稳固结构的探析精.ppt

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1、稳固结构的探析第1页，本讲稿共57页 在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是什么原因出现了图上所示的现象？什么原因出现了图上所示的现象？第2页，本讲稿共57页 在台风来之前它是稳定的！是什么原因出现了不平在台风来之前它是稳定的！是什么原因出现了不平衡状态？衡状态？那到底什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的那到底什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？物体稳定与不稳定的程度又如何评价？物体稳定与不稳定的程度又如何评价？第3页，本讲稿共57页第二节第二节 稳固结构的探析结构的探析第4页，本讲稿共57页结构的稳定性：结构的稳定性

2、：v结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持原有结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持原有平衡状态的能力。平衡状态的能力。结构的稳定性与什么因素有关？结构的稳定性与什么因素有关？想一想：想一想：第5页，本讲稿共57页 填表说明下表中的物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，填表说明下表中的物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因。并根据你的生活经验，简要说明原因。马上行动（马上行动（P011P011）物体物体受到的外力受到的外力不稳定的主要因素不稳定的主要因素静止放置的自静止放置的自行车行车 落地灯落地灯底小口大的空底小口大的空竹篓竹篓重力、风力重力、

3、风力支撑面小，重心落到支支撑面小，重心落到支撑面以外撑面以外重力、撞击力重力、撞击力底座小、重心高底座小、重心高重力、撞击力重力、撞击力底座小、重心高底座小、重心高第6页，本讲稿共57页 实验探究实验探究11：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。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。上，它就能很好的挺立住。因素一：支撑面积的大小因素一：支撑面积的大小1.1.稳定性与支撑面积的大小有关稳定性与支撑

4、面积的大小有关支撑面越大越稳定，越小越不稳定。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。（一）影响结构稳定性的主要因素：（一）影响结构稳定性的主要因素：第7页，本讲稿共57页A.A.落地电风扇或落地电风扇或者宾馆里的落地者宾馆里的落地灯，它们都有一灯，它们都有一个比较大的底座。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结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定稳定 。第8页，本讲稿共57页B B：为什么大坝的横截面总是建成梯形？：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

5、作用，大坝必须要求非常冲击力、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，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。支撑面越大越坚实，稳定性就越好。第9页，本讲稿共57页C.C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳这是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。定性。注意：注意：支撑面支撑面接触面。接触面。接触面接触面:是物体与地面接触形成的面。支撑面支撑面:是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面

6、构成的面。第10页，本讲稿共57页接触面支撑面第11页，本讲稿共57页 实验探究实验探究22：落地扇为什么不易倾倒？：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。扇的重心降低。第12页，本讲稿共57页第13页，本讲稿共57页2 2结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。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：重心位置因素二：重心位置A.A.不倒翁为什么不倒？如果在它脖不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？不倒吗？第

7、14页，本讲稿共57页 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，不倒翁就不在是不倒翁了。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。第15页，本讲稿共57页B.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。农作物普遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理。C.C.比萨斜塔为什么不倒塌？比萨斜塔为什么不倒塌？第16页，本讲稿共57页 它从1174年始建，1350年竣工，

8、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。第17页，本讲稿共57页 通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，使学生容易理通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，使学生容易理解，比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在

9、塔的底面的范解，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。会倾倒。结构重心的位置：结构重心的位置：结构重心所在结构重心所在点的垂线是否点的垂线是否落在结构底面落在结构底面的范围内，落的范围内，落在就是稳定的，在就是稳定的，没有就是不稳没有就是不稳定的。定的。第18页，本讲稿共57页 一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法,每本都往一边慢慢往外放置，到一定程度时一摞书就全每本都往一边慢慢往外放置，到一定程度时一摞书

10、就全倒了。倒了。小实验小实验第19页，本讲稿共57页 辽宁瑞州古塔，现辽宁瑞州古塔，现存塔身高存塔身高1010米，塔身向东北米，塔身向东北方向倾斜方向倾斜1212度，塔尖水平位度，塔尖水平位移移1.71.7米。该塔建成之后虽米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。终斜而不倒，堪称奇迹。小资料：中国的斜塔小资料：中国的斜塔第20页，本讲稿共57页苏州的虎丘塔苏州的虎丘塔虎丘塔高虎丘塔高47.747.7米，比意大利比萨斜塔米，比意大利比萨斜塔矮矮6 6米；塔尖偏离中心米；塔尖偏离中心2.342.34米，是比米，是比萨塔的一半；虎丘塔建于萨塔的一半；虎

11、丘塔建于961961年，比年，比比萨塔早完工比萨塔早完工390390年。因为地基不牢，年。因为地基不牢，重重60006000吨的塔便倾向土堆的一边。吨的塔便倾向土堆的一边。第21页，本讲稿共57页3 3、结构的稳定性与它的几何形状有关。、结构的稳定性与它的几何形状有关。A 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。第22页

12、，本讲稿共57页 因为三角支架与地面有三个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接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定相机的支撑架更容易稳定。B B、照相机的支撑架为什、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其么常使用三脚架而不用其他形状？他形状？因素三：结构的稳定性与它的几何形状有关。第23页，本讲稿共57页 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

13、线，形成多个三角形，既节省了材料，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。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）：补充（三角形稳定性的应用）：第24页，本讲稿共57页静止状态的单车如何保持稳定（课本：静止状态的单车如何保持稳定（课本：P13P13）案例分析案例分析：（1）双腿支撑（

14、2）单腿支撑 第25页，本讲稿共57页1.1.调整单脚支撑位置，研究何时最易倒下，何时最平衡？自行车调整单脚支撑位置，研究何时最易倒下，何时最平衡？自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？探究探究注意：自行车的支撑架与地面的夹角不能太小，否则，自行车的自身重力集中在支撑架上，同样容易失去平衡。在静止情况下，自行车本身不能自我平衡，需要加一支撑在静止情况下，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脚。当由骑车人和自行车构成一个 系统时，系统动起来之后，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

15、候，通过人的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，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。这一动态系统能够表现出一种稳定。第26页，本讲稿共57页马上行动：摩托车的支撑架（课本：马上行动：摩托车的支撑架（课本：P14P14）运动状态下与静止状态下物体的稳定条件有所不同。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

16、结构实现某些功能。第27页，本讲稿共57页不稳定的结构应用：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。第28页，本讲稿共57页(4)P023(4)P023页第页第1 1题题练习练习:(1)(1)在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶手在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶手你让给了旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保持自己的你让给了旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保持自己的没摔倒？没摔倒？(2)(2)货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？人的身体的稳定性取决于支撑面的大小和人体

17、姿势重心的高低，人的身体的稳定性取决于支撑面的大小和人体姿势重心的高低，在一定范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面变大，越稳定！在一定范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面变大，越稳定！第29页，本讲稿共57页要提高这种篮球架的稳定性可以怎么做？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，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。达到结构稳定的基本条件。还有什么方法吗？还有什么方法吗？可以增大底座与地

18、面的接触面，这样也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可以使重心所在点的垂线落在结构底面的范围内。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？但我们在日常生活中没有发现这样做的，为什么呢？第30页，本讲稿共57页（二）结构的强度（二）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。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结构的强度是指：第31页，本讲稿共57页 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

19、举的凳子的例子，凳子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么凳子会不会左右晃动，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：强度与稳定性的联系与区别：第32页，本讲稿共57页应力和强度的关系：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。那就要用到我们以前学习的应力的知识。第33页，本讲稿共57页根据你的生活经验填写下表：根据你的生活经验填写下表：马上行动：马上行动：事件事件结果结果原因原因 分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物 沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管竹竿比脆性塑料杆竹

20、竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而能挂更多的重物而不会断裂不会断裂不同材料的抗拉不同材料的抗拉性能不同性能不同中间有焊接缝的钢中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易管受到撞击时容易损坏损坏因为有连接点因为有连接点第34页，本讲稿共57页1.1.影响结构强度的主要因素影响结构强度的主要因素完成课本完成课本P17P17页案例页案例 吊兰支撑使用的三角形支架结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。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，

21、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。是捆缚，这种连接方式更牢固。第35页，本讲稿共57页1)1)影响结构强度的几个主要因素影响结构强度的几个主要因素结构的形状结构的形状使用的材料使用的材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构的构件截面形状结构的构件截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接p22p22第36页，本讲稿共57页(1)(1)结构的形状结构的形状:A.A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。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：注意：结构对强度的影响有

22、两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面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。形状。第37页，本讲稿共57页C.C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。B.B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。第38页，本讲稿共57页D.D.三角形形状三角形形状:三角形是框架结构中最基本的形状之一三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定、它结实、稳定、所用材料最少。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，在长方形或六边形

23、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。就可以大大增加它的牢固程度。第39页，本讲稿共57页 金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且每个面为三角形。每个面为三角形。第40页，本讲稿共57页小实验：小实验：P019P019（2 2）因素）因素2 2：使用的材料：使用的材料结构的强度与材料有关结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯第41页，本讲稿共57页混凝土材料。混凝土材料。使用钢筋混凝土结构的好处是什么？使用钢筋混凝土结构的好处是什么？使用钢筋混凝土结构的好处是什么？使用钢筋混凝土结构的好处是什么？混凝土抗压性

24、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。第42页，本讲稿共57页（3 3）因素）因素3 3：构件之间的连接方式：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：结构构建的连接通常有以下两类：结构构建的连接通常有以下两类：结构构建的连接通常有以下两类：铰连接铰连接铰连接铰连接 刚连接刚连接刚连接刚连接第43页，本讲稿共57页铰连接：铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对

25、转动，具体有松螺栓、松铆等。以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。第44页，本讲稿共57页第45页，本讲稿共57页 刚连接：刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能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。相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。胶接胶接榫榫接接第46页，本讲稿共57页第47页，本讲稿共57页 结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。不同的材料有不同的连接方式；构件的连接方式不同，结构的强度也不同。第48页，本讲稿共57页（1 1）对一个用）对一个用4 4根小木条钉成的相片框根小木条钉成的相片框,使它更使它更牢固的做法是什么牢固的

26、做法是什么?（2）在自行车各部件之间的连接中在自行车各部件之间的连接中,三角架属于三角架属于_连连接；刹车连杆之间属于接；刹车连杆之间属于_连接；辐条与钢圈之间属于连接；辐条与钢圈之间属于_连接。连接。马上行动马上行动可用直角铁片固定在连接处的背面。可用直角铁片固定在连接处的背面。刚连接；刚连接；铰连接铰连接铰连接。铰连接。第49页，本讲稿共57页（3 3）比较左图中）比较左图中同一结构的几种连接同一结构的几种连接方式方式,请预言哪种连请预言哪种连接方式的强度更好。接方式的强度更好。左边左边的的榫卯连接榫卯连接的强度较大，上下、左右、前后各方向都被牢牢的强度较大，上下、左右、前后各方向都被牢牢

27、固定住，所以强度较大。固定住，所以强度较大。中间中间的连接方式的连接方式钉子连接钉子连接强度最小，钉子是从侧面钉进去的，强度最小，钉子是从侧面钉进去的，中间的横梁不能承受较重物体的压力为剪切力，容易造成连接中间的横梁不能承受较重物体的压力为剪切力，容易造成连接处断裂，所以强度最小。处断裂，所以强度最小。第三种第三种是是钉子连接钉子连接，但当上端受压力时，连接处受的是压力，因，但当上端受压力时，连接处受的是压力，因为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。第50页，本讲稿共57页探究：p0201.1.为什么矿泉水瓶表面上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么为什么

28、矿泉水瓶表面上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么?一是增加瓶子的强度，受力不容易变一是增加瓶子的强度，受力不容易变形；形；二是增大瓶子与手之间的摩擦力。二是增大瓶子与手之间的摩擦力。三是既有利于承受较大的负载，造型又美三是既有利于承受较大的负载，造型又美观大方。观大方。第51页，本讲稿共57页3.3.观察空调压缩机在户外墙上的固定，它是通过什么方法加强牢固观察空调压缩机在户外墙上的固定，它是通过什么方法加强牢固程度的？能否只用壁挂式方法固定，为什么？程度的？能否只用壁挂式方法固定，为什么？分体式空调器的室外机自身重力比分体式空调器的室外机自身重力比较大，在户外固定一般采用铁架支撑的较大，在户外固定一般采用铁架支撑的方式。若采用壁挂的方式，打入墙体的方式。若采用壁挂的方式，打入墙体的膨胀螺钉的强度和墙体的强度都不足以膨胀螺钉的强度和墙体的强度都不足以承受室外机的重力，最后出现断裂以至承受室外机的重力，最后出现断裂以至于脱落。于脱落。第52页，本讲稿共57页 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（三）、结构与功能（三）、结构与功能:第53页，本讲稿共57页第54页，本讲稿共57页第55页，本讲稿共57页第56页，本讲稿共57页第57页，本讲稿共57页