析題7.如圖示,有的礦泉水瓶上有若干凸起的橫向紋路,該橫向紋路的作用是什么？8.如圖示,學校的自行車棚常采用拱形塑料 棚,農(nóng)村的塑料大棚常采用拱形結(jié)構(gòu).請分析這些拱形結(jié)構(gòu)的特點.